Когда в 2017 году AMD вывела на рынок архитектуру Zen, это стало отправной точкой для выхода компании на передовые позиции в секторе высокопроизводительных процессоров. За несколько лет AMD прошла путь от новичка до признанного лидера, способного конкурировать с Intel в сегменте процессоров. С каждой новой архитектурой компания предлагала улучшения производительности и энергоэффективности, что позволило ей приблизиться к лидеру рынка и даже обогнать его в некоторых аспектах. Ныне актуальная архитектура Zen 5, дебютировавшая в процессорах Ryzen 9000 и Ryzen AI 300, знаменует собой очередной значимый шаг вперед в этой эволюции. Сегодня мы посмотрим, какие ключевые изменения были внесены в Zen 5 и как они повлияли на общий потенциал архитектуры.
Главной целью архитектуры Zen 5 было дальнейшее улучшение энергоэффективности и производительности. AMD сделала упор на оптимизацию чиплетов и подсистемы предсказания инструкций, что позволяет новому поколению процессоров обрабатывать данные с минимальными задержками. Особое внимание было уделено улучшению вычислительной мощности для задач, связанных с искусственным интеллектом и машинным обучением, что становится всё более актуальным. Но обо всем по порядку.
Десктопные и мобильные процессоры на Zen 5: Ryzen 9000 и Ryzen AI 300
Дебют архитектуры Zen 5 ознаменовался выпуском процессоров Ryzen 9000 для настольных ПК и Ryzen AI 300 с кристаллом Strix Point для мобильных устройств. AMD сохранила структуру ввода-вывода на основе платформы AM5 и интеграцию с 6-нм чипом ввода-вывода (IOD) от Zen 4, что позволило сохранить совместимость с основными интерфейсами. Это решение обеспечило платформе стабильность и доступность для существующей экосистемы оборудования, что важно для пользователей, которые не планируют полностью обновлять свою систему.
Интерфейс ввода-вывода поддерживает 28 линий PCI-E 5.0, что позволяет подключать до двух высокоскоростных NVMe-накопителей и современную видеокарту, сохраняя при этом достаточное количество линий для связи с чипсетом. Благодаря такой конфигурации AMD смогла добиться не только высокой производительности, но и гибкости подключения для высокопроизводительных систем хранения и периферийных устройств. В дополнение к этому AMD добавила поддержку четырёх портов USB 3.2 Gen 2 на 10 Гбит/с и порта USB 2.0 для прошивки BIOS, существенно расширив возможности подключения.
Графика на базе архитектуры RDNA2 с двумя вычислительными блоками (CU) также перекочевала с Zen 4, однако в чуть более измененном исполнении. В частности, разработчики усовершенствовали контроллер памяти, который теперь поддерживает работу с оперативной памятью на частоте DDR5-5600 МГц. За счёт этого процессоры стали лучше справляться с большими объёмами данных в задачах вроде рендеринга или научных вычислений. А поддержка более высоких частот памяти позволила рассчитывать на более стабильную работу системы даже при высокой нагрузке.
Вычислительные чиплеты Zen 5
Переход на 4-нм техпроцесс в архитектуре Zen 5 стал одним из ключевых изменений, позволив AMD не только улучшить плотность транзисторов на 6%, но и снизить энергопотребление вычислительных чиплетов (CCD) на 22%. То есть чипы Zen 5 работают более эффективно по сравнению с предшественниками. Поэтому те же Ryzen 9 9950X и Ryzen 7 9700X лучше подходят для задач, требующих большого объёма вычислений при ограниченном энергопотреблении в самом широком спектре устройств: от серверов до мобильной техники. Применительно к ноутбукам снижение энергопотребления позволяет увеличить время работы от аккумулятора и повысить их автономность, а в контексте центров обработки данных - снижает затраты на электроэнергию.
AMD сохранила прежнее количество ядер в линейке Ryzen 9000 — от 6 до 16. Таким образом компания смогла предложить рынку широкий выбор процессоров, удовлетворяющих требованиям различных ценовых сегментов. Но оптимизация внутренних операций процессора, которая была реализована в Zen 5, позволила повысить их производительность за счёт улучшений в подсистеме предсказания ветвлений и декодере.
Отличие процессоров AMD на Zen 5 от Intel
Архитектура Zen 5 отличается новым подходом к выборке и предсказанию инструкций, который значительно увеличивает эффективность работы процессора. AMD представила двухканальный декодер с четырёхполосными конвейерами, что отличает её от подхода Intel. Двойной декодер позволяет минимизировать потери при неверных предсказаниях ветвлений и увеличивает общую производительность процессора.
Еще одним значимым новшеством стали увеличенные буферы целевых адресов. Первый уровень вырос с 1,5 до 16 Кб, а второй — с 7 до 8 Кб, что позволяет архитектуре лучше справляться с многопоточностью. Увеличение объёма буферов позволяет процессорам обрабатывать более сложные сценарии вычислений и минимизировать потери от неверных предсказаний, что особенно важно для задач с высокой степенью параллельности.
Расширение буфера трансляции второго уровня (TLB) до 2048 записей и увеличение стека адресов возврата до 56 записей дополнительно улучшили точность предсказаний. Поэтому даже Ryzen 5 9600X будет иметь значительное преимущество в задачах вроде обработки видео и моделирования по сравнению с процессорами прошлых поколений более высокого порядка. Повышенная точность предсказания позволяет процессору Zen 5 избегать избыточных вычислений и работать более стабильно.
Кэш L1, L2 и L3 в процессорах на Zen 5
Zen 5 значительно усовершенствовала кэш первого уровня (L1), увеличив его объем до 48 Кб и повысив ассоциативность с 8 до 12 каналов. Это важно для увеличения скорости доступа к данным и снижения времени отклика, что особенно важно при выполнении задач с высоким уровнем активности на кэш. Кэш L1 играет решающую роль в ускорении вычислений, поскольку именно он отвечает за хранение наиболее часто используемых данных.
Хотя объем кэша L2 остался на прежнем уровне, в его случае была увеличена ассоциативность с 8 до 16 каналов. Это изменение значительно улучшает работу многозадачности и позволяет более эффективно распределять ресурсы для сложных вычислительных задач.
Кэш третьего уровня (L3) не претерпел значительных изменений по объему, но AMD поработала над его задержкой. Сниженная задержка доступа к данным в L3 улучшает общее время отклика процессора и позволяет ему быстрее справляться с большими объёмами данных.
AMD Zen 5: увеличение портов и улучшение ALU
Zen 5 обновила структуру целочисленного конвейера, увеличив количество исполнительных портов с восьми до десяти. Теперь процессор может обрабатывать больше инструкций за такт, что увеличивает общую производительность и эффективность. В частности, в новом поколении количество ALU выросло с четырёх до шести, что позволяет быстрее справляться с математическими расчётами и улучшает производительность при выполнении сложных задач.
Благодаря увеличению количества блоков генерации адресов (AGU) до четырех Zen 5 получила возможность ускорять операции загрузки и выгрузки данных в кэш. Такое распределение ресурсов делает архитектуру Zen 5 более универсальной для выполнения задач различного типа, что важно для профессионалов, работающих с широким спектром приложений.
Объем регистрового файла также увеличили с 224 до 240 записей. Такой прирост позволит эффективнее использовать ресурсы процессора при выполнении многоэтапных вычислений. Например, в задачах, связанных с параллельными вычислениями.
Ускорение AVX512 на Ryzen 9000
В отличие от архитектуры предыдущего поколения, Zen 5 перевели на единый 512-битный блок для операций с плавающей запятой, который заменил два 256-битных блока. Это изменение позволяет обрабатывать команды AVX512 и VNNI с более высокой скоростью. А использование 512-битного блока FPU делает архитектуру Zen 5 более универсальной и повышает её адаптивность к современным задачам.
Zen 5 также увеличила количество планировщиков FPU с двух до трёх, что дополнительно ускоряет обработку инструкций. Блок переименования регистров теперь выполняет до шести операций за такт, что позволяет улучшить эффективность обработки данных. Таким образом, применительно к процессам, где требуются вычисления с плавающей запятой, процессоры нового поколения покажут себя лучше.
Кроме того, переработка вычислительных конвейеров FPU позволяет выполнять операции умножения, сложения и накопления (MAC) более эффективно, чем прежде. Zen 5 поддерживает более сложные вычислительные задачи, связанные с нейронными сетями и 3D-графикой, что делает её подходящей для профессионалов, работающих в областях машинного обучения и обработки изображений.
Поддержка виртуализации на AMD Ryzen
Zen 5 предлагает усовершенствованные возможности виртуализации, что делает её привлекательной для использования в серверных средах и центрах обработки данных. Технология Secure Encrypted Virtualization (SEV) и Shadow Stack усиливают защиту данных, изолируя виртуальные машины и предотвращая потенциальные угрозы безопасности.
Также AMD рассматривает возможность внедрения гетерогенных вычислений в будущих процессорах. Сочетание производительных и энергоэффективных ядер позволяет более гибко распределять ресурсы, что является важным аспектом для многозадачных серверных систем и облачных вычислительных сред. Поэтому благодаря Zen 5 гетерогенные вычисления могут стать новым стандартом отрасли, а не чем-то возвышенным и недостижимым.
Оценка преимуществ Zen 5
В совокупности улучшений Zen 5 обеспечивает увеличение IPC на 16% по сравнению с Zen 4. Этот прирост будет заметен в задачах, требующих высокой пропускной способности и многозадачности. AMD позиционирует Zen 5 как будущее высокопроизводительных вычислений, ориентированное на поддержку интенсивных рабочих нагрузок, таких как искусственный интеллект, машинное обучение и анализ больших данных.
Процессоры Ryzen 9000 и Ryzen AI 300 демонстрируют не только снижение энергопотребления, но и более высокую производительность по сравнению с предыдущими поколениями, что делает их оптимальными для множества профессиональных задач.
Автор: Xcom-shop
