AMD'nin Zen mimarisi: AMD'nin Zen 4 CPU'larının temelleri

AMD, büyük geri dönüşünü 2017'de yaptı. Ryzen CPU'lar, hala bazı bugün satın alabileceğiniz en iyi şeyve şirketin yepyeni Zen mimarisi sayesinde mümkün oldu. Zen'in başarısı, AMD'yi altı yıl içinde neredeyse iflas etmekten dünyanın en önde gelen teknoloji şirketlerinden biri haline getirdi. Bu, Zen'in, AMD'yi nasıl kurtardığının ve Zen'in geleceğinin nasıl görünebileceğinin hikayesidir.

Zen'in kısa tarihi

2000'lerin sonunda AMD'nin şansı yaver gitmedi. Sadece birkaç yıl önce, efsanevi Athlon masaüstü ve Opteron sunucu CPU'ları Intel'i devirmeye hazır görünüyordu, ancak sonunda AMD hakimiyetini kaybetti ve Intel hareketini düzeltti. AMD'nin Phenom CPU'ları Intel'in Core mimarisine karşı yeterli değildi ve AMD yeniden liderlik şansı elde etmek istiyorsa bir şeylerin değişmesi gerekiyordu. Böylece şirket, Buldozer adlı bu mimariyi geliştirmeye karar verdi ve çok iş parçacıklı iş yüklerinin bilgi işlemin geleceği olacağına bahse girdi.

Buldozer sadece kötü değildi, nesnel olarak AMD'nin şimdiye kadar yaptığı en kötü şeydi. Tek iş parçacıklı performansı çöptü (birinci nesil FX yongaları aslında Phenom II CPU'lardan daha yavaştı) değiştirdiler), tonlarca güç tüketti ve günün sonunda çok iş parçacıklı performansı en iyi durumdaydı. vasat. Önümüzdeki altı yıl boyunca, Intel üstünlüğünün zirvesine ulaşırken, AMD bu berbat mimariyle geçinmek zorunda kalacaktı.

Buldozer fiyaskosunun hemen ardından AMD, basit bir yeniden çalışmanın yeterli olmayacağını fark etti ve yepyeni bir mimari üzerinde çalışmaya başladı. Bu mimari, Intel'inkilere göre modellenecektir: yüksek tek iş parçacıklı performans, sektöre özgü çekirdekler ve iş parçacıkları ve onu en alt düzey tüketici CPU'larından en üst düzey sunucuya kadar her şey için uygun kılan esneklik türü cips. AMD daha sonra bu mimariye Zen adını verdi ve 2017'de ilk Zen CPU'larının piyasaya sürülmesi yeni bir mimariye işaret etti. AMD için başlangıç ​​ve Zen, Intel'in Core mimarisiyle tam olarak karşılaştırılamasa da, çok da uzak değildi. kapalı.

Bilgi işlem endüstrisi, CPU meraklıları ve hatta AMD'nin kendisi performans liderliğine giden yolun uzun olmasını beklerken, aslında oldukça kısaydı. Zen'in halefi Zen 2, 2019'da piyasaya çıktı ve Intel'i sudan çıkararak hemen hemen herkesi şok etti. AMD, hemen hemen her segmentte çoklu iş parçacıklı performansta büyük bir liderlik elde etti. neredeyse her iş yüküne dayandı ve hatta AMD'nin on yılı aşkın süredir yapamadığı tek iş parçacıklı performansta Intel'i geride bıraktı.

Buradan sonra yol, AMD için daha da kolaylaştı. Sunucu pazarı, AMD'nin ilerleme kaydetmesi gereken en önemli alandı (ve hala da öyle). 2020'de Zen 3 çıktığında AMD, Zen gelmeden önce neredeyse %0 olan pazarın %7'sini kontrol ediyordu. dışarı. Bu, Intel'in güçlü 10nm CPU'ları piyasaya sürme planlarını tamamen alt üst etmesi ve AMD'yi modası geçmiş ve pratik olarak modası geçmiş 14nm yongalarla karşı karşıya bırakması sayesinde daha da kolaylaştırıldı. Intel'in şimdiye kadar yaptığı en kötü şeylerden bazıları.

Yine de 2021'in sonunda Intel nihayet harekete geçti ve 10nm Alder Lake yongalarını piyasaya sürdü. AMD'nin pazardaki kontrolünü kaybettiği ve Intel'in sahip olmadığı performans liderliğine çok fazla kapıldığı oldukça açık hale geldi. AMD, Intel bunu zorlayana kadar Ryzen 5000 yongalarını piyasaya sürme zahmetine girmediğinden, masaüstünde rekabet 300 doların altında. sorun. Alder Lake'in lansmanını takip eden aylar AMD için biraz zorlu geçti, ancak yine de sunucu pazarında üstünlüğü elinde tuttu ve Ryzen 7 5800X3D sayesinde oyun liderliğini yeniden ele geçirdi. 3D V-Önbellek.

Bugün, Zen dördüncü büyük yinelemesinde, Zen 4 2022'nin sonlarında piyasaya sürüldü. Ryzen 7000 serisi ve Epyc 4. nesil. Zen mimarisinin bu son sürümü, daha iyi değere odaklanan orijinal Zen mimarisinin tam tersi olan yüksek performansa odaklanmıştır. Zen 4, orijinal Zen'den önemli ölçüde farklı olsa da, AMD'nin henüz bırakmadığı ve muhtemelen bir süre daha bırakmayacağı bazı temel unsurlar var.

CCX'ler, yongalar ve çekirdekler

AMD, Zen mimarisinde yıllar içinde pek çok şeyi geliştirmiş olsa da, Zen hakkında pek çok şey var. en başından beri temelde doğru olan şeyler ve Zen gidişatını şekillendirecek birkaç yeni şey ileri. Modern Zen çiplerinin temel özellikleri olan CCX'ler, yongalar ve çekirdeklerden bahsediyorum.

Zen mimarisi güçlüdür, ancak Intel gibi şirketlerin rakip tasarımları kadar esnek değildir. Çoğu CPU'daki en küçük yapı taşı çekirdek olsa da, Zen için Çekirdek Kompleksi veya CCX'tir. CCX bir çekirdek kümesidir ve (yazma sırasında) iki, dört veya sekiz çekirdek içerebilir, kendi L3 önbelleğine sahiptir ve aynı CPU'daki diğer CCX'lerle çalışır. Bir CCX aslında kendi başına tam bir CPU'dur ve bu hem iyi hem de kötü bir şeydir. Her CCX kendi başına çok yeteneklidir, ancak CCX'ler arasındaki iletişim önemli miktarda zaman alır ve bu da performansı düşürür.

AMD için CCX'in genelleştirilmiş doğası, belirli çekirdek sayıları sunmayı zorlaştırıyor. Örneğin, AMD altı çekirdekli bir CPU yapmak istiyorsa, altı çekirdekli bir çip geliştiremez çünkü AMD'nin altı çekirdekli bir CCX'i yoktur. Başlangıçta, AMD yalnızca dört çekirdekli CCX'e sahipti, bu nedenle altı çekirdekli bir CPU elde etmek için bu CCX'lerden ikisine sahip bir çip alması ve her birindeki bir çekirdeği devre dışı bırakması gerekiyordu. Bugün AMD, sekiz çekirdekli CCX'e sahip bir çip alıyor ve altıya inmek için iki çekirdeği devre dışı bırakıyor. Teknik olarak AMD, daha fazla seçenek elde etmek için farklı boyutlardaki CCX'leri birleştirebilir, ancak bunu daha sonra tartışacağım.

Zen 2 ile AMD, Zen'i daha da güçlü hale getirmek için yongalar geliştirdi. Orijinal Zen mimarisi, daha yüksek çekirdek sayıları elde etmek için birden çok CPU'yu basitçe bir araya getirirken, Zen 2 yongacık, CPU çekirdeklerini kendi yongalarına ve diğer her şeyi kendi yongalarına koyarak radikal bir konsept ortaya koydu. bir diğer. Yongacık tasarımı, tüm CPU işlevlerinin tek bir yonga üzerinde bulunduğu geleneksel yekpare tasarımın karşıtıdır. Çekirdeğe sahip yongacıklara, bir veya iki CCX içerebilen Çekirdek Kompleks Kalıpları (veya CCD'ler) adı verilir ve diğer her şeye sahip yongacıklara G/Ç Kalıpları (veya IOD'ler) denir.

AMD'nin CPU'ları tutumlu bir şekilde oluşturma hedefiyle uyumlu olan yongaların birçok avantajı vardır. İlk olarak, aynı özelliklere sahip büyük bir çip yerine çok sayıda küçük çip yapmak daha ucuzdur. İkinci olarak, yapmanız gereken tek şey daha fazla çip eklemek olduğundan, çok yüksek çekirdek sayılarına sahip CPU'lar yapmayı kolaylaştırır. Belki de en büyük avantajı esnekliktir, çünkü AMD neredeyse tüm masaüstü ve sunucu pazarını kapsayabilir. bir tür CCD ve iki tür IOD. AMD ayrıca artık daha fazla esneklik için 3D V-Cache adı verilen önbellek yongalarına sahiptir ve özelleştirme.

AMD'nin en son yeniliği, Zen 4c ile Zen çekirdeklerinin daha yoğun varyantlarının piyasaya sürülmesidir. Zen mimarisinin bu yoğun versiyonları, normal versiyonlarla tamamen aynıdır. AMD'nin 16 çekirdekli Zen 4c CCD'sinin sekiz çekirdekli Zen ile aynı boyutta olmasına izin veren çok daha küçük olanlar dışında 4 CCD. Bununla birlikte, bu artan yoğunluk, c tipi çekirdeklerin normal çekirdeklerin yapabileceği saat hızlarına ulaşmasını engeller. Bu, Zen c-varyant çekirdeklerini, harika tek iş parçacıklı performansa ihtiyaç duymayan yüksek çekirdekli CPU'lar için daha çok tercih edilir hale getirir.

Bu tür çekirdekler, tüketici uygulamaları için de kullanışlıdır. AMD'nin Phoenix 2 APU'su iki çekirdekli Zen 4 CCX'i dört çekirdekli Zen 4c CCX ile birleştirir, farklı boyutlardaki CCX'leri ilk kez birleştirir. İki farklı çekirdeğin kullanılmasına hibrit mimari denir ve tüm fikir, normal çekirdekler tek iş parçacıklı iş yükleri için kullanılırken, c tipi çekirdekler çok iş parçacıklı iş yüklerinde yardımcı olur iş yükleri. Bu çip, AMD için alışılmadık bir şekilde özelleşmiş gibi görünse de, aslında hibrit olmayan Phoenix çipinin olmaması durumunda alt seviye Ryzen APU'lar için de kullanılabilir.

AMD, Zen mimarisi ile piyasayı en geniş şekilde kapsayarak tekil olarak odaklanmıştır. AMD'nin nispeten küçük boyutu nedeniyle karşılayamayacağı işlemcileri geliştirmek için zaman ve kaynak israfı. AMD, bilgi işlem endüstrisinin her bir segmentini farklı şekilde ele almak yerine, genelleştirilmiş bir yaklaşım kullanıyor ve her şeyi kapsayacak şekilde yalnızca birkaç tasarım ve bireysel yongalar geliştiriyor. Intel, Alder Lake için yalnızca masaüstü ve dizüstü bilgisayarları kapsayan dört tasarım yaparken, AMD'nin masaüstü, dizüstü bilgisayar ve sunucu CPU'ları için kullanılan tek bir Zen 3 CCX tasarımı vardı.

Zen'in geleceği

Bu kadar yenilikçi ve zeki bir şirket olarak AMD'nin bundan sonra ne yapacağını tahmin etmek asla kolay değil. AMD, Zen 5 CPU'ları 2024'te piyasaya sürme planlarını açıkladı, ancak bunun ötesinde kesin bir şey bilmiyoruz. Belki AMD'nin daha geniş bir yelpazede hibrit CPU'lar sunduğunu, hatta bazılarının masaüstü bilgisayarlar ve sunucular için her iki dünyanın da en iyisini sunmak üzere normal ve c-varyant CCD'leri birleştirdiğini göreceğiz.

Zen'in geleceği söz konusu olduğunda AMD'nin rakiplerini, özellikle Intel ve Arm'ı da görmezden gelemeyiz. Zen tartışmasız iyi bir mimari olsa da, AMD'nin orijinal Zen mimarisinin tanıtılmasından bu yana elde ettiği başarının çoğu, Intel'in 2010'lar boyunca yaptığı stratejik hatalar sayesinde oldu. Ancak Intel nihayet kendi geri dönüşünü yapmakla kalmadı, aynı zamanda Arm PC'lere ve sunuculara girerken yeni bir rakip yaklaşıyor. AMD konumunu korumak ve geliştirmek istiyorsa, Zen her nesilde daha iyiye gitmek zorunda kalacak.