Zen (микроархитектура)

Zen — кодовое название микроархитектуры вычислительных ядер процессоров компании AMD, выполненных по технической норме 14 нанометров.^[3]. На основе этой микроархитектуры вышли процессоры AMD под торговыми марками Ryzen и EPYC, выпуск первых процессоров этой архитектуры состоялся 2 марта 2017 года^[4].

AMD Zen
Центральный процессор
Производство	4 квартал 2016
Разработчик	Advanced Micro Devices
Производитель
Потребляемая мощность	65—95 Вт
Технология производства	14 нм
Наборы инструкций	x86 / AMD64 (x86-64); расширения MMX, SSE, SSE2, SSE3, SSSE3, SSE4.1, SSE4.2, SSE4a, AMD-V, AES, AVX, AVX2 [1], XOP, FMA3, SHA[2]
Число ядер	до 8 (настольные ПК) до 16 (HEDT) до 32 (серверы)
Разъёмы	Socket AM4 с 1331 контактом Socket TR4 с 4094 контактами Socket SP3r2 с 4094 контактами
Ядра	Raven Ridge Summit Ridge Naples
Excavator (микроархитектура) Zen+

Zen

Разработка велась практически «с нуля». Так, кластерная многопоточность сменилась одновременной (simultaneous multithreading). AMD обещает прирост количества выполняемых за такт инструкций на 40 % по сравнению с предшествующей микроархитектурой Excavator^{[англ.][5]}.

Чипы на этой микроархитектуре делятся на три группы: две группы торговой марки Ryzen — Summit Ridge (настольные процессоры без графических ядер) и Raven Ridge (настольные и мобильные процессоры со встроенными графическими ядрами) и одну группу торговой марки EPYC — Naples (серверные процессоры).

Описание архитектуры

По словам AMD, основное внимание уделялось увеличению количества операций за такт (IPC, Instructions Per Clock).^[6][7] Переход от микроархитектуры модулей, используемой в Bulldozer, к полноценным ядрам, как ожидалось, поможет увеличить производительность на ядро в операциях с плавающей точкой за счёт большего количества блоков FPU.^[7]

Особенности микроархитектуры^[8]:

• два потока на ядро (опционально)^[9];
• снижение числа ошибок прогнозирования;
• добавлен кэш декодированных микроопераций^[9];
• увеличен размер кэша L1^[10]
• увеличение пропускной способности к кэш-памяти^[11];
• оптимизация задержек доступа к кэш-памяти;^{[источник не указан 2203 дня][12]}
• по 8 МБ общей кэш-памяти третьего уровня типа "victim" на каждый комплекс из 4 ядер^[13];
• по 512 КБ индивидуальной в 2 раза более быстрой кэш-памяти второго уровня на каждое ядро (включает кэш первого уровня)^[9];
• по 64 КБ на инструкции и 32 КБ на данные в индивидуальной в два раза более быстрой кэш-памяти первого уровня на каждое ядро (кэш второго уровня инклюзивен по отношению к кэшу первого уровня);
• два блока аппаратного ускорения стандарта шифрования AES.

Универсальная архитектура Zen

Все процессоры архитектуры Zen (Ryzen, Threadripper, EPYC) основываются на избыточных кристаллах Zeppelin^[14] коммутируемых с помощью шины Infinity Fabric (работающей на реальной частоте ОЗУ)^[15].

Основой кристалла Zeppelin являются 2 блока Сore Complex (CCX) и общий кэш 3-го уровня (L3)^[14].

В каждом CCX расположены 4 ядра Zen с общим для всех ядер кэшем третьего уровня, объёмом 8 МБ на комплекс. Кэш третьего уровня по большей части эксклюзивный, в то время как данные кэша первого уровня обязательно присутствуют в кэше второго уровня. Каждое ядро в комплексе может обратиться к ячейкам кэша любого уровня примерно с одной и той же скоростью, однако в рамках CCX имеется некоторое замедление при обращении к дальней 4МБ половине L3 кэша, а доступ к 8 МБ L3 памяти в соседний CCX проходит с в 2 раза более низкой скоростью.^[16][17]

Кристалл с ядрами Zen изготовлен с применением FinFET 14нм технологии (14LPP) фабрики GlobalFoundries^[18][19].

Все настольные процессоры AMD Ryzen 3, Ryzen 5 и Ryzen 7 используют процессорный разъем AMD AM4, Ryzen Threadripper - процессорный разъем AMD TR4, мобильные процессоры Ryzen - процессорный разъем AMD FP4, серверные EPYC - процессорный разъем SP3r2.

Сравнение

Инженерный образец AMD Zen в сравнении с процессором Intel Broadwell-E Core i7-6900K закончил рендеринг в программе для 3D-моделирования Blender на 2 % быстрее при частоте 3,4 ГГц против 3,7 ГГц у Сore i7-6900K.^[20][21]

Список процессоров

На микроархитектуре Zen основаны процессоры трёх групп: Summit Ridge (настольные процессоры без графических ядер), Raven Ridge (мобильные и настольные процессоры со встроенными графическими ядрами) и Naples (серверные процессоры без графических ядер). Множитель частоты всех моделей процессоров разблокирован, потому все они поддаются разгону.

Summit Ridge, настольные процессоры без графических ядер

Серия	Модель	Ядра	Потоки	Штатная частота ЦП	Увеличенная частота ЦП	Кэш 1 уровня	Кэш 2 уровня	Кэш 3 уровня	Процессорный разъем	Оперативная память	PCI-линии	Базовое тепловыделение	Переменное тепловыделение	Дата выхода
Ryzen 3	1200	4	4	3,1 ГГц	3,4 ГГц	384 Кб	512 Кб на ядро	8 Мб	AMD AM4 (PGA)	Двухканальная DDR4-2666	24	65 Вт	45-65 Вт	27 июня 2017
	1300X			3,5 ГГц	3,7 ГГц
Ryzen 5	1400	4	8	3,2 ГГц	3,4 ГГц									11 апреля 2017
	1500X			3,5 ГГц	3,7 ГГц			16 Мб
	1600	6	12	3,2 ГГц	3,6 ГГц	576 Кб
	1600X			3,6 ГГц	4,0 ГГц							95 Вт
Ryzen 7	1700	8	16	3,0 ГГц	3,7 ГГц	768 Кб						65 Вт		2 марта 2017
	1700X			3,4 ГГц	3,8 ГГц							95 Вт
	1800X			3,6 ГГц	4,0 ГГц
Ryzen Threadripper	1900X			3,8 ГГц	4,2 ГГц				AMD TR4 (LGA)	Четырёхканальная DDR4-2666	64	180 Вт		10 августа 2017
	1920X	12	24	3,5 ГГц	4,1 ГГц	1,125 Мб		32 Мб
	1950X	16	32	3,4 ГГц	3,9 ГГц	1,5 Мб								31 августа 2017

Мобильные процессоры Raven Ridge

Серия	Модель	Ядра	Потоки	Штатная частота ЦП	Увеличенная частота ЦП	Кэш 1 уровня	Кэш 2 уровня	Кэш 3 уровня	Графика	Частота графики	Процессорный разъем	Базовое тепловыделение	Переменное тепловыделение	Дата выхода
Ryzen 7	2700U	4	8	2,2 ГГц	3,8 ГГц	384 Кб (96 Кб на ядро)	2 Мб (512 Кб на ядро)	4 Мб (4 Мб на комплекс ядер)	Vega 10	1,3 ГГц	AMD FP5 (BGA)	15 Вт	12-15 Вт	26 октября 2018
Ryzen 5	2500U			2,0 ГГц	3,4 ГГц				Vega 8	1,1 ГГц
Ryzen 3	2300U		4						Vega 6					8 января 2018
	2200U	2		2,5 ГГц		192 Кб (96 Кб на ядро)	1 Мб (512 Кб на ядро)		Vega 3	1,0 ГГц

Настольные процессоры Raven Ridge

Серия	Модель	Ядра	Потоки	Штатная частота ЦП	Увеличенная частота ЦП	Кэш 1 уровня	Кэш 2 уровня	Кэш 3 уровня	Графика	Частота графики	Процессорный разъем	Базовое тепловыделение	Переменное тепловыделение	Дата выхода
Ryzen 5	2400G	4	8	3,6 ГГц	3,9 ГГц		2 Мб	4 Мб	Vega 11	1,25ГГц	AMD AM4 (PGA)	65 Вт	45-65 Вт	12 февраля 2018
Ryzen 3	2200G	4	4	3,5 ГГц	3,7 ГГц				Vega 8	1,1 ГГц
Athlon	3050G	2	4	3,4 ГГц					Vega 3
Athlon	3000G[22]	2	4	3,5 ГГц					Vega 3
Athlon	240GE	2	4	3,5 ГГц			1Мб		Vega 3	1,0 ГГц		35Вт
Athlon	220GE	2	4	3,4 ГГц					Vega 3
Athlon	200GE PRO	2	4	3,2 ГГц					Vega 3
Athlon	200GE	2	4	3,2 ГГц					Vega 3

Серверные процессоры на базе Zen имеют кодовое название Naples и были представлены в июне 2017 года как Epyc 7000, с количеством ядер от 8 до 32. Большинство из них поддерживает двухпроцессорные системы, остальные (7xxxP) могут использоваться только в однопроцессорных серверах. Используют LGA-сокет Socket SP3r2.

См. также

• Список микропроцессоров AMD