Podręcznik

4.16. Procesory firmy AMD

Podstawą większości procesorów AMD w nadchodzących latach będzie technologia Zen. Początkowo nowa generacja procesorów i kart graficznych AMD była produkowana w 14-nanometrowym procesie technologicznym. Producent chwali się, że mikroarchitektura Zen oferuje o 52% lepszy współczynnik IPC (ang. Instructions Per Cycle – instrukcji wykonywanych w jednym cyklu zegara), a także 3,7-krotnie wyższą efektywność energetyczną w porównaniu do poprzedniej generacji rdzeni Excavator. Dodatkowym atutem jest wsparcie dla pamięci DDR4.

Prace nad nową mikroarchitekturą AMD ruszyły przed 2013 rokiem. W Zen zastosowano inną koncepcję wielowątkowości, niż w rodzinie Bulldozer-Excavator (K15). W Zen wykorzystano pewną formę SMT (ang. Simultaneous Multi-Threading – symultaniczna wielowątkowość), a nie jak w poprzednich modelach CMT (ang. Clustered Multithreading). Technikę SMT wykorzystuje większość nowoczesnych wysokowydajnych procesorów; m. in. wszystkie układy Intela poza rodziną Atom, serwerowe procesory SPARC i POWER8. W Zen jeden rdzeń może prowadzić jednocześnie dwa wątki, podobnie jak w desktopowych procesorach Intela (Rys.34).

Rdzenie Zen zobaczymy w procesorach o nazwach roboczych:

• Summit Ridge – wysokowydajne procesory desktopowe do podstawki AM4. Będą mieć 8 rdzeni (16 wątków) i nie będą wyposażone w układ graficzny.
• Raven Ridge – pierwsze APU z rdzeniami Zen, również do podstawki AM4. Będą mieć 4 rdzenie (8 wątków).
• Zeppelin/Naples – procesory serwerowe z 8, 16 lub 32 rdzeniami (maksymalnie 64 wątki!) i dwu- lub czterokanałowym kontrolerem pamięci.

 

Rys. 34. Architektura Zen [źródło: ]

 

Dla uproszczenia konstrukcji producent podzielił procesor na bloki CCX (CPU Complex), które obejmują cztery rdzenie, po 64 KB pamięci podręcznej pierwszego poziomu na instrukcje i dane oraz 512 KB pamięci podręcznej drugiego poziomu na rdzeń oraz 8 MB współdzielonej pamięci podręcznej trzeciego poziomu (podzielonej na cztery klastry) (Rys.35). Całość uzupełnia:

• magistrala Infinity Fabric, która łączy bloki CCX,
• 2-kanałowy kontroler pamięci DDR4 natywnie obsługujący moduły do 2666 MHz,
• kontroler magistrali PCI-Express 3.0 z 24 liniami transmisyjnymi,
• wszystkie niezbędne interfejsy wejścia/wyjścia.

Kluczową kwestię we wzroście wydajności procesorów AMD odgrywa technologia AMD SenseMI, która wykorzystuje pięć składowych funkcji - Pure Power, Precision Boost, Extended Frequency Range, Neural Net Prediction i Smart Prefetch. Pure Power obejmuje ponad 100 wbudowanych sensorów - monitorują one poszczególne parametry procesora z dokładnością do 1mA, 1mV, 1mW, 1°C. Funkcja ta działa w połączeniu z technologią Precision Boost, która optymalizuje taktowanie procesora z częstotliwością tysięcy razy na sekundę, co ma wpływ nie tylko na wydajność, ale też jego zapotrzebowanie na energię. Na uwagę zasługuje też technologia XFR (ang. Extended Frequency Range), która pozwala automatycznie podnieść taktowanie jeszcze ponad limit wyznaczony przez Precision Boost. Warto jednak pamiętać, że funkcja ta jest zależna od temperatury układu. Neural Net Prediction i Smart Prefetch to zaawansowane systemy sztucznej inteligencji, które śledzą zachowanie oprogramowania i przewidują ścieżki postępowania aplikacji oraz ich zapotrzebowanie na zasoby w celu przygotowania danych z wyprzedzeniem. Technologie te pozwalają zwiększyć efektywność nowych procesorów.

 

Rys. 35. Blok CCX [źródło: https://en.wikichip.org/wiki/amd/microarchitectures/zen]

 

Procesory AMD Ryzen współpracują z nowymi płytami głównymi z podstawką
AM4 (Socket 1331) i chipsetami AMD z serii 300. Z tej samej platformy korzystają też procesory APU 7-ej generacji, a producent deklaruje wsparcie dla niej do 2020 roku. Chipsety AMD 300 oferują wszystkie najnowsze interfejsy (w tym M.2, SATA, PCI Express i USB 3.1 gen. 2), ale różnią się funkcjonalnością.

Procesory Ryzen 2-giej generacji

• bazują na usprawnionej mikroarchitekturze Zen+,
• wykonane są w 12-nanometrowym procesie produkcyjnym,
• używają podstawki AM4 – zadziałają zarówno ze starszymi płytami serii 3xx (po aktualizacji BIOS) i serii 4xx,
• oferują wyższą wydajność i lepsza energooszczędność od poprzedników,
• oferują wydajniejszy tryb turbo dzięki Precision Boost 2 i XFR2.

Wszystkie Ryzeny (zarówno pierwszej, jak i drugiej generacji) wykorzystują podstawkę AM4. AMD Ryzen 7 2700X to jeden z najwydajniejszych procesorów Ryzen 2 generacji. Producent przewidział 8 rdzeni/16 wątków – standardowo pracują one z częstotliwością 3,7 GHz, ale w trybie Turbo może ono wzrosnąć nawet do 4,35 GHz. Ponadto pozostawiono tutaj odblokowany mnożnik, dzięki czemu można pokusić się o dodatkowe podkręcenie zegarów. Pozostała część specyfikacji obejmuje 16 MB pamięci podręcznej L3 i 2-kanałowy kontroler pamięci DDR4-2933. TDP układu wynosi 105 W. Wraz z Ryzen 2 debiutują płyty główne z nowym chipsetem AMD X470. Generalnie nie wprowadza on jakichś rewolucyjnych zmian, ale kilka interesujących nowości jak choćby technologia StoreMI. StoreMI to odpowiedź AMD na technologię Intel Optane Memory, w której do przyśpieszenia HDD można wykorzystać dowolny dysk SSD, a nawet RAM.

Ryzeny drugiej generacji są bardziej energooszczędne od pierwszej. Niewątpliwie ma na to wpływ 12-nanometrowy proces technologiczny. Ryzeny drugiej generacji są też, niezależnie od zastosowań, szybsze od swoich odpowiedników. Mikroarchitektura Zen+ daje wyższą wydajność, a AMD na tym nie poprzestało i zwiększyło jeszcze częstotliwość pracy układów. Nie bez wpływu na wydajność ma również zastosowanie szybszego kontrolera RAM. Nowe procesory AMD nie wymagają nowych płyt głównych. Zadziałają z każdą płytą z podstawką AM4, również ze starszymi opartymi na chipsetach serii 3xx - o ile tylko oczywiście otrzymają aktualizację BIOS i spełnią wymagania energetyczne.

AMD pracuje nad kolejnymi jednostkami Ryzen 3-ej generacji. Producent skończył projektowanie układów, a pierwsze próbki już trafiły do testerów. Kolejna generacja procesorów ma bazować na architekturze Zen 2 i będzie produkowana w 7-nanometrowym procesie technologicznym. Możemy zatem oczekiwać wyższej wydajności i niższego zapotrzebowania na energię elektryczną. Ponadto nowe jednostki powinny pracować z wyższym taktowaniem i dysponować szybszym kontrolerem pamięci operacyjnej, co przełoży się na dodatkowy wzrost wydajności.