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]

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]

Threadripper[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Threadripper on Zen-arkkitehtuuriin perustuva suoritin, jossa on suurempi määrä ytimiä kuin Ryzen-malleissa:[18] 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.

  • 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.[19]

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.[20][21][22]

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:[23]

  • 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.[23]

Cray on ilmoittanut AMD Epyc -suorittimilla varustettujen Cray CS500 -tietokoneiden saatavuudesta, jotka soveltuvat korkeaa muistikaistaa vaativiin käyttökohteisiin.[24]

AMD APU-mallit[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Myöhemmin on tulossa AMD APU-malliston suoritin, jossa on Zen-prosessoriytimiä ja grafiikkasuoritin integroituna samalle suorittimelle.[25]

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

Uudistuneita ominaisuuksia[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Suorittimen monisäikeistyksellä voidaan ajaa kahta säiettä samalla suoritinytimellä.[26][27]

Kellojaksoa kohti suoritettavien käskyjen määrä kasvanut keskimäärin 52% verrattuna aiempaan Excavator-ytimeen.[7] Tavoitteena oli vähintään 40% parannus.[26][27]

Suoritin tukee DDR4 muistia.[25]

Infinity Fabric[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Infinity Fabric korvaa aiemmin käytetyn HyperTransport-väylän ja se tukee NUMA-muistiarkkitehtuuria moniprosessointiiin.[22][28][29]

Käskykantalaajennokset[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Zen suorittimet ottavat käyttöön uusia, Excavator suorittimessa poissa käytöstä olleita käskykantoja 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.[30] Suorittimen tueksi on alussa kolme piirisarjamallia: X370, B350, A320.[25]

Piirisarjamallit eroavat väylätuessa kuten PCI Express-, USB 3.0- ja SATA-väylämäärällä vaikuttaen kustannustasoon.[25]

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. AMD Threadripper 1950X review: Better than Intel in almost every way Ars Technica. Viitattu 14.8.2017.
  19. 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.
  20. Laine, Petrus: AMD esitteli Zen-arkkitehtuuriin perustuvan Naples-palvelimen suorituskykyä io-tech. Viitattu 13.3.2017.
  21. AMD Naples server processor: More cores, bandwidth, memory than Intel Ars Technica. Viitattu 13.3.2017.
  22. 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.
  23. a b AMD muscles in on Xeon’s turf as it unveils Epyc Ars Technica. Viitattu 14.8.2017.
  24. Michael Feldman: AMD Makes EPYC Return to Cray Supercomputers 18.4.2018. Top500. Viitattu 20.4.2018.
  25. a b c d AMD Ryzen: The hype train is here, but should we get on? ars technica. Viitattu 23.1.2017.
  26. a b http://techfrag.com/2015/05/08/amd-zen-confirmed-for-2016-features-40-ipc-improvement-over-excavator/#
  27. 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.
  28. Teich, Paul: The Heart Of AMD’s Epyc Comeback Is Infinity Fabric The Next Platform. Viitattu 17.8.2017.
  29. Cutress, Ian: AMD's Future in Servers: New 7000-Series CPUs Launched and EPYC Analysis Anandtech. Viitattu 17.8.2017.
  30. 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.