El 8 d’octubreth,AMD del 2020 va anunciar els seus nous processadors d’escriptori de la sèrie Ryzen 5000 basats en l’arquitectura Zen 3. Aquest anunci va ser un dels anuncis de maquinari de PC més esperats de l'any. Des del llançament de l’arquitectura Zen original el 2017, AMD ha tingut una forta trajectòria ascendent en termes de millores arquitectòniques anuals. Aquest any no va ser diferent, AMD va afirmar oferir el salt generacional més gran de la història dels processadors Ryzen. Què fa que aquesta nova arquitectura sigui tan especial? Aprofundim en les millores arquitectòniques que aporta Zen 3.
AMD va presentar la seva arquitectura Zen 3 el 8 d’octubre de 2020 - Imatge: Wccftech
Conceptes bàsics de l'arquitectura Zen
Els processadors Ryzen d’AMD utilitzen un disseny únic molt diferent del que utilitza el seu principal competidor Intel en els seus processadors d’escriptori. Els processadors Ryzen es basen en múltiples xiplets petits, en lloc d’un gran xip singular. Aquests diferents xips es comuniquen entre ells mitjançant una connexió coneguda com a 'tela infinita'. AMD descriu el teixit Infinity com un superconjunt d’hiper-transport que permet una connectivitat ràpida entre diferents xips en processadors AMD. Això significa que, en lloc d’un sol xip, hi ha múltiples xips petits al substrat que es comuniquen entre ells mitjançant un enllaç ràpid.
Aquest disseny ve amb els seus pros i contres. El major avantatge és l’escalabilitat. Un disseny de xiplet significa que AMD pot empaquetar més nuclis en un paquet més petit, permetent així opcions d’elevat recompte de nuclis fins i tot en el segment pressupostari del mercat de la CPU. El principal desavantatge d’aquest disseny és la latència. Els nuclis estan físicament separats entre si, cosa que introdueix una mica més de latència a causa del temps que es triga a recórrer les dades a través del teixit infinit. Això significa que el rendiment en aplicacions sensibles a la latència, com ara el joc, sol ser inferior al disseny d’un sol xip d’Intel.
Implementació Zen 2
Els processadors de la sèrie Ryzen 3000 van ser un èxit massiu al mercat principal d’escriptoris. Aquestes CPU es basaven en l’arquitectura Zen 2 basada en el procés de 7 nm de TSMC, que tenia algunes millores molt interessants en el disseny de l’arquitectura Zen. Zen 2 va combinar els nuclis de la CPU en complexos bàsics de 4 cadascun, alhora que va dividir el grup de memòria cau L3 de 32 MB en dos grups més petits de memòria cau de 16 MB cadascun. Aquests complexos bàsics (CCX) van ser la base de la línia de processadors Zen 2. Cada complex de 4 nuclis tenia accés immediat als 16 MB de memòria cau de L3, que era important per millorar la latència. Això significava que Zen 2 era molt competitiu per a Intel en aplicacions sensibles a la latència, com ara els jocs, mentre que superava en gran mesura Intel en càrregues de treball multithread.
Les diferents unitats CCX encara havien d’estar interconnectades mitjançant Infinity Fabric, de manera que encara calia esperar una certa latència. Tot i això, Zen 2 va oferir una millora del 15% IPC (Instruccions per rellotge) respecte a Zen + i també comptava amb rellotges de nucli superior. Aquesta generació va ser important per a AMD, ja que ara han tornat a la competència amb Intel i tenen un enorme potencial de millora a causa de la seva ràpida innovació i la complaença d’Intel.
Els processadors de la sèrie Ryzen 3000 basats en AMD Zen 2 utilitzaven un disseny multi-CCX: imatge: Hexus
Objectius per al Zen 3
AMD es va proposar desenvolupar el Zen 3 amb un objectiu molt clar. Com que ja dominen el vessant multithread de la competència, l'única àrea en què encara es queden una mica per darrere d'Intel són els jocs. Tan bé com era Zen 3, no va poder robar la corona de jocs d’Intel a causa del disseny de l’equip blau que ofereix velocitats de rellotge extremadament altes i baixa latència. Per als jugadors purs que vulguin obtenir la màxima freqüència de fotogrames possible, la resposta va ser Intel. Per tant, els objectius d’AMD per a aquesta generació eren clars:
- Milloreu la latència de nucli a nucli
- Augmenteu les velocitats bàsiques del rellotge
- Augmenta les instruccions per rellotge (IPC)
- Augmentar l'eficiència (major rendiment per watt)
- Augmenteu el rendiment d’un únic fil
Tenint en compte que Zen 2 ja era un funcionament molt sòlid en aplicacions multi-nucli, va ser fàcil per a AMD centrar-se gairebé exclusivament en el rendiment d’un únic fil per a aquesta generació de CPU.
Millores Zen 3
AMD va parlar sobre les seves noves CPU i l'arquitectura Zen 3 a la seva transmissió en directe 'On comença el joc' el 8 d'octubreth. AMD afirma que Zen 3 és el salt generacional més gran de la història de l'arquitectura Zen. Les noves CPU Ryzen 5000 encara es basen en el procés de 7 nm de TSMC, però compten amb un bon nombre de millores arquitectòniques sota el capó.
Disseny complex de 8 nuclis
Sens dubte, la millora més gran amb la nova arquitectura va ser el disseny completament nou. AMD ha eliminat el disseny CCX múltiple de Zen 2 i, en canvi, ha anat amb un disseny complex de 8 nuclis en què tots els 8 nuclis tenen accés a tota la memòria cau de L3 de 32 MB. Aquest redisseny té enormes implicacions en aplicacions sensibles a la latència com els jocs.
Amb un complex de 8 nuclis redissenyat, tota la memòria cau L3 de 32 MB ja està disponible per a tots els nuclis: imatge: AMD
Amb tots els nuclis en contacte directe amb la memòria cau i els altres nuclis, millora significativament la latència perquè les dades no tenen la creu total de la matriu per arribar d’un costat a l’altre. Aquest redisseny també millora la latència eficaç de la memòria del xip, cosa que dóna lloc a un major rendiment per a tasques de fil únic.
Millora de l’IPC
El disseny millorat del complex bàsic no és l’única millora que aporta Zen 3. AMD reclama una millora del 19% d’IPC respecte a Zen 2, que és una xifra enorme. IPC o Instruccions per rellotge són indicatives de la quantitat de treball que pot fer la CPU per cicle de rellotge. La millora del 19% és el salt més gran que hem vist a IPC des que Ryzen es va llançar el 2017. La generació anterior de processadors Zen 2 també va aportar una millora massiva del 15% IPC respecte a l’arquitectura Zen +.
Aquesta millora de l’IPC significa que AMD pot competir amb els rellotges de nucli cel·lular d’Intel fins i tot mantenint-se per sota dels 5 GHz en termes de rellotges d’augment. AMD també ha esbossat els contribuents a aquest augment massiu d’IPC. Segons el material promocional, els principals factors que contribueixen són:
Una millora del 19% de l’IPC és el salt generacional més gran d’AMD: imatge: AMD
- Obtenció prèvia de memòria cau
- Motor d'execució
- Predictor de branca
- Memòria cau de microoperacions
- Portada
- Carrega / Emmagatzema
Millora de l'eficiència
A causa de la increïble densitat del procés de 7 nm de TSMC, AMD va poder incorporar encara més potència als xips Ryzen mantenint el mateix consum mitjà de potència. AMD afirma que els xips de la sèrie Ryzen 5000 es basen en el mateix procés de 7 nm que la sèrie 3000, però el procés s’ha refinat i, per tant, els xips resultants són més eficients.
Amb una impressionant millora del rendiment per watt de 2,4X, AMD ha controlat el consum d'energia: Imatge: AMD
AMD també ha afirmat amb atreviment que el Ryzen 9 5900X i el 5950X consumiran la mateixa quantitat de potència que el 3900X i el 3950X d’última generació, respectivament, tot i tenir rellotges d’augment més elevats i un IPC millorat. El material promocional d’AMD citava una millora del “rendiment de 2,4x per watt” respecte a l’arquitectura Zen original. Aquest número s’alinea amb les afirmacions d’AMD sobre el consum de potència de 5900X i 5950X, ja que ara tenen rellotges més alts però continuen tenint els mateixos números TDP que els seus predecessors.
Silici refinat, rellotges superiors
Al final de la vida útil de la sèrie Ryzen 3000, AMD va llançar una actualització que va afegir 3 CPU a la sèrie amb la marca 'XT'. El Ryzen 5 3600XT, el Ryzen 7 3800XT i el Ryzen 9 3900XT eren les mateixes CPU que els models base, però amb velocitats de rellotge més altes. Al final de la vida útil d’un producte, el procés de fabricació es madura i la qualitat del silici millora. Això significa que el silici produeix CPU que pot augmentar més i mantenir els rellotges durant més temps. És exactament així com es va fer possible la formació XT de CPU.
Amb les CPU Zen 3, AMD va utilitzar el mateix procés de fabricació madur i el silici de més qualitat per construir les CPU de la sèrie 5000 al mateix node de 7 nm. Això va permetre a AMD impulsar els rellotges boost molt més alts que fins i tot la sèrie XT de l'última generació. Els rellotges d’augment més elevats, juntament amb un IPC més alt i un redisseny del disseny bàsic van fer que AMD estigués preparada per afrontar el repte del rendiment d’un únic fil. Les velocitats de rellotge anunciades dels 4 processadors de la sèrie Ryzen 5000 són les següents:
Especificacions anunciades per a les 3 CPU de la sèrie Ryzen 5000 - Imatge: AMD
- AMD Ryzen 5 5600X: base de 3,7 GHz, augment de 4,6 GHz
- AMD Ryzen 7 5800X: base de 3,8 GHz, augment de 4,7 GHz
- AMD Ryzen 9 5900X: base de 3,7 GHz, augment de 4,8 GHz
- AMD Ryzen 9 5950X: base de 3,4 GHz, augment de 4,9 GHz
Avantatges del disseny de Chiplet
Hi va haver molts factors que van permetre a AMD fer un salt intergeneracional tan important. Un dels més grans és el disseny dels xips en si, és a dir, el disseny 'Estil Chiplet' de la matriu de la CPU. Aquest disseny ofereix molts avantatges clau quan es tracta de millores generacionals:
- Escalabilitat: A causa del fet que els nuclis estan disposats a l'interior de les xips del substrat, és possible que AMD pugi més nuclis en un paquet similar sense risc de sobreescalfament. El disseny de la competència d’Intel situa tots els nuclis molt a prop els uns dels altres, que poden tenir problemes tèrmics dràstics si no es configuren correctament. AMD, d'altra banda, ha tingut èxit en utilitzar aquest disseny de chiplet per fabricar processadors de 6 nuclis, 8 nuclis, 12 nuclis i fins i tot 16 nuclis a la plataforma principal d'escriptori. Això significa que AMD ha establert un domini del recompte de nuclis a causa d’aquest disseny.
- Facilitat de desenvolupament: Un altre gran avantatge d’aquest disseny és aparentment la seva facilitat de desenvolupament. Durant el procés de desenvolupament de l'arquitectura Zen 3, AMD va utilitzar exactament el mateix disseny base que Zen 2 i després el va modificar. Això significava que el disseny ja estava perfeccionat fins a un cert grau i que AMD era fàcil millorar en les àrees clau a les quals es dirigien.
- Desenvolupament simultani de 5 nm: AMD també va assenyalar que els seus plans futurs per a les CPU Ryzen basades en l'arquitectura de 5 nm també estaven en camí. Això es deu al fet que l’arquitectura de disseny de chiplet permet a AMD executar diversos fluxos de desenvolupament simultàniament. AMD confiava que el seu procés de 5 nm arribaria tal com estava previst, tal com van fer les arquitectures Zen 3 i Zen 2 basades en el procés de 7 nm.
AMD afirma que el seu procés de 5 nm també està en disseny - Imatge: AMD
resultats esperats
Els processadors de la sèrie Ryzen 5000, basats en Zen 3, prometen ser líders de la indústria no només en càrregues de treball multithread sinó també en jocs. Per primera vegada des del 2006, AMD ha destronat oficialment Intel en la carrera per obtenir el millor rendiment de joc absolut (segons les afirmacions d’AMD). AMD també ha afirmat tenir el rendiment més alt d’un fil de qualsevol xip d’escriptori amb el Ryzen 9 5950X, seguit de prop pel Ryzen 9 5900X. Vegem els resultats esperats de les millores arquitectòniques aportades per Zen 3.
Lideratge en jocs
Amb una millora del IPC del 19%, un augment dels rellotges bàsics i un sistema complex de nucli redissenyat, AMD ha fet un salt gegantí en el rendiment dels jocs aquesta generació. Tot i que el Zen 2 era raonablement competitiu amb les ofertes d’Intel, el Zen 3 planeja superar directament Intel en totes les càrregues de treball de jocs. AMD afirma que el Ryzen 9 5900X és de mitjana aproximadament un 26% més ràpid que el Ryzen 9 3900X dels jocs. Es tracta d’un salt gegantí que es farà en una sola generació.
A més, AMD també ha afirmat que el Ryzen 9 5900X és més ràpid que el Core i9-10900K en jocs. Aquesta és una notícia bastant enorme per als fans d’AMD que i per als entusiastes generals de PC. Això significa ara que les millors CPU AMD superen les millors CPU Intel tant en aplicacions de jocs com de múltiples nuclis. No ajuda el cas d'Intel que encara estiguin enganxats a l'arcaica arquitectura de 14nm i els seus processadors Rocket-Lake de nova generació també es rumoreja que estaran a 14nm. Mentrestant, AMD dispara a tots els cilindres amb les seves ofertes de 7 nm a Zen 2 i Zen 3, mentre treballa simultàniament als plans de 5 nm que aparentment també estan en pista. Això pot tenir greus implicacions per a la quota de mercat de la CPU d'escriptori d'Intel.
Els processadors de la sèrie AMD Ryzen 5000 són més ràpids en els jocs que les ofertes d’Intel: imatge: AMD
Rendiment millorat d'un sol fil
Des de fa un temps, AMD té un rendiment multicore millor, però això no es tradueix necessàriament en un millor rendiment de joc a causa del fet que els jocs moderns no fan un ús eficaç de tots els nuclis. Molts jocs tenen un fil dominant, sovint anomenat 'fil mundial', que és el més utilitzat. El fil del món és sensible a la latència i al rendiment d’un nucli. Gràcies al redisseny arquitectònic d’AMD, la latència s’ha reduït massivament, millorant de manera massiva el rendiment d’aquest fil dominant. Això ha permès a AMD assumir el lideratge en escenaris de joc.
Això també significa que el rendiment únic d’AMD és ara molt superior al d’Intel. De fet, AMD va mostrar una impressionant puntuació de Cinebench d'un nucli impressionant de 640 per al Ryzen 9 5950X, que va ser seguida de prop per la puntuació de 631 pel Ryzen 9 5900X. Aquestes millores també són possibles a causa del redisseny del complex arquitectònic, la latència reduïda i els rellotges de major impuls de l'arquitectura Zen 3. Obteniu més informació sobre el rendiment d’un únic fil dels processadors de la sèrie Ryzen 5000 a Aquest article.
L’AMD Ryzen 9 5900X té una puntuació rècord d’un sol nucli de 631 a Cinebench: imatge: AMD
Rendiment multi-thread encara més elevat
Continuant el seu domini sobre el segment de rendiment multi-threaded, AMD va tornar a mostrar números impressionants per als seus processadors de la sèrie Ryzen 5000 basats en Zen 3. En particular, el Ryzen 9 5900X de 12 nuclis i el Ryzen 9 5950X tenen un rendiment inigualable en càrregues de treball pesades. AMD també va fer alguns ajustaments sota el capó, cosa que va permetre que el 5950X fos el processador d'escriptori més ràpid per al treball CAD també, per primera vegada. AMD el va considerar el millor processador de jocs i el millor processador per a la creació de contingut, i és difícil discutir amb aquesta afirmació. AMD va obtenir un impressionant 12% més de rendiment en representar càrregues de treball sobre el 3950X. Això fa que aquest processador sigui una bèstia absoluta per a aquells que s’esforcen per obtenir el millor que pot oferir la informàtica d’escriptori.
Alarma per a Intel?
No hi ha dubte que AMD ha estat millorant la seva gamma de processadors Ryzen a un ritme gairebé cec. Han ofert enormes millores de rendiment de generació en generació i Zen 3 promet ser el seu salt més gran fins ara. Tot i que els processadors de la sèrie Ryzen 3000 ofereixen un valor excel·lent en termes de recompte de core i de preus, encara estaven darrere d’Intel en una càrrega de treball principal: el joc. AMD havia establert un fort avantatge en gairebé tots els altres aspectes del mercat d'escriptoris, ja sigui en la representació, codificació, producció de vídeo o transmissió, però necessitaven superar Intel en els jocs per ser realment el millor processador indiscutible de la seva classe.
Gràcies a l’increïble disseny arquitectònic dels processadors Ryzen, el procés de 7 nm de TSMC i la brillant planificació i execució per part de l’equip de desenvolupament d’AMD, finalment ho han fet amb Zen 3. Aquest llançament ha de sonar alarmes a la seu d’Intel. Intel és una empresa enorme i no hi ha manera de no respondre a això, però sens dubte han quedat enrere respecte a AMD pel que fa a la velocitat de desenvolupament. El principal obstacle que Intel ha d’esborrar és el seu procés envellit de 14nm que utilitza des de Skylake.
Full de ruta arquitectònic d’Intel: imatge: Wccftech
Intel ha tingut problemes ben documentats amb el seu procés de 10 nm i, per tant, encara no són capaços de desplegar xips d'escriptori basats en aquesta arquitectura. Tanmateix, és possible que les marees canviïn aviat, ja que Intel ha llançat amb èxit les seves recents CPUs portàtils amb el nom en codi 'Tiger Lake', que es basen en l'arquitectura de 10 nm. Aquests xips de portàtils ofereixen grans millores tant en el rendiment com en l’eficiència de la darrera generació, i és plausible que Intel pugui treballar per transferir aquest procés a les CPU d’escriptori. Si Intel aconsegueixi que el seu procés de 10 nm funcioni, els propers anys seran molt interessants per als entusiastes del rendiment de la CPU.
