Що таке Ryzen 3D V-Cache і чому він хороший для ігор?

Раніше ядра та частоти були основними специфікаціями, на які люди дивилися, купуючи процесор, але технологія 3D V-Cache AMD все змінила. Ryzen 7 5800X3D у 2022 році довів, що кеш-пам’ять є найважливішим фактором, коли йдеться про продуктивність ігор, і AMD була може перетворити ігровий процесор середнього класу на претендента на ігрову корону, просто додавши те, що компанія назвала своїм «3D». V-Cache».

3D V-Cache — це не просто модне маркетингове слово чи трюк, як «вибухова обробка» Sega Genesis, а радше рішення однієї з найбільших проблем, з якими коли-небудь стикалася напівпровідникова промисловість. Навіть без цього 3D V-Cache виявився чудовим способом запропонувати ще більше процесорів преміум-класу та високого класу без особливих зусиль з боку AMD.

Що таке кеш?

Перш ніж ми навіть поговоримо про 3D V-Cache, нам потрібно поговорити про звичайний старий кеш. Давним-давно комп’ютери використовували два основних типи накопичувачів: жорсткі диски та оперативну пам’ять (RAM). Жорсткі диски повільні, але можуть зберігати багато даних, тоді як оперативна пам’ять може зберігати лише невелику кількість даних, але дуже швидка. Ця домовленість працювала добре, поки в 1990-х темпи підвищення продуктивності процесора не почали випереджати оперативну пам’ять, і оперативна пам’ять мала стати швидшою, щоб процесори не були вузькими місцями.

Рішенням став кеш. Цей вид пам'яті є a багато менше, ніж оперативна пам’ять, але має ще більшу продуктивність, і вона розташована прямо в процесорі, а не десь на материнській платі. Це створило ієрархію пам’яті з кеш-пам’яттю вгорі, оперативною пам’яттю посередині та пам’яттю (наприклад, жорсткі диски та твердотільні накопичувачі) унизу. Але кеш-пам'ять зрештою розробила власні ієрархії з різними рівнями продуктивності та ємності відповідно до потреб кожного чіпа. (Це також стосується інших типів процесорів, наприклад GPU.)

Сьогодні типовий процесор високого класу має кеш рівня 1 (або L1), L2 і L3. Кеш L1 є крихітним і надається кожному окремому ядру для якнайшвидшої обробки невеликих інструкцій. Кеш L2 надається кластеру ядер для виключного використання, але він більший, іноді на порядок, і зберігається поза будь-яким окремим ядром. Кеш L3 зазвичай використовується всіма ядрами одного ЦП і часто є найбільшим і останнім рівнем. Деякі дуже нішеві ЦП навіть постачаються з кеш-пам’яттю L4, яка зазвичай знаходиться не в самому ЦП, а скоріше є типом оперативної пам’яті, що встановлюється на корпус ЦП, наприклад, кеш-пам’ять HBM2 4-го покоління Xeon.

Що таке 3D V-Cache?

3D V-Cache — це просто мікросхема, яка має лише кеш-пам’ять, а процесори Ryzen 5000 і Ryzen 7000 розроблені з урахуванням сумісності з 3D V-Cache. Кожна мікросхема або мікросхема 3D V-Cache містить 64 МБ кешу третього рівня, що вдвічі більше, ніж обчислювальна мікросхема Zen. Ви можете подумати, що 3D V-Cache слід вважати кеш-пам’яттю L4, оскільки він не є частиною самого ЦП, але насправді AMD встановлює ці мікросхеми вертикально на обчислювальних мікросхемах, де розташовані всі ядра та кеш, і це де 3D V-Брендінг кешу походить від.

Ryzen 7 5800X3D був першим процесором AMD, який використовував цю технологію, і як єдиний процесор 3D V-Cache свого покоління, це був фактично тестовий запуск. Ryzen 7 5800X (без V-Cache) має 32 МБ L3, але 5800X3D має втричі більше – 96 МБ. Весь сенс додавання всього цього кешу полягав у тому, щоб запобігти потребі ЦП спілкуватися з оперативною пам’яттю, наскільки це можливо, оскільки оперативна пам’ять набагато повільніша, ніж кеш L3. Для більшості програм це забагато кешу, але є одне програмне забезпечення, яке любить кеш: ігри.

Ігри, як правило, не вимагають великої кількості ядер ЦП і сирої потужності для нормальної роботи, а вимагають, щоб ЦП обробляв багато невеликих даних якнайшвидше. Зрештою, більшість комп’ютерних геймерів хочуть запускати свої ігри зі швидкістю 60 FPS або вище, що означає абсолютно новий кадр принаймні кожні 16,67 мс. 5800X3D випереджає Ryzen 9 5950X і Core i9-12900K за продуктивністю в іграх, і він все ще добре витримує Ryzen 9 7950X і Core i9-13900K. Коли Процесори Ryzen 7000X3D Запустивши цього року, вони майже напевно будуть найшвидшими ігровими чіпами на ринку.

Тим не менш, 3D V-Cache не є досконалим, оскільки процесори, які використовують V-Cache, мають нижчу тактову частоту, ніж їхні не-3D аналоги. Додатковий кеш компенсує низькі частоти в іграх, але в інших програмах спостерігається невелика втрата продуктивності. З цієї причини 3D V-Cache може ніколи не стати стандартним для процесорів Ryzen.

Що такого особливого в 3D V-Cache?

Зрештою, 3D V-Cache — це лише мікросхема з кеш-пам’яттю на ньому та чудовою ігровою продуктивністю 5800X3D більше вказує на те, наскільки чудовим є кеш для ігор, ніж 3D V-Cache, що пропонує нові рівні продуктивність. Але 3D V-Cache є революцією не для кешу, а скоріше для способу створення процесорів і потенційного вирішення однієї з найбільших проблем галузі: смерті закону Мура.

Навіть якщо не було виробничої кризи, 3D V-Cache все ще є ефективним способом запропонувати продукт рівня для ентузіастів.

Закон Мура передбачає, що через два роки найшвидші чіпи матимуть вдвічі більше транзисторів, ніж найшвидші чіпи, які існують сьогодні. Транзистор — це найменший компонент процесора, і більше транзисторів зазвичай означає кращу продуктивність. Оскільки процесори можуть бути дуже великими, відповідати очікуванням закону Мура означає досягати більшого щільність, а вища щільність досягається в основному завдяки використанню кращих виробничих процесів (також званих вузли). Коротше кажучи, індустрія традиційно могла йти в ногу з законом Мура, використовуючи найновіший процес або вузол.

Протягом останнього десятиліття закон Мура стосувався життєзабезпечення, оскільки розробка кращих нових вузлів була надзвичайно важкою. Темпи збільшення щільності настільки сповільнилися, що компанії можуть не відповідати очікуванням закону Мура, а це означає, що технологічний прогрес сповільнюється. Кеш-пам’ять, зокрема, була дуже стійкою до покращень щільності, і лише минулого року TSMC оголосила, що її початкова версія 3-нм процесу не матиме більшої щільності кешу, ніж 5-нм.

3D V-Cache є геніальним рішенням цієї проблеми. Помістивши більшу частину кешу процесора на власний чіплет, AMD може виділити більше місця на обчислювальних чіпах для логічних транзисторів, які складають окремі ядра, і їх набагато легше зменшити, ніж кеш. Крім того, це означає, що AMD може використовувати старіші, дешевші вузли для чіпів V-Cache, зберігаючи при цьому найсучасніші вузли для обчислювальних мікросхем. Ми вже бачимо, як AMD застосовує цю теорію дизайну до своїх графічних процесорів; RX 7900 XTX і XT мають одну головну мікросхему GPU, оточену шістьма іншими мікросхемами, які містять весь кеш L3.

Навіть якщо не було виробничої кризи, 3D V-Cache все ще є ефективним способом запропонувати продукт рівня для ентузіастів. AMD не потрібно розробляти процесор спеціально для ігор (що ускладнить AMD отримання прибутку), а також не AMD має зробити так, щоб її основні процесори мали більше кешу, ніж необхідно (що призведе до того, що кожен процесор дорого). 3D V-Cache настільки простий, але так кардинально змінює правила гри; цілком можливо, навіть ймовірно, що ми побачимо такі компанії, як Intel, повторюють успіх 3D V-Cache за допомогою власних чипів кешу.