Malo manje od četiri godine nakon lansiranja prve generacije Ryzen procesora i potpuno nove Zen mikroarhitekture, AMD na tržište donosi procesore s evoluiranom Zen 3 arhitekturom koja puno toga obećava. Za početak, tvrde kako su konačno istjerali konkurenciju iz posljednje utvrde koju su držali – broju izvršenih instrukcija po ciklusu ili taktu. Jednojezgrene performanse su bile malo slabija točka Zena, no sada je i to riješeno, s kako AMD tvrdi 19-postotnim ubrzanjem. Danas testiramo čak tri od ukupno četiri predstavljena modela. Najjače Ryzene 5950X i 5900X s 32, odnosno 24 logičke jezgre, te Ryzena 7 5800X sa šesnaest. Zen 3 arhitektura na kojoj su bazirani donosi unificiranje CCX/CCD dizajna, koji sada sadrži osam jezgri i 32 MB L3 memorije unutar istog complexa. Kako sve radi i koliko su novi procesori brzi čitajte u članku.
Zen 3 mikroarhitektura i Ryzeni 5000 serije
Malo manje od četiri godine nakon lansiranja prve generacije Ryzen procesora i potpuno nove Zen mikroarhitekture, AMD na tržište donosi procesore s evoluiranom Zen 3 arhitekturom koja puno toga obećava. Za početak, tvrde kako su konačno istjerali konkurenciju iz posljednje utvrde koju su držali – broju izvršenih instrukcija po ciklusu ili taktu. Jednojezgrene performanse su bile malo slabija točka Zena, no sada je i to riješeno, s kako AMD tvrdi 19-postotnim ubrzanjem. Danas testiramo čak tri od ukupno četiri predstavljena modela. Najjače Ryzene 5950X i 5900X s 32, odnosno 24 logičke jezgre, te Ryzena 7 5800X sa šesnaest. Zen 3 arhitektura na kojoj su bazirani donosi unificiranje CCX/CCD dizajna, koji sada sadrži osam jezgri i 32 MB L3 memorije unutar istog complexa.
Četvrta je ovo generacija Zen arhitekture koja uključuje Zen, Zen+ i Zen 2 evolucije koje su AMD-u donijele novi život nakon Bulldozer arhitekture i njenih izvedenica. U četiri su godine na mainstream desktop tržište uspjeli donijeti procesore sa 16 jezgara što je do nedavno bilo nezamislivo. Sada sa Zenom 3 dodatno unificiraju početni dizajn, dovode lagane arhitekturalne izmjene i donose povećanje performansi gdje su bili malo “tanki” – IPC. Za svaki je procesor bitan podatak koliko instrukcija može izvršiti u jednom ciklusu (ili taktu). Ryzeni su u protekle tri generacije malo kaskali za Intelom u tom pogledu, no ova nova četvrta (premda serija nosi ime 5000), donosi 19% povećanja IPC-a u prosjeku u odnosu na Zen 2 (AMD-ovo interno mjerenje 25 mješovitih benchmarka na istom 4 GHz taktu), bazirano samo na arhitekturalnim promjenama. Uz to, novi procesori donose više radne taktove, nove 8-jezgrene komplekse (do sada 4-jezgreni), novu topologiju L3 memorije, a zadržavaju isti 7-nanometarski proces proizvodnje (TSMC).
19% povećanja IPC-a u prosjeku je postignuto s tri arhitekturalne promjene. Prva je uključivala front-end poboljšanja na boljem predviđanju grananja, bržem “oporavku” nakon krivog predviđanja i poboljšanjima u radu s operacijskom priručnom memorijom. Druga je poboljšanje u izvođenju tj. radu s cijelim brojevima i brojevima s pomičnim zarezom. Treće, i ne manje bitno je poboljšanje u load/store operacijama kojima je povećana propusnost, fleksibilnost te memory dependance tehnika predviđanja gdje procesor “špekulira” koje će load/store operacije izvršiti out-of-order, a koje ostaviti za in-order izvršavanje.
Front-end poboljšanja donose brže predviđanje grananja, brže prebacivanje između operacijske i instrukcijske priručne memorije, brži oporavak nakon krivog predviđanja grananja te različite tweakove na preciznosti grananja. Fetch/Decode operacije su ubrzane boljim predviđanjem grananja (Ryzeni korise TAGE predictor), redistribucijom BTB-a (branch target buffer), za nižu latenciju predviđanja (L1 BTB – 1024 unosa, L2 BTB 6.500 unosa), povećan je ITA na 1.500 (intirect target array), niža je latencija krivog predviđanja, i eliminirano je stvaranje “mjehura” na većini predviđanja. Optimizirana je L1 instrukcijska memorija (32KB), a poboljšan je prefetching i općenito upotreba memorije. Operacijska priručna memorija je poboljšana s bržim sekvenciranjem dohvata (fetch) i finijim granuliranjem prebacivanja između operacijske i instrukcijske priručne memorije.
Izvršna je jedinica poboljšana širim floating point i integer izdavanjem, bržim FMAC-om (fused multiply accumulate), širim “vremenskim prozorima” izvršavanja, i novim integer data pickerima. Izvršavanje operacija s cijelim brojevima (integer) je ubrzano povećanjem schedulera (96 vs. 92 unosa), zatim fizičkog registra (192 vs. 180 unosa), povećanjem izdavanja po ciklusu (10 vs. 7 (4 ALU-a, 4 AGU-a, jedna dedicirana grana i 2 St-data), a i ROB je povećan (256 vs. 224 unosa). Floating point izvršavanje je ubrzano novim 4-cycle FMAC-om, proširenom propusnošću otpreme, odvojenim F21/Store jedinicama i povećanim schedulerom.
I za kraj, Load/Store jedinice imaju povećani store queue (64 vs. 48 unosa), zatim L2 DTLB s 2.000 unosa, 8-way L1 podatkovnu priručnu memoriju kapaciteta 32KB (tri puta više operacija s memorijom po ciklusu, do tri load operacije po ciklusu i do dvije store operacije po ciklusu). Brže je kopiranje kratkih nizova, poboljšan je prefetching, a bolje je i predviđanje store-to-load ovisnosti.
Velika novost je i u “pakiranju”. Prijašnja arhitektura CCX-a (core complex) je uključivala 4 jezgre i 16 MB L3 memorije, a sada jedan CCX ima 8 jezgara i 32 MB L3 memorije. Ovo je rezultiralo dvostrukim povećanjem L3 memorije kojoj svaka pojedina jezgra može pristupiti, ubrzavanjem komunikacije između jezgara i memorije, te znatno smanjenje efektivne latencije memorije – ranije je komunikacija između dva CCX-a išla preko IO jezgre, a sada kad je osam jezgri zajedno manje se koristi IO, što je brže, a i utrošak energije je manji.
Hijerarhija priručne memorije unutar jedne jezgre procesora je ostala ista, ali je poboljšanje vidljivo u Load/Store operacijama podatkovne memorije gdje je ostvaren skok s dvije na tri load operacije, i s jedne na dvije store operacije. I dalje je tu 512K L2 memorije, a i L1 – L2 – L3 komunikacija je ostala ista – 32 bajta po ciklusu. Naravno, sada jedna jezgra ima pristup duplo većoj L3 memoriji (16 vs. 32 MB) i to je veliki razlog povećanja IPC performansi kod single ili light-threaded aplikacija.
Novi Ryzeni 5000 serije i dalje imaju chiplet topologiju pakiranja, s po jednim ili dva CCX-a, odnosno CCD-a, te jednim cIOD-om. Velika razlika u odnosu na prošlu generaciju je što jedan CCD sada više ne sadržava dva CCX-a s po 4 jezgre nego samo jeda, a unutar njega je i infinity fabric, tj. komunikacijska međuspojnica koja je jednako fleksibilna kao i do sada. Ovime je eliminirana sva dosadašnja komunikacija između dva CCX-a, čime je smanjena core-to-core latencija i unutar CCX-a i između dva CCX-a kod 12 i 16-jezgrenih procesora. Jedan CCD je veličine oko 80.7 kvadratnih milimetara i sastoji se od 4,15 milijardi tranzistora.
cIOD, odnosni input/output jezgra je i dalje napravljena u 12-nanometarskom proizvodnom procesu, ima površinu od 125 kvadratnih milimetara i sadrži 2,09 milijardi tranzistora. Sadrži Infinity fabric, unificirani memorijski kontroler i I/O Hub kontroler. Toliko o arhitekturi i pakiranju, idemo na konkretne modele!
