AMD Zen 3 Mimari İyileştirmeleri: Açıklandı

8 Ekim'de^inci 2020 AMD, Zen 3 mimarisine dayalı yepyeni Ryzen 5000 serisi masaüstü işlemcileri duyurdu. Bu duyuru, yılın en çok beklenen PC donanım duyurularından biriydi. Orijinal Zen mimarisinin 2017'de piyasaya sürülmesinden bu yana AMD, yıllık mimari iyileştirmeler açısından dik bir yukarı doğru yörüngede. AMD'nin Ryzen işlemci tarihindeki en büyük nesil sıçramasını sunduğunu iddia etmesiyle bu yıl da farklı değildi. Bu yeni mimariyi bu kadar özel yapan nedir? Zen 3'ün getirdiği mimari iyileştirmelere derinlemesine bakalım.

Zen mimarisinin Temelleri

AMD’nin Ryzen işlemcileri, ana rakipleri Intel’in masaüstü işlemcilerinde kullandıklarından çok farklı benzersiz bir tasarım kullanıyor. Ryzen işlemciler aslında büyük tekil bir çipten ziyade birden çok küçük parçacığa dayanıyor. Bu farklı chiplets, "Infinity Fabric" olarak bilinen bir bağlantı aracılığıyla birbirleriyle iletişim kurar. AMD, Infinity kumaşını AMD işlemcilerdeki farklı chiplets arasında hızlı bağlantıya izin veren bir hiper aktarım seti olarak tanımlıyor. Bu, tek bir yonga yerine, alt tabaka üzerinde hızlı bir bağlantı aracılığıyla birbirleriyle iletişim kuran birden çok küçük yonga olduğu anlamına gelir.

Bu tasarım artıları ve eksileri ile birlikte gelir. En büyük avantaj ölçeklenebilirliktir. Yonga tasarımı, AMD'nin daha küçük bir pakette daha fazla çekirdeği paketleyebileceği ve böylece CPU pazarının bütçe segmentinde bile yüksek çekirdek sayısı seçeneklerine izin verebileceği anlamına gelir. Bu tasarımın ana dezavantajı gecikmedir. Çekirdekler fiziksel olarak birbirinden ayrıdır, bu da verilerin sonsuzluk dokusunda dolaşması için geçen süre nedeniyle biraz daha fazla gecikme sağlar. Bu, oyun oynama gibi gecikmeye duyarlı uygulamalardaki performansın genellikle Intel’in tek çipli tasarımından daha düşük olduğu anlamına gelir.

Zen 2 Uygulaması

Ryzen 3000 serisi işlemciler, ana akım masaüstü pazarında büyük bir başarıydı. Bu CPU'lar, Zen mimarisinin tasarımında çok ilginç bazı iyileştirmelere sahip olan TSMC’nin 7nm sürecine dayanan Zen 2 mimarisine dayanıyordu. Zen 2, CPU çekirdeklerini her biri 4'lük Çekirdek Kompleksleri halinde birleştirirken, 32 MB L3 Önbellek havuzunu her biri 16 MB önbellekten oluşan iki küçük havuza böldü. Bu çekirdek kompleksler (CCX), Zen 2 işlemci serisinin temelini oluşturuyordu. Her 4 çekirdekli kompleks, gecikmeyi iyileştirmek için önemli olan 16 MB L3 önbelleğe anında erişime sahipti. Bu, Zen 2'nin oyun gibi gecikmeye duyarlı uygulamalarda Intel için çok rekabetçi olduğu ve çok iş parçacıklı iş yüklerinde Intel'den çok daha iyi performans gösterdiği anlamına geliyordu.

Farklı CCX birimlerinin hala Infinity Fabric aracılığıyla birbirine bağlanması gerekiyordu, bu nedenle hala biraz gecikme olması bekleniyordu. Yine de Zen 2, Zen + 'ya göre% 15 IPC (Saat Başına Talimat) iyileştirmesi sundu ve ayrıca daha yüksek çekirdek saatleriyle övündü. Bu nesil AMD için önemliydi, çünkü artık Intel ile rekabette geri adım attılar ve hızlı yenilikleri ve Intel'in kayıtsızlığı nedeniyle büyük gelişme potansiyeline sahipler.

Zen 3 için Hedefler

AMD, Zen 3'ü çok net bir hedef göz önünde bulundurarak geliştirmek için yola çıktı. Rekabetin çok iş parçacıklı tarafına hâkim olduklarından, Intel'in biraz gerisinde kaldıkları tek alan oyun oynamaktır. Zen 3 kadar iyi olsa da, mavi takımın son derece yüksek saat hızları ve düşük gecikme süresi sunan tasarımı nedeniyle Intel'in oyun tacını çalamadı. Mümkün olan en yüksek kare hızını isteyen saf oyuncular için cevap yine de Intel'di. Bu nedenle, AMD'nin bu nesil için hedefleri netti:

Çekirdekten Çekirdeğe Gecikmeyi İyileştirin
Çekirdek Saat Hızlarını Artırın
Saat başına Talimatları (IPC) artırın
Verimliliği Artırın (Watt Başına Daha Yüksek Performans)
Tek İş Parçacıklı Performansı Artırın

Zen 2'nin çok çekirdekli uygulamalarda zaten çok sağlam bir performans sergilediği düşünüldüğünde, AMD'nin bu nesil CPU'lar için neredeyse yalnızca tek iş parçacıklı performansa odaklanması kolaydı.

Zen 3 İyileştirmeleri

AMD, 8 Ekim'de "Oyun Başlıyor" Canlı yayınında yeni CPU'ları ve Zen 3 mimarisinden bahsetti.^inci. AMD, Zen 3'ün Zen mimarisi tarihindeki en büyük nesil sıçraması olduğunu iddia ediyor. Yeni Ryzen 5000 CPU'lar hala TSMC’nin 7nm sürecine dayanıyor, ancak başlık altında çok sayıda mimari iyileştirmeye sahip.

8 Çekirdekli Karmaşık Tasarım

Muhtemelen yeni mimarideki en büyük gelişme tamamen yeni yerleşim düzeni oldu. AMD, Zen 2'nin çoklu CCX tasarımını ortadan kaldırdı ve bunun yerine 8 çekirdeğin tümünün 32 MB L3 önbelleğe erişebildiği tek bir 8 çekirdekli Kompleks tasarıma geçti. Bu yeniden tasarım, oyunlar gibi gecikmeye duyarlı uygulamalarda büyük etkilere sahiptir.

Önbellek ve diğer çekirdeklerle doğrudan temas halindeki her çekirdekle, verilerin bir taraftan diğerine geçmek için tüm kalıbın çaprazlamasına sahip olmaması nedeniyle gecikmeyi önemli ölçüde artırır. Bu yeniden tasarım aynı zamanda yonganın etkin bellek gecikmesini iyileştirerek tek iş parçacıklı görevler için daha yüksek performans sağlar.

IPC İyileştirme

Çekirdek kompleksin geliştirilmiş düzeni, Zen 3'ün getirdiği tek gelişme değil. AMD, Zen 2'ye göre% 19'luk bir IPC İyileştirmesi olduğunu iddia ediyor ki bu büyük bir rakam. IPC veya Saat Başına Talimatlar, CPU'nun saat döngüsü başına ne kadar iş yapabileceğini gösterir. % 19 iyileşme, Ryzen'in 2017'de piyasaya sürülmesinden bu yana IPC'de gördüğümüz en büyük sıçramadır. Önceki nesil Zen 2 işlemciler ayrıca Zen + mimarisine göre oldukça büyük bir% 15 IPC iyileştirmesi getirdi.

Bu IPC iyileştirmesi, AMD'nin Intel’in çok yüksek çekirdek hızlarıyla rekabet edebilmesi ve hatta hızlandırma hızı açısından 5 GHz’in altında kalması anlamına geliyor. AMD ayrıca bu devasa IPC artışına katkıda bulunanları da özetledi. Promosyon materyaline göre, katkıda bulunan ana faktörler şunlardır:

Önbelleği Önceden Getirme
Yürütme Motoru
Şube Tahmincisi
Mikro İşlem Önbellek
Başlangıç aşaması
Yükle / Depola

Verimliliği arttırmak

TSMC’nin 7nm işleminin inanılmaz yoğunluğu nedeniyle AMD, aynı ortalama güç çekimini korurken Ryzen yongalarına daha da fazla güç sığdırmayı başardı. AMD, Ryzen 5000 serisi yongaların 3000 serisi ile aynı 7nm işlemine dayandığını iddia ediyor, ancak işlem iyileştirildi ve sonuçta ortaya çıkan yongalar bu nedenle daha verimli.

AMD ayrıca, Ryzen 9 5900X ve 5950X'in, daha yüksek artırma saatlerine ve geliştirilmiş IPC'ye sahip olmasına rağmen, son nesil 3900X ve 3950X ile aynı miktarda güç tüketeceğini iddia etti. AMD’nin promosyon malzemesi, orijinal Zen mimarisine göre "Watt başına 2,4 kat Performans" iyileştirmesinden alıntı yaptı. Bu sayı AMD'nin 5900X ve 5950X güç çekişi iddialarıyla aynı çizgide çünkü artık daha yüksek saatlere sahipler ancak yine de öncekilerle aynı TDP numaralarına sahipler.

Rafine Silikon, Daha yüksek saatler

Ryzen 3000 serisinin kullanım ömrü sonunda AMD, “XT” markasıyla seriye 3 CPU ekleyen bir yenileme yayınladı. Ryzen 5 3600XT, Ryzen 7 3800XT ve Ryzen 9 3900XT, temel modellerle aynı işlemcilerdi ancak daha yüksek saat hızlarına sahipti. Bir ürünün ömrünün sonunda, üretim süreci olgunlaşır ve silikon kalitesi daha iyi hale gelir. Bu, silikonun daha yüksek hızlara çıkabilen ve saatleri daha uzun süre tutan CPU'lar ürettiği anlamına gelir. XT serisi CPU'lar tam olarak bu şekilde mümkün hale geldi.

Zen 3 CPU'larla AMD, 5000 serisi CPU'ları aynı 7nm düğümünde oluşturmak için aynı olgun üretim sürecini ve daha yüksek kaliteli silikonu kullandı. Bu, AMD'nin destek saatlerini son neslin XT serisinden bile çok daha yükseğe itmesine izin verdi. Daha yüksek IPC ve çekirdek düzeninin yeniden tasarlanmasıyla birlikte daha yüksek hızlandırma saatleri, AMD'nin tek iş parçacıklı performansın zorluğunun üstesinden gelmeye hazır olduğu anlamına geliyordu. 4 Ryzen 5000 serisi işlemcilerin ilan edilen saat hızları aşağıdaki gibidir:

AMD Ryzen 5 5600X: 3,7 GHz Temel, 4,6 GHz Boost
AMD Ryzen 7 5800X: 3,8 GHz Temel, 4,7 GHz Boost
AMD Ryzen 9 5900X: 3,7 GHz Temel, 4,8 GHz Boost
AMD Ryzen 9 5950X: 3,4 GHz Temel, 4,9 GHz Boost

Chiplet Tasarım Avantajları

AMD'nin nesiller arası böylesine önemli bir sıçrama yapmasını mümkün kılan birçok faktör vardı. En büyüklerinden biri yongaların kendisinin tasarımıdır, yani CPU kalıplarının "Yonga Stili" düzeni. Bu tasarım, nesiller arası iyileştirmeler söz konusu olduğunda birçok önemli avantaj sunar:

Ölçeklenebilirlik: Çekirdekler alt tabaka üzerindeki çıtaların içinde düzenlendiği için, AMD'nin aşırı ısınma riski olmadan benzer bir pakete daha fazla çekirdek sıkıştırması mümkündür. Intel'in rakip tasarımı, tüm çekirdekleri birbirine çok yakın yerleştirir ve düzgün yapılandırılmadığı takdirde ciddi termal sorunlara neden olabilir. Öte yandan AMD, ana masaüstü platformunda 6 çekirdekli, 8 çekirdekli, 12 çekirdekli ve hatta 16 çekirdekli işlemcileri yapmak için bu yonga tasarımını kullanmayı başardı. Bu, AMD'nin bu tasarım nedeniyle bir çekirdek sayısı hakimiyeti kurduğu anlamına gelir.
Geliştirme Kolaylığı: Bu tasarımın bir diğer büyük avantajı, görünüşe göre geliştirme kolaylığıdır. Zen 3 mimarisinin geliştirme sürecinde AMD, Zen 2 ile tamamen aynı temel tasarımı kullandı ve ardından onu değiştirdi. Bu, tasarımın zaten belirli bir dereceye kadar mükemmelleştirildiği anlamına geliyordu ve AMD'nin hedefledikleri temel alanlarda iyileştirmesi kolaydı.
Eşzamanlı 5nm Geliştirme: AMD ayrıca 5nm mimarisine dayalı Ryzen CPU'lar için gelecek planlarının da yolunda olduğuna dikkat çekti. Bunun nedeni, yonga tasarım mimarisinin AMD'nin aynı anda birden çok geliştirme akışı çalıştırmasına izin vermesidir. AMD, 7nm sürecini temel alan Zen 3 ve Zen 2 mimarilerinin yaptığı gibi 5nm işlemlerinin planlandığı gibi geleceğinden emindi.

Beklenen sonuçlar

Zen 3 tabanlı Ryzen 5000 serisi işlemciler, yalnızca çok iş parçacıklı iş yüklerinde değil, aynı zamanda oyunlarda da endüstri lideri olmayı vaat ediyor. 2006'dan beri ilk kez AMD, mutlak en iyi oyun performansı yarışında Intel'i resmi olarak tahttan indirdi (AMD'nin iddialarına göre). AMD ayrıca Ryzen 9 5950X ile herhangi bir masaüstü yongası arasında en yüksek tek iş parçacıklı performansa sahip olduğunu iddia etti ve onu yakından Ryzen 9 5900X izledi. Zen 3'ün getirdiği mimari iyileştirmelerden beklenen sonuçlara bir göz atalım.

Oyunlarda Liderlik

AMD,% 19'luk devasa bir IPC iyileştirmesi, artan çekirdek saatleri ve yeniden tasarlanmış bir çekirdek karmaşık sistemiyle, bu neslin oyun performansında devasa bir sıçrama yaptı. Zen 2, Intel’in teklifleriyle makul ölçüde rekabet ederken, Zen 3 tüm oyun iş yüklerinde Intel’i tamamen yenmeyi planlıyor. AMD, Ryzen 9 5900X'in oyunlarda Ryzen 9 3900X'ten ortalama olarak yaklaşık% 26 daha hızlı olduğunu iddia ediyor. Bu, yalnızca bir nesilde yapılacak devasa bir adımdır.

Üstelik AMD, oyunlarda Ryzen 9 5900X'in Core i9-10900K'dan daha hızlı olduğunu iddia etti. Bu, genel PC meraklıları için AMD hayranları için oldukça büyük bir haber. Bu, artık en iyi AMD CPU'ların hem oyun hem de çok çekirdekli uygulamalarda en iyi Intel CPU'ları geçtiği anlamına geliyor. Hala arkaik 14nm mimarisine takılıp kalmaları Intel’in durumuna yardımcı olmuyor ve yeni nesil Rocket-Lake işlemcileri Ayrıca 14 nm'de olduğu da söyleniyor. Bu arada AMD, Zen 2 ve Zen 3'teki 7nm teklifleriyle tüm silindirlere ateş ederken, aynı zamanda görünüşe göre yolda olan 5nm planları üzerinde de aynı anda çalışıyor. Bunun Intel'in masaüstü CPU pazar payı üzerinde ciddi etkileri olabilir.

Geliştirilmiş Tek İşlem Parçacıklı Performans

AMD bir süredir daha iyi çok çekirdekli performansa sahipti, ancak modern oyunların tüm çekirdeklerden etkili bir şekilde yararlanmaması nedeniyle bu daha iyi oyun performansı anlamına gelmiyor. Çoğu oyunda en çok kullanılan ve genellikle "dünya ipliği" adı verilen baskın bir konu vardır. Dünya iş parçacığı, gecikmeye ve tek çekirdek performansına karşı büyük ölçüde hassastır. AMD’nin mimari yeniden tasarımı sayesinde, gecikme büyük ölçüde azaltıldı ve böylece bu baskın iş parçacığının performansını büyük ölçüde artırdı. Bu, AMD'nin oyun senaryolarında başı çekmesini sağladı.

Bu aynı zamanda AMD’nin tek iş parçacıklı performansının artık Intel’den çok daha üstün olduğu anlamına geliyor. Aslında AMD, Ryzen 9 5950X için etkileyici bir tek çekirdekli Cinebench skoru 640 gösterdi ve bunu Ryzen 9 5900X tarafından 631 puanla yakından takip etti. Bu iyileştirmeler, Zen 3 mimarisinin mimari çekirdek karmaşık yeniden tasarımı, azaltılmış gecikme süresi ve daha yüksek hızlanma saatleri nedeniyle de mümkündür. Ryzen 5000 serisi işlemcilerin tek iş parçacıklı performansı hakkında daha fazla bilgiyi şurada okuyun: Bu makale.

Daha da yüksek Çok iş parçacıklı Performans

Çok iş parçacıklı performans segmentindeki hakimiyetini sürdüren AMD, Zen 3 tabanlı Ryzen 5000 serisi işlemcileri için yine etkileyici rakamlar sergiledi. Özellikle, 12 çekirdekli Ryzen 9 5900X ve Ryzen 9 5950X, çekirdek ağırlıklı iş yüklerinde rakipsiz performansa sahiptir. AMD ayrıca, 5950X'in ilk kez CAD çalışması için en hızlı masaüstü işlemcisi olmasına izin veren bazı ince ayarlar da yaptı. AMD, onu en iyi oyun işlemcisi VE içerik oluşturma için en iyi işlemci olarak gördü ve bu ifadeyle tartışmak zor. AMD, 3950X'e göre iş yüklerinin işlenmesinde etkileyici bir% 12 daha fazla performans iddia etti. Bu, bu işlemciyi, masaüstü bilgisayarların sunduğu en iyi şey için çabalayanlar için mutlak bir canavar haline getiriyor.

Intel için alarm zilleri?

AMD'nin Ryzen serisini neredeyse kör edici bir oranda geliştirdiğine şüphe yok. Nesilden nesile büyük performans iyileştirmeleri sundular ve Zen 3 şimdiye kadarki en büyük atlayışları olmayı vaat ediyor. Ryzen 3000 serisi işlemciler çekirdek sayıları ve fiyatlandırma açısından mükemmel bir değer sunarken, tek bir ana iş yükünde hala Intel'in gerisindeydiler: Oyun. AMD, işleme, kodlama, video prodüksiyonu veya akış gibi masaüstü pazarının neredeyse diğer tüm yönlerinde güçlü bir liderlik kurmuştu, ancak gerçekten tartışmasız sınıfının en iyisi işlemci olmak için oyunlarda Intel'i geçmeleri gerekiyordu.

Ryzen işlemcilerin muhteşem mimari tasarımı, TSMC'nin 7nm süreci ve AMD geliştirme ekibinin mükemmel planlama ve yürütmesi sayesinde sonunda Zen 3 ile başardılar. Bu lansman Intel merkezinde alarm zillerini çalıyor olmalı. Intel çok büyük bir şirket ve buna yanıt vermemelerinin bir yolu yok, ancak geliştirme hızı söz konusu olduğunda kesinlikle AMD'nin gerisinde kaldılar. Intel'in aşması gereken ana engel, Skylake'den beri kullandığı eski 14nm işlemidir.

Intel, 10nm işlemiyle ilgili iyi belgelenmiş sorunlar yaşadı ve bu nedenle, henüz bu mimariye dayalı masaüstü yongaları sunamıyorlar. Bununla birlikte, Intel, kod adı "Tiger Lake" olan ve 10nm mimarisine dayanan son dizüstü bilgisayar CPU'larını başarıyla piyasaya sürdükten sonra, gelgitler değişebilir. Bu dizüstü bilgisayar çipleri, son nesle göre hem performans hem de verimlilik açısından büyük gelişmeler sunuyor ve Intel'in bu işlemi masaüstü CPU'larına taşımak için çalışıyor olması makul. Intel, 10nm işlemlerini işlevsel hale getirmeyi başarırsa, önümüzdeki yıllar CPU performans meraklıları için çok ilginç olacak.