AMD Zen

Kohteesta Wikipedia
Siirry navigaatioon Siirry hakuun
AMD Zen
Amd-zen-black-logo-210-9932.png
Kehittäjä AMD
Valmistaja GlobalFoundries
Samsung
Julkaisu 2. maaliskuuta 2017[1]
Käskykanta AMD64 (x86-64)
Osoiteavaruus 64-bittinen
Ytimiä 4-16 (pöytätietokoneet)[2]
32 (palvelimet)[3]

Zen on koodinimi AMD:n suorittimien mikroarkkitehtuurille, jota käytettiin ensimmäistä kertaa yhtiön Ryzen-tuotesarjan prosessoreissa helmikuusta 2017 alkaen.[4] Arkkitehtuuri on suunniteltu puhtaalta pöydältä edellisen sukupolven Bulldozer-arkkitehtuurista poiketen.[5] Ensimmäiset Zen-pohjaiset suorittimet valmistettiin 14 nanometrin FinFET-valmistusprosessilla. Ne ovat AMD:n aiempia suorittimia energiatehokkaampia ja pystyvät myös suorittamaan huomattavasti enemmän käskyjä sekunnissa. Arkkitehtuuri tukee myös SMT:tä, joten jokainen ydin kykenee suorittamaan kahta säiettä samanaikaisesti. Välimuistijärjestelmä on suunniteltu uudelleen, minkä ansiosta L1-välimuisti on takaisinkirjoitettavaa. Zen-pohjaiset suorittimet käyttävät AM4-suoritinkantaa ja DDR4-muistia.[6]

Zen-arkkitehtuurin suunnittelussa AMD keskittyi kolmeen kokonaisuuteen, jotka ovat suorituskykyisempi prosessoriydin, parempi välimuistihierarkia sekä alhaisempi virrankulutus. AMD:n konkreettisena tavoitteena oli saavuttaa 40 % parannus Instructions Per Clock- eli IPC-suorituskyvyssä Bulldozer-arkkitehtuurin Excavator-ytimeen verrattuna. Maaliskuussa 2017 AMD ilmoitti yltäneensä 52% parannukseen omiin testeihin vedoten.[7]

AMD on kertonut suunnittelevansa arkkitehtuurin jatkamista Zen 2 ja Zen 3 -sukupolvilla sekä tähtäävänsä 7 nanometrin valmistusprosessiin.[8]. Huhtikuussa 2018 julkaistiin parannellulla 12nm valmistustekniikalla valmistettuja Ryzen-malleja. Nämä perustuvat vielä samaan arkkitehtuurin ensimmäiseen versioon, mutta niiden L2-välimuistia on nopeutettu hiukan.[9]

Arkkitehtuuri[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Yksinkertaistettu kaavio Zen-arkkitehtuurista.

Jokaisella ytimellä on oma 64 KB L1-käskyvälimuisti ja 32 KB L1-datavälimuisti.[10] Ytimillä on yhdistetty 512 KB L2-välimuisti ja useammalla ytimellä on yhteinen L3-välimuisti.[10][11] Suorittimen L3-välimuisti on 16-tie assosiatiivinen.[12]

Zen pystyy dekoodaamaan 4 käskyä kellojaksossa, ja kokonaislukuyksiköitä (ALU) on 4 kpl.[11] Kellojaksossa pystytään suorittamaan kaksi latausta ja yksi talletus, mutta kaksi osoitteenlaskentayksikköä(AGU) rajoittaa tämän yleensä kahteen muistioperaatioon kellojaksossa.[11]

Suorittimen liukulukuyksikkö koostuu kahdesta 128-bittisestä yhteenlaskuyksiköstä ja kahdesta 128-bittisestä kertolaskuyksiköstä.[11] Suoritin pystyy kuitenkin laskemaan AVX-käskykantalaajennoksen 256-bittisillä vektoreilla pilkkomalla nämä kahteen osaan.

Prosessorimallit[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Ryzen[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

AMD esitteli Ryzen-brändin joulukuussa 2016. Julkaisun yhteydessä AMD kertoi, että mallinimessä numero 3, 5 tai 7 kertoo, mihin markkinasegmenttiin prosessori on suunnattu. Ryzen 7 -sarjan prosessoreissa on käytössä kahdeksan (8) ydintä[13] ja Ryzen 5 -sarjan prosessoreissa puolestaan kuusi (6) tai (4) ydintä.[14]

4-numeroisessa mallinimessä ensimmäinen numero viittaa Zen-arkkitehtuurin sukupolveen ja toinen numero suorituskyvyn tasoon. Kaksi seuraavaa numeroa on varattu esimerkiksi eri kellotaajuudella tai välimuistin määrällä varustettuja malleja varten. Viimeinen kirjain kertoo prosessorin tehonkulutuksesta. X-mallit ovat suorituskykyisimpiä XFR:llä Eli Extended Frequency Rangella varustettuja 95 watin TDP-arvolla varustettuja malleja.[13]

Ryzen 7 -sarja [15]

  • R7 1800X
  • R7 1700X
  • R7 1700

Ryzen 5 -sarja [16]

  • R5 1600X
  • R5 1600
  • R5 1500X
  • R5 1400

Lisäksi AMD on ilmoittanut 16-ytimisen Threadripper-mallin tulevan markkinoille kesällä 2017.[2]

Toinen sukupolvi[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Toisen sukupolven Ryzen-mallit ovat:[17]

  • Ryzen 7 2700X
  • Ryzen 7 2700
  • Ryzen 5 2600X
  • Ryzen 5 2600

Toisen sukupolven malleissa on korkeammat kellotaajuudet sekä mukana tuleva jäähdytinsiili.[17]

Kolmas sukupolvi[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

AMD kertoi kolmannen sukupolven Ryzen-suorittimien tulosta CES 2019 -messuilla.[18] Koodinimellä Matisse tunnetut suorittimet käyttävät 7nm tekniikalla valmistettua suoritinta ja 14nm tekniikalla valmistettua IO-piiriä.[18] Suoritin käyttää samaa AM4-kantaa kuin aiemmat sukupolvet ja lisää tuen PCI Express 4.0 -väylälle.[18] Kolmannen sukupolven mallit ovat tulossa markkinoille kesällä 2019.[18]

Threadripper[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Threadripper on Zen-arkkitehtuuriin perustuva suoritin, jossa on suurempi määrä ytimiä kuin Ryzen-malleissa:[19] Threadripper on toteutettu MCM-ratkaisulla jossa saman paketin sisällä on kaksi erillistä piilastua, joilla molemmilla on 8 ydintä ja 2-kanavainen muistiohjain, jolloin maksimimäärä ytimiä on 16 ja muistikanavia on yhteensä neljä. Threadripper-mallit käyttävät TR4-suoritinkantaa, toisin kuin Ryzen-mallit jotka käyttävät AM4-kantaa.[20]

  • 1950x - 16 ydintä, 32 säiettä
  • 1920x - 12 ydintä, 24 säiettä
  • 1900x - 8 ydintä, 16 säiettä

Toisen sukupolven Threadripper-suorittimessa on vahvistettu olevan 32 ydintä ja 64 säiettä.[21] Toisen sukupolven Threadripper-suorittimen mallit ovat:[22]

  • 2920X
  • 2950X
  • 2970WX
  • 2990WX

Epyc/Naples[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Zen-arkkitehtuuriin perustuen on tulossa 32 ytimen Naples-palvelinversio, jossa samaan MCM-paketointiin on laitettu neljä kahdeksan ytimen mikropiiriä. Naples tulee käyttämään AMD:n uutta Infinity Fabric -väylää ja se tukee moniprosessointia.[23][24][25]

Markkinoille on tulossa Epyc-malli palvelinkäyttöön, joka on aiemmin tunnettu nimellä Naples.[2]

Epyc-suorittimien mallit sisältävät Zen-ytimiä kahdeksasta kappaleesta 32:een kappaleeseen saakka, jotka ovat:[26]

  • Epyc 7601 - 32 ydintä, 64 säiettä
  • Epyc 7551 - 32 ydintä, 64 säiettä
  • Epyc 7501 - 32 ydintä, 64 säiettä
  • Epyc 7451 - 24 ydintä, 48 säiettä
  • Epyc 7401 - 24 ydintä, 48 säiettä
  • Epyc 7351 - 16 ydintä, 32 säiettä
  • Epyc 7301 - 16 ydintä, 32 säiettä
  • Epyc 7281 - 16 ydintä, 32 säiettä
  • Epyc 7251 - 8 ydintä, 16 säiettä

Lisäksi malleissa on eroja käytetyssä kellotaajuudessa.[26]

Cray on ilmoittanut AMD Epyc -suorittimilla varustettujen Cray CS500 -tietokoneiden saatavuudesta, jotka soveltuvat korkeaa muistikaistaa vaativiin käyttökohteisiin.[27]

AMD APU-mallit[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Myöhemmin on tulossa AMD APU-malliston suoritin, jossa on Zen-prosessoriytimiä ja grafiikkasuoritin (GPU) integroituna samalle suorittimelle.[28]

APU-malleissa samalle piirille integroidaan Radeon Vega -arkkitehtuurin GPU.[2]

Uudistuneita ominaisuuksia[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Suorittimen monisäikeistyksellä voidaan ajaa kahta säiettä samalla suoritinytimellä.[29][30]

Kellojaksoa kohti suoritettavien käskyjen määrä kasvanut keskimäärin 52% verrattuna aiempaan Excavator-ytimeen.[7] Tavoitteena oli vähintään 40% parannus.[29][30]

Suoritin tukee DDR4 muistia.[28]

Infinity Fabric[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Infinity Fabric korvaa aiemmin käytetyn HyperTransport-väylän ja se tukee NUMA-muistiarkkitehtuuria moniprosessointiiin.[25][31][32]

Käskykantalaajennokset[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Zen suorittimet ottavat käyttöön uusia, Excavator suorittimessa poissa käytöstä olleita käskykantalaajennuksia kuten ADX, RDSEED, SMAP, SHA1, XSAVEC, CLZERO ja PTE.[12]

Piirisarjatuki[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Suoritin käyttää AM4-suoritinkantaa. Suoritinkanta on käytettävissä myös myöhemmissä Zen-sukupolvien suorittimissa.[33] Suorittimen tueksi on alussa kolme piirisarjamallia: X370, B350, A320.[28]

Piirisarjamallit eroavat väylätuessa kuten PCI Express-, USB 3.0- ja SATA-väylämäärällä vaikuttaen kustannustasoon.[28]

Lähteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

  1. Kurri, Sampsa: AMD Ryzen 7 1800X & 1700X (Summit Ridge) io-tech.
  2. a b c d AMD unveils Ryzen Threadripper: A monster CPU with 16 cores, 32 threads Ars Technica. Viitattu 24.5.2017.
  3. http://www.pcworld.com/article/3158919/servers/amd-talks-tough-as-it-drums-up-support-for-32-core-zen-server-chip.html
  4. AMD says Zen CPU will outperform Intel Broadwell-E, delays release to 2017 18.8.2016. Ars Technica. Viitattu 1.3.2017.
  5. Inside Zen: How AMD designed its powerful new processor PC World. Viitattu 9.1.2017.
  6. Brad Chacos: AMD Zen-based CPUs and APUs will unify around Socket AM4 PCWorld. 8 January 2016.
  7. a b AMD:n uusi Zen x86-arkkitehtuuri ja clock-to-clock-suorituskyky - io-tech.fi io-tech.fi. 6.3.2017. Viitattu 20.3.2017.
  8. Kurri, Sampsa: AMD vahvisti: Ryzen julkaistaan maaliskuussa ja Vega Q2/2017 io-tech. Viitattu 6.2.2017.
  9. AMD Ryzen 2nd Gen Details: Four CPUs, Pre-Order Today, Reviews on the 19th 13.4.2018. Anandtech. Viitattu 14.4.2018.
  10. a b Cutress, Ian: AMD Zen Microarchitecture: Dual Schedulers, Micro-Op Cache and Memory Hierarchy Revealed Anandtech. Viitattu 17.8.2017.
  11. a b c d "AMD Zen Hotchips slides" Anandtech. Viitattu 9.1.2017.
  12. a b AMD Opens The Lid on Zen Architectural Details at Hot Chips – Huge Performance Leap Over Excavator, Massive Throughput on 14nm FinFET Design wccftech.
  13. a b AMD Ryzen 7 1800X & 1700X (Summit Ridge) - io-tech.fi io-tech.fi. 2.3.2017. Viitattu 20.3.2017.
  14. AMD esitteli Ryzen 5 -perheen prosessorit: 1400, 1500X, 1600 ja 1600X - io-tech.fi io-tech.fi. Viitattu 20.3.2017.
  15. CPU competition at last: AMD Ryzen brings 8 cores from just $329 Ars Technica. Viitattu 28.2.2017.
  16. AMD’s Zen goes mainstream with Ryzen 5: 4 cores, 8 threads, from $169 Ars Technica. Viitattu 16.3.2017.
  17. a b Second-gen Ryzens out for preorder now, shipping next week 13.4.2018. Ars Technica. Viitattu 19.4.2018.
  18. a b c d Ian Cutress: AMD Ryzen 3rd Gen 'Matisse' Coming Mid 2019: Eight Core Zen 2 with PCIe 4.0 on Desktop 9.1.2019. Anandtech. Viitattu 11.1.2019.
  19. AMD Threadripper 1950X review: Better than Intel in almost every way Ars Technica. Viitattu 14.8.2017.
  20. AMD's 'TR4' Threadripper CPU socket is gigantic 30.5.2017. PC World. Viitattu 11.1.2019.
  21. AMD 2nd Generation Ryzen Threadripper CPUs With Up To 32 Cores and 64 Threads Confirmed – Built on 12nm Zen+ Process, First Demo Shown, Launch in 2H 2018 5.6.2018. wccftech. Viitattu 8.6.2018.
  22. Bill Thomas: AMD Ryzen Threadripper 2nd Generation release date, news and features 6.12.2018. Techradar. Viitattu 11.1.2019.
  23. Laine, Petrus: AMD esitteli Zen-arkkitehtuuriin perustuvan Naples-palvelimen suorituskykyä io-tech. Viitattu 13.3.2017.
  24. AMD Naples server processor: More cores, bandwidth, memory than Intel Ars Technica. Viitattu 13.3.2017.
  25. a b Pirzada, Usman: AMD’s Infinity Fabric Detailed – The Innovative, Real-World Implementation of The Company’s ‘Perfect Lego’ Philosophy wccftech. Viitattu 13.3.2017.
  26. a b AMD muscles in on Xeon’s turf as it unveils Epyc Ars Technica. Viitattu 14.8.2017.
  27. Michael Feldman: AMD Makes EPYC Return to Cray Supercomputers 18.4.2018. Top500. Viitattu 20.4.2018.
  28. a b c d AMD Ryzen: The hype train is here, but should we get on? ars technica. Viitattu 23.1.2017.
  29. a b http://techfrag.com/2015/05/08/amd-zen-confirmed-for-2016-features-40-ipc-improvement-over-excavator/#
  30. a b AMD Zen Architecture For RYZEN and Naples Processors Will Last Four Years on 14nm – Future Zen+ Revisions To Improve Architecture WCCFTech. Viitattu 9.1.2017.
  31. Teich, Paul: The Heart Of AMD’s Epyc Comeback Is Infinity Fabric The Next Platform. Viitattu 17.8.2017.
  32. Cutress, Ian: AMD's Future in Servers: New 7000-Series CPUs Launched and EPYC Analysis Anandtech. Viitattu 17.8.2017.
  33. AMD Confirms Interesting Bits About Upcoming Products In Interview – Vega 11 Arriving on Raven Ridge APUs, AM4 To Support Zen Updates Till 2020 and Increased Vega 10 Supply 2.12.2017. wccftech. Viitattu 3.12.2017.