AMD Ryzen 9000 i Ryzen AI 300 - Charakterystyka mikroarchitektury Zen 5 dla procesorów nowej generacji

Jeszcze w tym miesiącu do sprzedaży trafią zarówno desktopowe procesory AMD Ryzen 9000 z rodziny Granite Ridge jak również pierwsze notebooki z układami AMD Ryzen AI 300 z serii APU Strix Point. W obu przypadkach mamy do czynienia z nową mikroarchitekturą Zen 5, która ma odznaczać się przede wszystkim lepszą efektywnością energetyczną względem Zen 4. Jakie jeszcze zmiany poczyniono w Zen 5 i czy jest w ogóle czym się chwalić? Podczas konferencji AMD Zen 5 Tech Day w Los Angeles, przedstawiciele firmy przedstawili nam więcej szczegółów, a przy okazji dowiedzieliśmy się jakich różnic oczekiwać pomiędzy Zen 5 oraz Zen 5c.

Podczas prezentacji AMD Zen 5 Tech Day w Los Angeles poznaliśmy więcej szczegółów na temat mikroarchitektury Zen 5, która jest sercem procesorów Granite Ridge (Ryzen 9000) oraz Strix Point (Ryzen AI 300).

AMD Ryzen AI 300 i Ryzen 9000 - Ogólna charakterystyka procesorów Strix Point oraz Granite Ridge dla PC

Nadchodzące procesory AMD Ryzen 9000 oraz Ryzen AI 300 wykorzystują przebudowaną mikroarchitekturę Zen 5, charakteryzującą się m.in. bardziej rozbudowaną i dokładniejszą predykcją rozgałęzień, wyższą przepustowością dzięki szerszym potokom i wektorom oraz dalszymi modyfikacjami projektu rdzenia, wpływającymi na zwiększenie efektywności przy wykonywaniu wielu zadań równocześnie oraz sprawniejszym przetwarzaniu danych. Zen 5 oferuje m.in. maksymalnie dwukrotnie wyższą przepustowość dla instrukcji front-end, zwiększoną przepustowość transferu danych pomiędzy poszczególnymi poziomami pamięci cache oraz usprawnioną wydajność AI, m.in. dzięki dalszej obsłudze instrukcji AVX-512.

AMD RDNA 3.5 - Odświeżona architektura GPU dla procesorów Ryzen AI 300 opracowana z myślą o energooszczędności

AMD Zen 5 oferuje m.in. podwojone instrukcje procesora typu fetch, dwa 4-drożne bloki dekodowania oraz dwa 6-drożne bloki μOP Cache. Zen 5 charakteryzuje się ponadto 8-drożnym blokiem Dispatch (poszerzonym względem Zen 4 o 33%), w którym instrukcje typu Macro-ops są przenoszone z frond-endu do obszaru Out-of-Order. Rozbudowana w taki sposób predykcja rozgałęzień ma charakteryzować się niższymi opóźnieniami, większą dokładnością oraz przepustowością w transferze danych. Poszerzono również silnik wykonawczy i w tym wypadku także mowa o 8-drożnym bloku dispatch/retire.

AMD Ryzen 9000 oraz AMD Ryzen AI 300 - pełna specyfikacja procesorów Zen 5 Granite Ridge i Strix Point dla PC

O 50% zwiększono liczbę jednostek arytmetyczno-logicznych (z 4 do 6), co jest pierwszą zmianą od czterech generacji Zen 5. Tym samym AMD idzie śladami Intela, który w ostatnich generacjach rdzeni Performance także zwiększył liczbę ALU. Zen 5 oprócz powiększenia liczby ALU otrzymał również bardziej zunifikowany scheduler pod obsługę ALU. Na pokładzie Zen 5 znajdziemy ponadto 4 jednostki AGU (jednostki służące do obliczania adresów pamięci, pod które procesor ma się odwołać, np. w celu pobrania lub zapisu danych). Zwiększono również okno dla wykonawczych instrukcji dla procesora. Zmniejszone opóźnienia w transferze danych mają być możliwe m.in. dzieki obsłudze instrukcji FMUL, odpowiadających za zwielokrotnienie operacji typu FP64; FADD (dodanie 64-bitowych operacji podwójnej precyzji w rejestrze zmiennoprzecinkowym) oraz FMA (instrukcje do wykonywania operacji mnożenia i dodawania).

Mikroarchitektura Zen 5 to również pierwsza od lat, w której AMD powiększyło cache L1-D (Data) z 32 KB 8-Way do 48 KB 12-Way. Producent chwali się nie tylko podwojoną, maksymalną przepustowością do pamięci cache L1, ale również zmodernizowanym i ulepszonym pobieraniem wstępnym pamięci podręcznej (technika mająca na celu zwiększenie wydajności procesora poprzez pobieranie instrukcji lub danych z pierwotnego magazynu lub wolniejszej pamięci do szybszej pamięci lokalnej zanim będzie to faktycznie potrzebne). Nie brakuje ponadto pełnego wsparcia dla instrukcji AVX-512 z 512-bitową ścieżką dla danych.

Jakie są z kolei faktyczne różnice pomiędzy Zen 5 oraz Zen 5c? Okazuje się, że mniejsze niż można by przypuszczać. Rdzeń Zen 5c jest tylko nieco mniejszy od Zen 5, ale jednocześnie większy od Zen 4c (niestety dokładnych danych o powierzchni Zen 5 oraz Zen 5c nie otrzymaliśmy podczas AMD Zen 5 Tech Day). IPC dla Zen 5c jest takie samo jak dla Zen 5, co wiąże się z wykorzystaniem 1:1 tej samej mikroarchitektury. Wszystko co znajduje się w Zen 5, jest także integralną częścią Zen 5c. Nawet zegary są identyczne (stąd w specyfikacji AMD nie podaje np. osobnego taktowania dla Zen 5 oraz Zen 5c, bo jest ono identyczne). Wyższa efektywność energetyczna w połączeniu z technologią budowania mniejszych rdzeni, dany procesor może posiadać ich więcej na pokładzie w porównaniu do klasycznych rdzeni Zen 5. Sam wzrost IPC rdzenia Zen 5 względem Zen 4 to średnio 16%. W przypadku obliczeń, w których wykorzystywane jest uczenie maszynowe, wzrost wydajności jednowątkowej pomiędzy Zen 4 i Zen 5 jest jednak znacznie większy i wynosi 32%.

Jedną z różnic pomiędzy platformami AMD Granite Ridge oraz Strix Point, jest liczba linii PCIe. W przypadku desktopowych procesorów, producent oddaje do dyspozycji 20 linii PCIe (5.0), natomiast w przypadku Strix Point jest to 16 linii PCIe (4.0). Skąd wynika różnica? Wszystko rozbija się przede wszystkim o kwestie ekonomiczne, a więc koszt kompletnej platformy. W trakcie badań i testów, inżynierowie AMD doszli do wniosku, że 16 linii PCIe dla tego typu procesorów w laptopach będzie obecnie wystarczającą liczbą, z drugiej strony zmniejszono nie tylko koszt produkcji procesorów, ale również wpłynęło na dalsze obniżenie poboru mocy.