Zen 2

Zen 2（ゼン・ツー）とは、アドバンスト・マイクロ・デバイセズによって開発されたマイクロプロセッサのマイクロアーキテクチャである。2019年5月27日に正式発表され^[3]、Ryzenプロセッサとして製品化された。

Zen 2

生産時期	2019年5月から
販売者	AMD
設計者	AMD
生産者	TSMC GF
プロセスルール	TSMC N6 TSMC N7[1][2] GF 12LP GF 14LPP
アーキテクチャ	x86
マイクロアーキテクチャ	Zen
命令セット	AMD64
コア数	2から64 （スレッド数：2から128）
ソケット	Socket AM4 Socket sTRX4 Socket sWRX8 Socket SP3
コードネーム	Mendocino Grey Hawk Renoir Lucienne Matisse Castle Peak Rome
前世代プロセッサ	Zen
次世代プロセッサ	Zen 3
L1キャッシュ	コアあたり64KB （命令32KB, データ32KB）
L2キャッシュ	コアあたり512KB
L3キャッシュ	4コアあたり最大16MB
GPU	Radeon
ブランド名	Ryzen Athlon EPYC

概要

AMDのZen、Zen+マイクロアーキテクチャの後継にあたり、TSMC製7 nm（英語版）MOSFET素子により製造されている。メインストリーム・デスクトップ用のRyzen 3000 (コードネーム Matisse)、ハイエンド・デスクトップ用のThreadripper 3000^[4][5]、APU用のRyzen 4000Gとして知られる、第3世代Ryzenプロセッサに使われている。2019年7月7日にRyzen 3000シリーズCPUが発表され^[6][7]、2019年8月7日にZen 2ベースのEPYCサーバーCPU (コードネーム Rome)が発表された^[8]。2019年11月に追加のチップセット、Ryzen 9 3950Xが発表された^[6]。CES 2019において、AMDは8コア16スレッドのチップレットを含む、第3世代Ryzenのエンジニアリングサンプルを発表した^[4]。AMDのCEOリサ・スーは、最終的なラインナップでは8コアより多いチップを予定していると述べた^[9]。Computex 2019において、AMDはZen 2 "Matisse"プロセッサが12コアとなることを明らかにし、数週間後のE3 2019では16コアプロセッサである先述のRyzen 9 3950Xを明らかにした^[10][11]。

Zen 2にはSpectreに対するハードウェアによる脆弱性緩和が含まれている^[12]。Zen 2ベースのEPYCサーバーCPUでは、各マルチチップ・モジュール(MCM)パッケージにおいて、7 nmプロセスで製造された複数のCPUダイ(合計8個まで)と、14 nm I/Oダイを組み合わせる設計を採っている。これにより、ソケット当たり最大64個の物理コアと合計128個の計算スレッド(同時マルチスレッディング)をサポートすることができる。このアーキテクチャは、「プロコンシューマ」向けフラッグシッププロセッサであるThreadripper 3990Xのレイアウトとほぼ同じである^[13]。Zen(14 nmマイクロアーキテクチャ、第1世代Ryzen)、Zen+(12 nmマイクロアーキテクチャ、第2世代Ryzen)に比べ、Zen 2はクロックあたりの命令実行数(IPC)が約15%向上している^[要出典]。

特徴

マルチチップ・モジュール・アプローチで設計された2つのZen 2プロセッサ。左のCPU(メインストリームのRyzen CPU)には小さく能力も低いI/Oダイと最大2つ(写真の例では1つ)のCCDが使われている。一方、右のCPU(ハイエンド・デスクトップ用Ryzen Threadripperとサーバ用EPYC CPU)にはより大きく能力も高いI/Oダイと8つのCCDが使われている。

Zen 2は、ZenやZen+に使われていたAMDの前世代Zenアーキテクチャの物理的設計パラダイムから大きく逸脱している。Zen 2は、CPUのI/Oコンポーネントが個別のダイにレイアウトされるような、チップレットとも呼ばれるマルチチップ・モジュール設計に移行している。その結果、スケーラビリティと製造コストが向上している。プロセス技術による物理的インターフェイスの縮小には限度があるため、I/Oコンポーネントを別のダイに分離することによってCPUダイより大きく、高性能にすることに成功している。このCPUダイ(AMDは「Core Complex Die」、CCDと呼んでいる)は、I/Oコンポーネントを別のダイに分離したためによりコンパクトになっているため、大きいダイと比べてより小さいプロセスルールで、欠陥品もより少なく製造できる。また、ダイが欠陥品となる確率はダイの大きさに比例するため、一つのウェハーからより多くのダイを切ることができる。加えて、中央のI/Oダイは複数のチップレットで共有できるため、多数のコアを持つプロセッサを設計することが容易になる^[14][15][16]。

Zen 2マイクロアーキテクチャの簡単な図解

各CPUに8コアが搭載されているZen 2には、4コアの「コア・コンプレックス」(CCX)が2つずつ配置されている。これらのチップレットはTSMC製7 nm（英語版）MOSFET素子が使われており、大きさは74 - 80 mm²程である^[15]。 このチップレットに約39億個のトランジスタが使われているのに対して、12 nmのIOD (I/Oダイ)には約125 mm²の大きさに20.9億個のトランジスタしか使われていない^[17]。 L3キャッシュの大きさは、ZenやZen+が8 MiBであったのに比べ、8コアチップレットの各コアが16 MiBにアクセスできるため、32 MiBに倍増している^[18]。実行単位の幅が128ビットから256ビットになっているため、AVX2の性能が大幅に向上している^[19]。

I/Oダイには複数のバリエーションがあり、GlobalFoundriesの14 nm（英語版）プロセスのものや、同社の12 nm（英語版）プロセスのものがある。14 nmダイは多機能であり、EPYC Romeプロセッサに使われている一方、12 nm版はコンシューマ向けプロセッサに使われている^[15]。どちらのプロセスも寸法が似ているため、トランジスタ密度もほぼ同じである^[20]。

AMDのZen 2アーキテクチャはインテルのCascade Lakeマイクロアーキテクチャより低い消費電力でより高いパフォーマンスを実現できる。一例として、Intel Core i9-10980XE (TDP 165W)よりもAMD Ryzen Threadripper 3970X (TDP 140W、エコモード)の方が高いパフォーマンスを実現している^[21]。

新機能

• 新命令の追加: WBNOINVD、CLWB、RDPID、RDPRU、MCOMMIT。各命令は自身のCPUID ビットを用いる^[22][23]。
• Spectre V4投機的ストアバイパス脆弱性に対するハードウェア的緩和^[24]。
• ゼロレイテンシメモリミラーリングの最適化 (文書化されていない)^[25]。
• TAGE分岐予測の導入
• Opキャッシュを4096エントリへ増量
• AGUパイプラインの追加
• チップレットへの最適化

製品一覧

デスクトップ向け

Castle Peak

• 対応ソケット: Socket sWRX8

Castle Peak

ブランド	型番	CPU					TDP (W)	対応メモリ
		コア数 （スレッド数）	クロック (GHz)		キャッシュ (MB)
			定格	ターボ	L2	L3
Ryzen Threadripper PRO	3995WX	64 (128)	2.7	4.2	32	256	280	DDR4-3200
	3975WX	32 (64)	3.5		16	128
	3955WX	16 (32)	3.9	4.3	8	64
	3945WX	12 (24)	4.0		6

• 対応ソケット: Socket sTRX4

Castle Peak

ブランド	型番	CPU					TDP (W)	対応メモリ
		コア数 （スレッド数）	クロック (GHz)		キャッシュ (MB)
			定格	ターボ	L2	L3
Ryzen Threadripper	3990X	64 (128)	2.9	4.3	32	256	280	DDR4-3200
	3970X	32 (64)	3.7	4.5	16	128
	3960X	24 (48)	3.8		12

Matisse

• 対応ソケット: Socket AM4

Matisse

ブランド	型番	CPU					TDP (W)	対応メモリ
		コア数 （スレッド数）	クロック (GHz)		キャッシュ (MB)
			定格	ターボ	L2	L3
Ryzen 9	3950X	16 (32)	3.5	4.7	8	64	105	DDR4-3200
	3900XT	12 (24)	3.8		6
	3900X			4.6
	3900		3.1	4.3			65
Ryzen 7	3800XT	8 (16)	3.9	4.7	4	32	105
	3800X			4.5
	3700X		3.6	4.4			65
Ryzen 5	3600XT	6 (12)	3.8	4.5	3		95
	3600X			4.4
	3600		3.6	4.2			65
	3500X	6 (6)		4.1
	3500					16
Ryzen 3	3300X	4 (8)	3.8	4.3	2
	3100		3.6	3.9

Renoir

• 対応ソケット: Socket AM4

Renoir

ブランド	型番	CPU					GPU			TDP (W)	対応メモリ
		コア数 （スレッド数）	クロック (GHz)		キャッシュ (MB)		ブランド	SP数	クロック (MHz)
			定格	ターボ	L2	L3
Ryzen 7	4700G	8 (16)	3.6	4.4	4	8	Radeon Graphics	512	2100	65	DDR4-3200
	4700GE		3.1	4.3					2000	35
Ryzen 5	4600G	6 (12)	3.7	4.2	3			448	1900	65
	4600GE		3.3							35
	4500		3.6	4.1			N/A			65
Ryzen 3	4300G	4 (8)	3.8	4.0	2	4	Radeon Graphics	384	1700
	4300GE		3.5							35
	4100		3.8				N/A			65

サーバー向け

Rome

• 対応ソケット: Socket SP3

Rome

ブランド	型番	CPU					TDP (W)	対応メモリ
		コア数 （スレッド数）	クロック (GHz)		キャッシュ (MB)
			定格	ターボ	L2	L3
EPYC	7H12	64 (128)	2.6	3.3	32	256	280	DDR4-3200
	7742		2.25	3.4			225
	7662		2.0	3.3
	7702			3.35			200
	7702P
	7642	48 (96)	2.3	3.3	24		225
	7552		2.2			192	200
	7532	32 (64)	2.4		16	256
	7542		2.9	3.4		128	225
	7502		2.5	3.35			180
	7502P
	7452		2.35				155
	7F72	24 (48)	3.2	3.7	12	192	240
	7402		2.8	3.35		128	180
	7402P
	7352		2.3	3.2			155
	7F52	16 (32)	3.5	3.9	8	256	240
	7302		3.0	3.3		128	155
	7302P
	7282		2.8	3.2		64	120
	7272	12 (24)	2.9		6
	7F32	8 (16)	3.7	3.9	4	128	180
	7262		3.2	3.4			155
	7252		3.1	3.2		64	120
	7232P					32

モバイル向け

Renoir

Renoir

ブランド	型番	CPU					GPU			TDP (W)	対応メモリ
		コア数 （スレッド数）	クロック (GHz)		キャッシュ (MB)		ブランド	SP数	クロック (MHz)
			定格	ターボ	L2	L3
Ryzen 9	4900H	8 (16)	3.3	4.4	4	8	Radeon Graphics	512	1750	45	DDR4-3200 LPDDR4-4266
	4900HS		3.0	4.3						35
Ryzen 7	4980U		2.0	4.4					1950	15
	4800H		2.9	4.2				448	1600	45
	4800HS									35
	4800U		1.8					512	1750	15
	4700U	8 (8)	2.0	4.1				448	1600
Ryzen 5	4600H	6 (12)	3.0	4.0	3			384	1500	45
	4600HS									35
	4680U		2.2					448		15
	4600U		2.1					384
	4500U	6 (6)	2.3
Ryzen 3	4300U	4 (4)	2.7	3.7	2	4		320	1400

Lucienne

Lucienne

ブランド	型番	CPU					GPU			TDP (W)	対応メモリ
		コア数 （スレッド数）	クロック (GHz)		キャッシュ (MB)		ブランド	SP数	クロック (MHz)
			定格	ターボ	L2	L3
Ryzen 7	5700U	8 (16)	1.8	4.3	4	8	Radeon Graphics	512	1900	15	DDR4-3200 LPDDR4-4266
Ryzen 5	5500U	6 (12)	2.1	4.0	3			448	1800
Ryzen 3	5300U	4 (8)	2.6	3.8	2	4		384	1500

Mendocino

Mendocino

ブランド	型番	CPU					GPU			TDP (W)	対応メモリ
		コア数 （スレッド数）	クロック (GHz)		キャッシュ (MB)		型番	SP数	クロック (MHz)
			定格	ターボ	L2	L3
Ryzen 5	7520U	4 (8)	2.8	4.3	2	4	Radeon 610M	128	1900	15	LPDDR5-5500
Ryzen 3	7320U		2.4	4.1
Athlon Gold	7220U	2 (4)		3.7	1
Athlon Silver	7120U	2 (2)		3.5		2

組み込み向け

Grey Hawk

Grey Hawk

ブランド	型番	CPU					GPU			TDP (W)	対応メモリ
		コア数 （スレッド数）	クロック (GHz)		キャッシュ (MB)		ブランド	SP数	クロック (MHz)
			定格	ターボ	L2	L3
Ryzen	V2748	8 (16)	2.9	4.25	4	8	Radeon Graphics	448	1600	45	DDR4-3200 LPDDR4X-4266
	V2718		1.7	4.15						15
	V2A46	6 (12)	3.0	3.2	3				1500	45
	V2546			3.95				384
	V2516		2.1							15

その他

Zen 2ベースのカスタムAPUの採用製品

• Xbox Series X/S
• PlayStation 5
• Steam Deck
• AMD 4700S/4800S

ギャラリー

• 
  AMD Ryzen 7 3700X
• 
  CPUパッケージから取り外されたメインストリームRyzen I/Oダイ
• 
  EPYC I/Oダイ
• 
  プロセッサパッケージから取り外されたCCD
• 
  キャリアなしのAMD EPYC 7702サーバ向けプロセッサ
• 
  殻割りしたAMD EPYC 7702。CCDが8つあることが分かる。はんだTIM (サーマル・インターフェース・マテリアル) が使用されている。Threadripperプロセッサも同様の構造をしている^[26]。