Презентация высокопроизводительной микроархитектуры Zen, или как AMD испортила праздник на улице Intel. Подробнее об особенностях микроархитектуры AMD Zen Bristol Ridge: промежуточное решение
Advanced Micro Devices в среду подтвердила, что выходящие в следующем году микропроцессоры будут базироваться на новейшей микроархитектуре Zen. Компания пообещала серьёзное увеличение быстродействия новых микросхем по сравнению с существующими, а также сообщила, что её инженеры уже работают над улучшенной версией технологии Zen, архитектурой под названием Zen+.
Марк Пэйпермастер (Mark Papermaster), технический директор AMD, рассказал финансовым аналитикам, что процессорные ядра Zen будут исполнять на 40 % больше инструкций за такт (instructions per clock, IPC) по сравнению с ядрами Excavator. По сути, это означает, что центральные процессоры AMD следующего поколения будут на 40 % быстрее предшественников при одинаковом количестве ядер и тактовой частое. Согласно данным AMD, микросхемы на основе ядер Zen+ покажут ещё более впечатляющую производительность на такт, что означает дальнейшее серьёзное улучшение на микроархитектурном уровне.
Ядра Excavator являются вершиной развития микроархитектуры Bulldozer, обещавшей революцию в области построения многоядерных процессоров в 2010–2011 годах, но так и не сумевшей стать достойным конкурентом современным микроархитектурам корпорации Intel. Одной из причин фактического фиаско Bulldozer принято считать «модульный» дизайн процессорных ядер (неформально называемый clustered multi-thread (CMT) по аналогии с clustered integer-core, разработанной DEC в 1996 году для RISC-процессора Alpha 21264. Поскольку каждый двухъядерный модуль Bulldozer включает в себя два блока исполнения целочисленных операций (с сопутствующей логикой), но один блок исполнения операций с плавающей запятой (а также делит между целочисленными ядрами блок выборки инструкций, декодер инструкций, а также кеш второго уровня), в случае с операциями с плавающей запятой он ведёт себя как не очень эффективный одноядерный чип.
Микроархитектура Zen обещает стать противоположностью Bulldozer. Каждое ядро Zen будет включать в себя шесть блоков исполнения целочисленных операций, два 256-разрядных блока исполнения операций с плавающей запятой, собственные декодер инструкций, блок выборки инструкций, блок предсказания переходов, собственную кеш-память и т.д.
Кроме того, подобно процессорам Intel (начиная с Pentium 4), новые процессоры AMD будут поддерживать технологию одновременной многопоточности (simultaneous multithreading, SMT). Применение SMT позволит новым ядрам исполнять инструкции из нескольких независимых потоков на различных функциональных модулях ядра Zen за один такт, тем самым увеличивая пиковую производительность.
Согласно AMD, микроархитектура Zen будет обладать инклюзивной многоуровневой подсистемой кеш-памяти, заточенной под минимальные задержки и максимальную пропускную способность. Замена эксклюзивной подсистемы кеш-памяти (каждый уровень хранит уникальную информацию) на инклюзивную (большие по объёму кеши нижних уровней могут хранить копии содержимого меньших по объёму кешей верхнего уровня) происходит фактически впервые в истории процессоров AMD. Начиная с чипа K6 компания применяла исключительно эксклюзивную иерархию кешей.
Увеличение исполнения инструкций за такт на 40 % по сравнению с Excavator не означает, что процессоры на базе Zen будут на 40 % быстрее существующих микросхем AMD FX или A10. Поскольку новые чипы могут работать на более высоких тактовых частотах, вполне возможно, что они будут значительно быстрее современных APU и CPU разработки AMD. Напротив, если тактовые частоты новинок будут низкими, новая продукция AMD сможет показать лишь умеренный прирост производительности по сравнению с сегодняшними решениями.
Как и ожидалось, микропроцессоры на базе микроархитектуры Zen - такие как Summit Ridge, Bristol Ridge и Basilisk - будут производиться по технологии 14 нм с применением транзисторов с вертикально расположенным затвором (fin-shaped field effect transistor, FinFET) на фабрике компании GlobalFoundries. Ожидается, что для изготовления новых чипов будет применена наиболее совершенная версия 14-нм техпроцесса - 14LPP (14nm low-power plus).
Принимая во внимание крайне медленное развитие процессорных микроархитектур в последние годы, 40-% прирост производительности за такт впечатляет. Тем не менее, многое будет зависеть не только от самой микроархитектуры, но и от практической реализации процессоров, а также их тактовых частот. При благоприятном для AMD стечении обстоятельств, очень может быть, что будущие процессоры FX будут в состоянии конкурировать с наиболее мощными микросхемами Intel Core i7 во второй половине следующего года.
В 2017 году компания AMD представила процессоры Ryzen с новой микроархитектурой Zen. Сегодня редакция сайт детально разберет микроархитектуру Zen, проследив как изменились задержка и пропуск инструкций с K10.
Помимо привычных способов повышения производительности процессора (повышение тактовой частоты, увеличение ширины исполнительного тракта, расширение разрядности ИУ и векторизация инструкций), существует неочевидный способ - снижение таймингов инструкций, то есть сокращение времени выполнения инструкций. Например, снижение времени выполнения операции деления вдвое будет условно равно удвоению тактовой частоты процессора при выполнении деления (с большим количеством допущений). Таким образом, снижение таймингов выполнения инструкций может быть вполне действенным способом, хоть и весьма ограниченным и специфичным (так как для повышения быстройдествия всего процессора необходимо снизить тайминги всех инструкций, тогда как в реальности обычно происходит снижение таймингов лишь определенных инструкциий, что ускоряет процессор только в узком круге задач).
Всего существует два наиболее важных тайминга: задержка (latency) и пропуск (reciprocal throughput). Где задержка выражается в тактах, которые необходимы для выполнения инструкции, а пропуск - количество тактов, которые необходимо пропустить для выполнения следующей инструкции в данном ИУ. Сравним тайминги некоторых инструкций для K10, Bulldozer и Zen, используя справочные данные Agner Fog .
Таблицы будут построены следующим образом: в колонке «Инструкция» будет указана инструкция и операнды (m, m32, m64, m128, m256 - память; r, r32, r64 - РОН; mm - регистры MMX; xmm - регистры SSE; ymm - регистры AVX); в колонках K10, Bulldozer и Zen будут указаны непосредственно тайминги в тактах для данных микроархитектур по схеме «задержка (пропуск)».
Инструкции X86
|
Инструкция |
|||
MOV: перессылка данных из памяти в регистры у Zen на уровне K10 - 3 такта, в то время как у Bulldozer - 4 такта.
XCHG: обмен данными между регистрами у Zen «бесплатный» (с пропуском в 0.33 такта), в то время как у K10 и Bulldozer 2 и 1 такта соответственно. Обмен данными между регистром и памятью у Zen больше, чем у K10 - 30 тактов против 21, но меньше, чем у Bulldozer - 50.
PUSH: для помещения числа в стек всем участникам требуется 1 такт.
POP: извлечение числа из вершины стека у Zen происходит за полтакта, в то время как раньше это требовало 1 такт.
ADD: операция сложения чисел у K10, Bulldozer и Zen требует 1 такт, но необходимо отметить, что у K10 пропуск 1/3 такта, Bulldozer - 1/2, а у Zen - 1/4 такта.
Аналогичная ситуация и с вычитанием (SUB), изменением знака числа (NEG), инкрементом (INC), декрементом (DEC), логическим И (AND), логическим ИЛИ (OR), логическим исключающим ИЛИ (XOR), инверсией битов (NOT).
MUL: беззнаковое умножение на Zen стало вдвое быстрее, чем на Bulldozer - 3 такта против 6.
IMUL: умножение на Zen требует всего 3 такта, в то время как на Bulldozer - 6, а на K10 - 4.
DIV: деление беззнаковых чисел также ускорилось: Zen требует 14-46 тактов; Bulldozer - 16-75; K10 - 15-78.
IDIV: операция деления существенно ускорилась в Zen - 14-47 тактов против 22-79 у Bulldozer.
Подводя промежуточный итог, основные инструкции из набора Х86 стали выполняться на Zen быстрее, чем на предшественниках, то есть Zen даже на одинаковой частоте с предшественниками будет показывать большую производительность (при преобладании представленных инструкций в коде).
Инструкции X87
На сегодняшний день набор инструкций Х87 почти не используется в современных программах, а в процессорах он оставлен для совместивости (тот самый «+» архитектуры х86). Данный набор инструкций уже давно не разивается - не добавляются ни новые инструкции, ни регистры.
|
Инструкция |
|||
FLD: загрузка вещественного числа в стек в Zen стала быстрее - 1 такт против 2 тактов, но пропуск увеличился - в K10 и Bulldozer пропуск равнялся 0,5 такта, а в Zen - 1 такт.
FST: с копированием вещественного числа из стека ситуация аналогичная FLD.
FILD: загрузка целого числа в стек в Zen стала быстрее, чем в Bulldozer - 8 тактов против 12, но медленнее, чем в K10 (6 тактов).
FIST: с копированием целого числа из стека ситуация аналогичная FILD.
FISTP: со считыванием целого числа из стека ситуация аналогичная FILD.
FADD: сложение вещественных чисел в Zen происходит за 5 тактов, тогда как в Bulldozer - 5-6, а в K10 - 4.
FSUB: с вычитанием вещественных чисел ситуация аналогичная FADD.
FMUL: с умножением вещественных чисел ситуация аналогичная FADD.
FDIV: деление вещественных чисел действительно стало быстрее - как по задержке, так и по пропуску: Zen выполняет операцию за 8-15 тактов, а Bulldozer - 10-42 и K10 - 31.
FSQRT: извлечение квадратного корня также ускорилось: Zen выполняет операцию за 8-21 тактов, а Bulldozer - 10-53 и K10 - 35.
FXTRACT: извлечение экспоненты и мантиссы у Zen стало медленнее, чем в Bulldozer - увеличился пропуск на 2 такта, при сохранении задержки на прежнем уровне в 10 тактов.
FCOS: вычисление косинуса в Zen происходит быстрее, чем в Bulldozer - 50-115 тактов против 160.
FSIN: с вычислением синуса ситуация аналогичная FCOS.
Как отмечалось выше, набор инструкций Х87 не развивается и сохраняется для совместимости - это видно по времени исполнения инструкций в Zen, где скорость выполнения многих инструкций хоть и выше, чем в Bulldozer, но ниже, чем в K10, который вышел в 2007 году. Из рассмотренных инструкций существенное ускорение получили только деление вещественных чисел FDIV и извлечение квадратного корня FSQRT.
Инструкции MMX
Набор инструкций MMX был анонсирован 1997 году и предложил восемь 64-битных регистров mm и 57 инструкций. На сегодняшний день данный набор инструкций устарел и не развивается - оставлен в современных процессорах для совместимости.
|
Инструкция |
|||
MOVD: перессылка данных в Zen в зависимости от операндов стала либо быстрее, либо осталась на уровне K10, например: пересылка из РОН в регистры mm в Zen осуществляется за 3 такта, тогда как в K10 - за 6 тактов.
MOVQ: пересылка учетверенных слов между регистрами mm в Zen вдвое быстрее, чем в K10 - 1 такт против 2 (аналогично и пропуск - 0.25 такта против 0.5).
С логическим ИЛИ (POR), логическим И (PAND), побитовым логическим НЕ (PANDN) ситуация аналогичная PXOR.
PMADDWD: умножение четырех слов в Zen происходит с той же скоростью, что и в K10 (но быстрее, чем в Bulldozer).
PCMPEQB: проверка равенства байтов в Zen требует 1 такт, а в K10 и Bulldozer - 2 такта.
Как можно заметить, из рассмотренных инструкций значительная часть стала выполняться быстрее в Zen, чем у предшественников.
Инструкции SSE
Наборы инструкций SSE (SSE, SSE2, SSE3, SSSE3, SSE4.1, SSE4.2) получили широкое распространение и до последнего времени (до появления AVX) активно развивались. Данные наборы инструкций решили основные недостатки MMX (работа только с целыми числами и невозможность параллельной работы с MMX и X87) и предоставили восемь (в последствии 16) 128-битных регистров. Большое количество инструкций (около 300), 128-битные регистры, работа с вещественными числами и удобство работы (по сравнению со стеком в Х87) позволили отказаться от MMX и Х87. Рассматротрим некоторые инструкции из наборов SSE.
|
Инструкция |
|||
MOVD: перессылка данных в Zen в зависимости от операндов стала либо быстрее, либо осталась на уровне K10, например, пересылка из РОН в регистры xmm в Zen осуществляется за 3 такта, тогда как в K10 - за 6 тактов.
MOVQ: пересылка учетверенных слов между регистрами xmm в Zen в 2,5 раза быстрее, чем в K10 - 1 такт против 2.5.
PXOR: побитовое логическое исключающее ИЛИ в Zen осуществляется за 1 такт против 2 в K10.
ADDPS: параллельное сложение четырех пар чисел с плавающей точкой в Zen происходит за 3 такта, тогда как в K10 - 4, а в Bulldozer - 5-6.
Аналогично и с инструкциями сложения вещественных чисел (ADDSS), параллельного вычитания вещественных чисел (SUBPS) и параллельного умножения вещественных чисел (MULPS и MULSS).
DIVPS: параллельное деление вещественных чисел в Zen стало существенно быстрее, чем в K10 - 10 тактов против 18 (аналогично и с пропуском).
SQRTPS: извлечение квадратных корней из четырех чисел требует 9-10 тактов у Zen, в то время как у K10 - 21 такт, а у Bulldozer - 14-15.
ANDPS: операция побитового логического И в Zen осуществляется за 1 такт, а в в K10 и Bulldozer - за 2 такта.
Аналогично и с операциями побитового логического ИЛИ (ORPS) и побитового логического исключающего ИЛИ (XORPS).
Инструкции AVX Наша Редакция не включила по причине того, что они отсутствуют в K10, а следовательно, не получится проследить развитие микроархитектур.
Заключение
Как можно заметить, компания AMD основательно поработала над микроархитектурой Zen, изменив не только концепцию построения ядра, количество ИУ, декодеров и прочее, но и также сократила тайминги выполнения многих инструкций, что также положительно скажется на производительности в различных приложениях. При этом важно понимать, что «ускорились» далеко не все инструкции, так например, если классические инструкции Х86 в большей своей мере (из рассмотренных) стали выполняться в Zen быстрее по сравнению с предшественниками, то инструкции Х87 практически не получили какого-либо ускорения (что еще раз говорит о том, что набор инструкций Х87 устарел, хотя и остается необходимым для совместимости). Векторные инструкции (MMX и SSE) также стали выполняться быстрее. Таким образом, AMD не просто «скопировала» части K10 и Bulldozer в Zen, а существенно переработала ИУ, сделав их быстрее (интересно будет сравнить по таймингам Intel и AMD).
Остальные материалы по микроархитектуре Zen собраны .
Краткое описание архитектуры
Особенности микроархитектуры:
- два потока на ядро;
- 8 МБ общей кэш-памяти третьего уровня;
- большая унифицированная кэш-память второго уровня;
- кэш декодированных инструкций;
- два блока со стандартом шифрования AES для обеспечения безопасности;
- высокоэффективные FinFET-транзисторы.(14 нанометров) Все представители процессоров AMD Zen будут совместимы с материнскими платами, поддерживающими сокет AM4
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 равных частотах обоих процессоров(3 GHz, что является уменьшенной базовой частотой для i7 6900k).
Напишите отзыв о статье "Zen (микроархитектура)"
Примечания
Ссылки
- / AMD (англ.)
Отрывок, характеризующий Zen (микроархитектура)
Графиня несколько раз во время службы оглядывалась на умиленное, с блестящими глазами, лицо своей дочери и молилась богу о том, чтобы он помог ей.Неожиданно, в середине и не в порядке службы, который Наташа хорошо знала, дьячок вынес скамеечку, ту самую, на которой читались коленопреклоненные молитвы в троицын день, и поставил ее перед царскими дверьми. Священник вышел в своей лиловой бархатной скуфье, оправил волосы и с усилием стал на колена. Все сделали то же и с недоумением смотрели друг на друга. Это была молитва, только что полученная из Синода, молитва о спасении России от вражеского нашествия.
– «Господи боже сил, боже спасения нашего, – начал священник тем ясным, ненапыщенным и кротким голосом, которым читают только одни духовные славянские чтецы и который так неотразимо действует на русское сердце. – Господи боже сил, боже спасения нашего! Призри ныне в милости и щедротах на смиренные люди твоя, и человеколюбно услыши, и пощади, и помилуй нас. Се враг смущаяй землю твою и хотяй положити вселенную всю пусту, восста на ны; се людие беззаконии собрашася, еже погубити достояние твое, разорити честный Иерусалим твой, возлюбленную тебе Россию: осквернити храмы твои, раскопати алтари и поругатися святыне нашей. Доколе, господи, доколе грешницы восхвалятся? Доколе употребляти имать законопреступный власть?
Владыко господи! Услыши нас, молящихся тебе: укрепи силою твоею благочестивейшего, самодержавнейшего великого государя нашего императора Александра Павловича; помяни правду его и кротость, воздаждь ему по благости его, ею же хранит ны, твой возлюбленный Израиль. Благослови его советы, начинания и дела; утверди всемогущною твоею десницею царство его и подаждь ему победу на врага, яко же Моисею на Амалика, Гедеону на Мадиама и Давиду на Голиафа. Сохрани воинство его; положи лук медян мышцам, во имя твое ополчившихся, и препояши их силою на брань. Приими оружие и щит, и восстани в помощь нашу, да постыдятся и посрамятся мыслящий нам злая, да будут пред лицем верного ти воинства, яко прах пред лицем ветра, и ангел твой сильный да будет оскорбляяй и погоняяй их; да приидет им сеть, юже не сведают, и их ловитва, юже сокрыша, да обымет их; да падут под ногами рабов твоих и в попрание воем нашим да будут. Господи! не изнеможет у тебе спасати во многих и в малых; ты еси бог, да не превозможет противу тебе человек.
Боже отец наших! Помяни щедроты твоя и милости, яже от века суть: не отвержи нас от лица твоего, ниже возгнушайся недостоинством нашим, но помилуй нас по велицей милости твоей и по множеству щедрот твоих презри беззакония и грехи наша. Сердце чисто созижди в нас, и дух прав обнови во утробе нашей; всех нас укрепи верою в тя, утверди надеждою, одушеви истинною друг ко другу любовию, вооружи единодушием на праведное защищение одержания, еже дал еси нам и отцем нашим, да не вознесется жезл нечестивых на жребий освященных.
ВведениеЗа последние несколько лет компания AMD утратила почти все завоёванные ранее позиции на рынке процессоров для настольных компьютеров. С ядрами семейства Bulldozer компания застряла в мире 32- и 28-нм чипов на планарных транзисторах, в то время как Intel раз за разом проводила архитектурные улучшения, переходила на трёхмерные транзисторы, а также внедряла производственные процессы с 22- и 14-нм нормами. В результате, в ассортименте AMD предложений для производительных компьютеров попросту не осталось, а Intel, фактически, смогла занять монопольное положение. Но к счастью, AMD со сложившейся ситуацией решила не мириться и последние несколько лет посвятила работе над новым процессорным дизайном – микроархитектурой Zen. В ней обещается всё то, что хотелось бы видеть энтузиастам в современном процессоре: высокая удельная, хорошая энергоэффективность, современная технология производства и привлекательная цена. AMD Ryzen – первые процессоры на новой микроархитектуре, и если разработчики действительно выполнили все свои обещания, то сегодня мы увидим триумфальное возвращение AMD на рынок.
Zen – огромный шаг вперёд по сравнению с прошлыми микроархитектурами AMD. Это – не дальнейшее развитие Bulldozer, а полностью новый и независимый проект, в котором удалось достичь небывалого роста эффективности. По итогам проведённой работы AMD говорит о 52-процентном приросте показателя IPC (числа исполняемых за такт инструкций) по сравнению с микроархитектурой Excavator. Кроме того, в Ryzen впервые для AMD вводится поддержка технологии SMT (Simultaneous Multi Threading), позволяющей исполнение на одном ядре двух вычислительных потоков. Одновременно с этим Ryzen выступает и первым процессором AMD, выпушенным по современному 14-нм техпроцессу с применением FinFET транзисторов, что способствует покорению высоких частот при хорошей энергоэффективности. Другое важное изменение – переезд на более современную платформу, которая ориентирована на работу с двухканальной DDR4 SDRAM.
Линейка процессоров Ryzen 7, с которой AMD выходит сегодня на рынок, включает в себя три восьмиядерных процессора с ценой от $330 до $500. Все они похожи по основным характеристикам, но отличаются по частотам. Нам удалось получить на тесты среднюю модель в семействе, четырестадолларовый Ryzen 7 1700X, который собирается составить конкуренцию Core i7-6800K или Core i7-7700K. Сборки на базе новых процессоров AMD хороши тем, что материнские платы с необходимым разъёмом Socket AM4 заметно дешевле плат для флагманских процессоров Intel, и поэтому конфигурация на базе Ryzen 7 1700X действительно может стать очень привлекательным вариантом для настольного персонального компьютера. Главное, чтобы всё, что успела наобещать AMD относительно производительности и других потребительских качеств, действительно оправдалось.
Иными словами, сегодня мы можем стать свидетелями самого грандиозного за последние пять лет события на процессорном рынке. В сферу десктопных процессоров действительно может вернуться настоящая конкуренция, а это вполне способно будет подтолкнуть заметно забуксовавший прогресс. Поэтому мы не будем откладывать самое интересное на потом, а сразу перейдём к техническим деталям, а потом и к тестам.
Микроархитектура Zen: коротко
Чтобы понять идеи, заложенные в новый процессорный дизайн, нужно знать, что при разработке микроархитектуры Zen инженеры компании AMD уделяли первостепенное внимание четырём основным аспектам. Во-первых, производительности. Инженеры старались не только добиться существенных улучшений с скорости исполнения однопоточной нагрузки, но и стремились по возможности повысить параллелизм архитектуры. Во-вторых, пропускной способности. В новых процессорах существенно улучшена кеш-память и алгоритмы предварительной выборки, а исполнительный конвейер перепроектирован так, чтобы избежать образования узких мест и вынужденных простоев. В-третьих, эффективности. Оптимизация удельной производительности на каждый затраченный ватт было ещё одним важным приоритетом. В Zen применены все имеющиеся у AMD наработки, направленные на управление питанием в активном состоянии и в простое, а также использованы все преимущества, которые даёт 14-нм техпроцесс с FinFET-транзисторами. И в-четвёртых, масштабируемости. Новые процессоры Ryzen имеют модульный дизайн, главным строительным блоком в котором является четырёхъядерный блок CCX (Core Complex). Эти блоки соединяются воедино новой скоростной шиной Infinity Fabric, что делает Zen дизайном, который может воплощаться в процессорах различной сложности и различного предназначения.Остановимся на всех перечисленных особенностях немного подробнее.
С точки зрения производительности микроархитектура Zen делает, по словам представителей компании, «квантовый скачок» в скорости исполнения инструкций по сравнению с предыдущими дизайнами. В первую очередь это обуславливается тем, что ядра Zen больше не разделяют друг с другом никаких ресурсов, как это было в Bulldozer, они полностью самостоятельны и к тому же поддерживают технологию SMT, позволяющую исполнять два потока на одном ядре одновременно (аналог Hyper-Threading). Кроме того, каждое ядро получило существенно снижающий накладные расходы по декодированию инструкций собственный кеш микроопераций, полностью переделанный быстрый кеш первого уровня с обратной записью и низким энергопотреблением, собственный для каждого ядра блок FPU и выделенный L2-кеш, а также массу иных оптимизаций.
Благодаря тому, что объём окна планировщика увеличился на 75 процентов, в целом планировщики могут отправлять на исполнение в полтора раза больше инструкций, чем это было в ядрах Excavator. Декодер при этом расширен как минимум в полтора раза, благодаря чему Zen может отправлять значительно больше работы на свои исполнительные устройства. Кроме того, в Zen появился кеш микроопераций, который позволяет процессору обходиться без повторных обращений к L2 и L3 кешу и повторных декодирований инструкций при работе с повторяющимися участками кода. Существенно изменилась схема предсказания переходов, теперь в ней применяется аппаратная нейронная сеть, что существенно повышает процент правильно взятых ветвлений. Плюс ко всему, полной загрузке всех имеющихся ресурсов способствует поддержка SMT, позволяющая приложениям, поддерживающим параллельные вычисления, создавать вдвое больше потоков.
Производительный движок всегда нуждается в адекватной топливной подаче, и в микроархитектуре Zen немало внимания уделено и этому аспекту. Поэтому не стоит удивляться, что в ней несколько изменилась иерархия кеш-памяти. Кеш инструкций первого уровня увеличился до 64 Кбайт, а кеш первого уровня для данных стал работать по алгоритму с обратной записью. L2-кеш стал индивидуальным для каждого ядра с объёмом 512 Кбайт. А L3 кеш получил объём 8 Мбайт на каждые четыре ядра, для которых он является разделяемым в рамках Core Complex. Обладая интеллектуальными алгоритмами предварительной выборки новая система кеширования может поставлять вычислительным ядрам до пяти раз больше данных, чем было в Excavator.
Важную роль в реализации архтектуры Zen играет и 14-нм техпроцесс. Для физической реализации процессоров Ryzen компания AMD выбрала вариант техпроцесса GlobalFoundries, который ориентирован на высокоплотные дизайны. Это позволило добиться того, что ядро Ryzen имеет сравнительно небольшую площадь, работает при достаточно невысоких напряжениях питания и в конечном итоге обеспечивает выгодную зависимость энергопотребления от производительности. Кроме того, в Zen нашли применение все прошлые наработки компании, направленные на повышение энергоэффективности CPU: динамическое питание и отключение различных узлов процессора, динамическое изменение частоты. Направленные на экономию энергии решения можно обнаружить и непосредственно в микроархитектуре. Отчасти этому помогает кеш микроопераций, а кроме того, в диспетчере CPU используется специальный стековый механизм для генерации повторно используемых адресов.
Благодаря оптимизациям такого рода микроархитектура Zen имеет очень широкую сферу применимости, в перспективе она должна стать основой всего семейства процессорных продуктов AMD: для ноутбуков, десктопов и серверов.
Масштабируемость Zen отчасти опирается на то, что процессоры собираются из строительных блоков CCX объединяющих по 4 ядра и способных исполнять по 8 потоков. Каждый CCX имеет 512 Кбайт L2 кеша на ядро и общий L3-кеш объёмом 8 Мбайт. Текущие процессоры Ryzen 7, которые AMD представляет сегодня, собираются из двух CCX, и получают соответственно 8 ядер и 16 потоков. Соединяются CCX между собой специальной шиной Infinity Fabric.
Такая наборная конструкция Zen позволит AMD в перспективе выпускать процессоры с разным числом ядер и потоков, разным количеством кеш-памяти, ориентированными на различные применения и рыночные сегменты.
Немалую роль в этом играет шина Infinity Fabric, которая базируется на HyperTransport и позволяет быстро и с минимальными усилиями собирать процессорные кристаллы различной конфигурации. Высокая пропускная способность и приоритизация траффика делает Infinity Fabric хорошо подходящей для этой роли. Шина без проблем справляется с передачей данных между CCX, системной памятью и другими контроллерами, которые представлены в процессорном ядре Ryzen. Кроме того, посредством Infinity Fabric реализуется и управление параметрами отдельных CCX.
В частности, по этой же шине собирается телеметрическая информация о состоянии отдельных ядер, их температуре и потреблении, и через неё происходит управление напряжениями и частотами. Фактически, Infinity Fabric можно рассматривать в том числе и как составляющую фирменной технологии AMD SenseMI.
Технология AMD SenseMI
Важной составляющей частью процессоров Ryzen выступает распределённая сеть датчиков тока, напряжения, потребления и температуры, которая позволяет точно контролировать состояние процессора. Эти данные телеметрии собираются по шине Infinity Fabric каждую миллисекунду, что позволяет гибко управлять функционированием процессорного кристалла, сохраняя при этом его высокую отзывчивость. Технология SenseMI выступает интеллектуальной надстройкой над данным механизмом. Во-первых, она управляет процессором по шине Infinity Fabric таким образом, чтобы оптимизировать его моментальные характеристики питания и производительности. Во-вторых, в неё же включена некоторая функциональность по предварительной выборке и предсказанию переходов. В целом, технологию SenseMI можно рассматривать как декомпозицию нескольких алгоритмов различного предназначения.Механизм Pure Power отвечает за экономию энергии и позволяет снижать частоту и напряжение тем процессорным блокам (или даже ядрам), от вклада которых в конечную скорость решения задачи ничего не зависит. Иными словами, благодаря Pure Power процессор становится более экономичным без каких-либо потерь в быстродействии.
Механизм Precision Boost решает противоположную Pure Power задачу. Используя собранные по шине Infinity Fabric телеметрические данные он может повышать частоту отдельных процессорных ядер небольшими шагами по 25 МГц, если это не приводит к выходу процессора за установленные рамки по температуре и потреблению. Иными словами, Precision Boost – это гибкая подстройка частоты процессора под текущие условия, подобная тому, как действуют современные видеокарты.
Технология Extended Frequency Range (XFR) – это привлекающий внимание энтузиастов механизм автоматического разгона процессора, зависящий от параметров его системы охлаждения. XFR реализована лишь в процессорах, которые имеют в своём названии окончание X. В них при соблюдении ряда условий она может дополнительно повышать тактовую частоту за пределы лимитов, установленных в рамках Precision Boost. В большинстве случаев XFR активируется в том случае, если температуры процессорных ядер находятся вдали от предельных значений, однако помимо абсолютных значений температур XFR ориентируется и на их производные.
Neural Net Prediction – ещё одна грань технологии SenseMI. Она означает, что в архитектуре Zen заложена настоящая обучающаяся в реальном времени нейронная сеть, которая занимается предсказанием того, как поведёт себя приложение в ближайшем будущем. Такое прогнозирование имеет смысл для того, чтобы упреждающе готовить инструкции для исполнения и данные, необходимые для них.
И последняя часть SmartMI – механизм Smart Prefetch . Он занимается предварительной выборкой необходимых данный в L1 и L2 кеши процессора на основе информации о том, как работало приложение до этого момента. Таким образом устраняются возможные простои процессора, которые могут происходить из-за несвоевременной подгрузки данных.
В итоге, нет никаких сомнений в том, что микроархитектура Zen представляет собой гигантский шаг вперёд по сравнению с Bulldozer. И дело не только в том, что для новых процессоров используется современный техпроцесс и традиционный x86-дизайн с полноценными широкими ядрами без разделяемых блоков и с поддержкой многопоточности (SMT). Сделана и масса других улучшений, благодаря чему число исполняемых одним ядром инструкций за такт выросло более чем в полтора раза. В пользу этого играет улучшенное предсказание переходов, появление кеша микроопераций, возможность отсылки на исполнение до шести микроопераций за такт (против четырёх), 60-процентное увеличение буферов планировщиков, двукратное увеличение темпа завершения и отставки микроопераций, полуторакратное увеличение глубины очередей загрузки и выгрузки данных, возможность выполнения до четырёх операций с плавающей точкой за такт (против трёх), кратное увеличение пропускной способности всех кешей и рост размеров L1-кеша, улучшения на уровне предварительной выборки данных и масса всего прочего.
Тестовый процессор: AMD Ryzen 7 1700X
Сегодня, 2 марта 2017 года, компания AMD начинает продажи первой партии своих принципиально новых процессоров Ryzen. И это – воистину историческое событие: продуктов, на которые был бы возложен подобный груз ожиданий, на процессорном рынке не было уже очень давно. Шутка ли – AMD собирается составить конкуренцию старшим интеловским процессорам для высокопроизводительных десктопов, но при этом чуть ли не вдвое понизить ценовую планку.В течение первой фазы вывода Ryzen на рынок AMD собирается сделать ставку на свои восьмиядерные процессоры, отнесённые к семейству Ryzen 7. Это – наиболее дорогие десктопные носители новой микроархитектуры Zen со стоимостью от $330 до $500. Но несмотря на относительно высокую цену, компания ожидает чуть ли не ажиотажного спроса на новинку и серьёзно подготовилась к нему. Товарные партии Ryzen 7 уже лежат на складах ведущих магазинов, а всего AMD предварительно произвела порядка миллиона процессоров.
В позиционировании новинок AMD придерживается несколько иных принципов, нежели Intel. Компания явно делает ставку на большую массовость. При этом Ryzen 7 1800X она видит, как вдвое более дешёвую альтернативу для Core i7-6900K. Ryzen 7 1700X противопоставляется не восьмиядернику, а похожему по цене шестиядерному процессору Core i7-6800K. Ryzen 7 1700 же объявлен прямым конкурентом для четырёхъядерного Core i7-7700K. Иными словами, старая тактика AMD, когда она пыталась противопоставлять предложениям Intel превосходящее число ядер по более низкой цене, находит отражение и в новой линейке. Однако теперь ядра у AMD куда производительнее, чем раньше, и семейство Ryzen 7 действительно выглядит очень сильным.
Для знакомства с новой линейкой процессоров мы получили от компании AMD среднюю модель, Ryzen 7 1700X, которая интересна тем, что с её помощью можно строить конфигурации с не слишком высокой стоимостью – от 80 до 100 тысяч рублей.
Необходимо иметь в виду, что процессоры Ryzen устанавливаются в специальный новый разъём Socket AM4, который теперь становится базовым для всего ассортимента процессоров AMD для настольных компьютеров. И это значит, что старые материнские платы не подходят – нужны новые, основанные на наборах логики AMD X370, B350 и проч.
Вот таким образом определяется Ryzen 7 1700X диагностической утилитой CPU-Z.
Перед нами новый 8-ядерный процессор компании AMD с кодовым именем Summit Ridge и микроархитектурой Zen, который выделяется поддержкой SMT и способностью исполнять 16 потоков одновременно, кеш-памятью второго уровня объёмом 512 Кбайт на ядро и L3-кешем из двух частей по 8 Мбайт.
Номинальная частота Ryzen 7 1700X установлена в 3,4 ГГц, однако в большинстве случаев можно наблюдать работу этого процессора при частоте 3,5 ГГц – сказывается работа технологии Precision Boost. При этом при низкопоточной нагрузке частота может возрастать до 3,8 ГГц, а если повезёт, то и до 3,9 ГГц за счёт XFR.
Напряжение питания у нашего экземпляра Ryzen 7 1700X под нагрузкой колебалось в пределах 1,25-1,275 В. AMD говорит, что штатные напряжение для разных Ryzen 7 могут быть выставлены в очень широких пределах и типично составляют от 1,2 до 1,3625 В. Это значит, что в сравнении с 14-нм процессорами Intel мы будем видеть более высокие напряжения. Поэтому температурный режим Ryzen 7 1700X в номинале особых опасений не вызывает. Под нагрузкой мы наблюдали нагрев до 76-78 градусов по встроенному в ядро термодатчику. В состоянии покоя же температуры составляют порядка 45 градусов.
Платформа Socket AM4 и новые чипсеты
Как уже говорилось, процессоры семейства Ryzen ориентированы на использование принципиально новой платформы и нового разъёма Socket AM4. Связано это в первую очередь с тем, что у AMD возникла необходимость во внедрении поддержки DDR4-памяти, которая к настоящему времени завоевала место индустриального стандарта. А заодно, пользуясь моментом, было решено перекроить всю платформу, сделав процессоры похожими на SoC. Иными словами, в интегрированный северный мост процессора был перенесён дополнительный набор контроллеров, что сделало чипсеты нового поколения крайне простыми устройствами.
Вследствие этого неудивительно, что новый процессорный разъём AM4 получил возросшее число контактов – их теперь 1331. Это значит, что Ryzen не имеют совместимости ни с какими старыми материнскими платами. К тому же AMD изменила требования к расположению на материнских платах крепёжных отверстий для систем охлаждения, и поэтому для Ryzen требуются новые кулеры или по крайней мере, новые крепления для старых. Поэтому несмотря на то, что Ryzen на первый взгляд похожи на предшественников, имеют аналогичные габариты и внешнее исполнение, вся экосистема для них должна быть полностью обновлена.
В процессорах Bulldozer в процессорном кристалле был реализован контроллер памяти. В APU последних поколений в основной чип переехал и контроллер для графической шины PCI Express. В Ryzen же в процессоре добавились дополнительные линии PCI Express, порты USB и SATA. Фактически, сейчас AMD создала ситуацию, когда процессор может работать вообще без каких-либо дополнительных наборов логики, что делает возможным создание крайне простых и компактных материнских плат.
Однако начать стоит с того, что встроенный контроллер памяти в процессорах Ryzen – абсолютно новый. Он рассчитан на работу с двухканальной DDR4 SDRAM и поддерживает исключительно такую память. Обратной совместимости с DDR3 SDRAM не предусматривается. Официально контроллер памяти Ryzen поддерживает модули DDR4 с частотой до 2666 МГц для которых на Socket AM4-материнских платах может быть предусмотрено два или четыре слота. Память с частотой выше DDR4-2666 с Ryzen тоже может применяться, но авторы процессора в этом случае не дают никаких гарантий.
Впрочем, с использованием в Socket AM4 скоростных модулей памяти могут возникать проблемы. Максимальная частота DDR4, которая может быть получена в Ryzen без изменения базовой частоты BCLK, составляет всего лишь 3200 МГц. Причём, работа DDR4-2933 или DDR4-3200 памяти возможна только в случае использования пары модулей. Иными словами, по частотным возможностям контроллера памяти Ryzen сильно уступает текущим процессорам Intel для платформы LGA 1151, которые свободно покоряют режимы DDR4-4000 и выше. Но пока остаётся некоторая надежда на то, что ситуация может быть исправлена через новые версии BIOS для материнских плат.
Помимо встроенного контроллера памяти с поддержкой двухканальной DDR4 SDRAM, Ryzen предоставляет:
16 линий PCI Express 3.0 для графической карты (при необходимости могут делиться на два слота по формуле 8x + 8x);
4 линии PCI Express 3.0 для соединения с чипсетом, либо для других устройств;
4 порта USB 3.0;
4 линии PCI Express 3.0 для NVMe-накопителя (могут быть переконфигурированы в 2 линии PCI Express 3.0 для NVMe-накопителя и два SATA-порта).
Таким образом, из одного только процессора Ryzen получается полноценная система-на-чипе.
Однако для типичных настольных систем имеющихся в процессоре средств расширения скорее всего окажется недостаточно. Поэтому к процессору по отведённым для этой цели линиям PCI Express может быть подсоединён один из наборов логики – X370, B350 или A320, которые добавят к указанному перечню какие-то дополнительные вещи. А если нужды в этом нет, то существует возможность укомплектовать Ryzen и специальными упрощёнными Mini-ITX чипсетами X300 или A300, которые процессорные линии PCI Express 3.0 на себя не расходуют, но и к списку возможностей почти ничего не добавляют.
Основная масса свойств платформы Socket AM4 определяется именно процессором Ryzen. Чипсеты в новой платформе играют сугубо второстепенную роль, и на самом деле от них в плане функциональности платформы зависит немногое.
Даже старший набор логики X370, который скорее всего будет использоваться в большинстве материнских плат для энтузиастов, привносит не так уж и много: дополнительные два порта USB 3.1, по шесть портов USB 3.0 и USB 2.0, восемь портов SATA, четыре из которых могут быть конвертированы в два интерфейса SATA Express, и восемь дополнительных медленных линий PCI Express 2.0. Плюс, в платформе Socket AM4 использование того или иного чипсета либо разрешает, либо запрещает разгон, деление графических линий PCI Express 3.0 x16 и режимы RAID для SATA-портов. Например, в том же X370 как в старшем чипсете допускается и разгон, и SLI или CrossfireX-конфигурации, и RAID-массивы уровня 0, 1 и 10.
Наряду с X370 заинтересовать продвинутых пользователей может и более простой набор логики B350. В нём остался разрешён разгон процессора и RAID-массивы, а главное отличие от старшего варианта касается невозможности делить процессорную графическую шину на два слота. Кроме того, под нож попала часть портов USB 3.0 и SATA, которых в чипсете осталось два и шесть соответственно, плюс число линий PCI Express 2.0 сократилось до шести.
Ещё одна любопытная альтернатива – X300 – чипсет, который специально предназначается для простых компактных систем. Он к возможностям процессора ровным счётом ничего не добавляет, зато разрешает деление графической шины PCI Express 3.0 x16 на два слота и позволяет разгон процессора.
Детальные сведения о том, какие возможности предлагают в сочетании с Ryzen дают те или иные чипсеты, мы свели в следующей таблице.
Хотя наборы логики и несут на себе название AMD, в их разработке первоочередную роль играла компания ASMedia, известная по своим разнообразным контроллерам. Именно благодаря ей AMD смогла первой вывести на рынок наборы логики с поддержкой портов USB 3.1 с пропускной способностью 10 Гбит/с. Однако врождённой поддержки разъёмов Type-C при этом в чипсетах AMD нет. Для того, чтобы на плате появился удобный симметричный разъём USB, производителям материнок придётся раскошелиться на дополнительный чип-драйвер.
Благодаря поддержке USB 3.1 наборы логики для платформы Socket AM4 выглядят современно, но особенно обольщаться по поводу их возможностей всё-таки не следует. В то время как интеловские наборы логики двухсотой серии могут обеспечивать работу до 30 высокоскоростных портов (PCIe 3.0, SATA и USB 3.0), даже у старшего AMD X370 таких портов вдвое меньше. Частично это компенсируется возможностями встроенного в процессор северного моста, но тем не менее платформа Intel позволяет создавать более гибкие конфигурации с более широкими возможностями подключения дополнительных устройств.
Для проведения тестирования мы получили материнскую плату ASUS Crosshair IV Hero.
Эта материнская плата базируется на старшем наборе логики AMD X370 и использует его потенциал по-максимуму. Плата поддерживает разделение графической шины PCI Express 3.0 на два слота и конфигурации, построенные по технологиям SLI и CrossfireX. Оба графически слота на этой плате усилены металлическими рамками SafeSlot и широко расставлены для того, чтобы можно было установить в них массивные и мощные GPU.
Плата поддерживает разгон, причём её оверклокерские настройки сделаны так, чтобы эксплуатация процессора на повышенных частотах не вызывала проблем. Для охлаждения компонентов системы предусматривается технология Fan Xpert, позволяющая управлять всеми пятью вентиляторами, которые подключаются к плате. Как и на последних платах серии ROG для LGA 1151, ASUS Crosshair IV Hero имеет выделенные разъёмы для подключения помпы жидкостной системы охлаждения, а также датчиков температуры и скорости течения хладагента. Предусмотрен и специальный разъём для вентиляторов повышенной мощности.
Важной особенностью систем на базе Ryzen является то, что слот M.2 для NVMe-накопителей подключается напрямую к процессорным линиям PCI Express 3.0. Именно так сделано и на Crosshair IV Hero. Никаких ограничений по скорости нет – на M.2 заведено четыре необходимых линии PCIe. При этом сам слот M.2 отнесён подальше от процессора и видеокарт – туда, где ему будет легче организовать адекватное охлаждение.
Плата оборудована модной нынче RGB-иллюминацией, которая управляется через приложение ASUS Aura RGB. Также к Crosshair IV Hero можно подключить и дополнительные светодиодные ленты.
Интегрированная звуковая карта базируется на эксклюзивном кодеке последнего поколения S1220, который обеспечивает соотношение сигнал-шум на уровне 113 дБ. Этот кодек работает в связке с ЦАП премиального уровня ESS Sabre, что в сумме позволяет получить качество звучания, сравнимое с тем, которое дают недорогие дискретные звуковые карты. Кроме того, к звуковому тракту прилагается программа Sonic Studio III, позволяющая легко управлять звуковыми потоками. Например, с её помощью можно направить звуки из игры на наушники, музыку – на колонки, а звук от видео – на телевизор.
Если кратко, то характеристики ASUS Crosshair IV Hero выглядят так:
Гигабитная сеть на плате представлена привычным интеловским контроллером, который укомплектован программой GameFirst для приоритизации сетевого траффика. Кроме того, на плате есть дополнительный слот M.2, в который можно установить WiFi-контроллер.
Задняя панель платы плотно наполнена портами, плюс на неё перенесены аппаратные кнопки Clear CMOS и BIOS Flashback. Но основную площадь занимают многочисленные порты USB, среди которых есть 10 Гбит/с порт USB 3.1 в вариантах Type-A и Type-C. Кстати, на плате предусмотрен и вывод для порта USB 3.1, который размещается на передней панели корпуса.
Рекомендованная цена ASUS Crosshair IV Hero - $255.
Как мы тестировали
Тестирование процессора AMD Ryzen 7 1700X было проведено в полном соответствии с заветами производителя: флагманский продукт AMD был противопоставлен всей актуальной линейке процессоров Core i7. Кроме того, не забыли мы включить в тесты и старший процессор линейки AMD FX.В конечном итоге, полный список задействованных в тестовых системах комплектующих получил следующий вид:
Процессоры:
AMD Ryzen 7 1700X (Summit Ridge, 8 ядер + SMT, 3,4-3,8 ГГц, 16 Мбайт L3);
AMD FX-9590 (Vishera, 8 ядер, 4,7-5,0 ГГц, 8 Мбайт L3);
Intel Core i7-7700K (Kaby Lake, 4 ядра + HT, 4,2-4,5 ГГц, 8 Мбайт L3);
Intel Core i5-7600K (Kaby Lake, 4 ядра, 3,8-4,2 ГГц, 8 Мбайт L3);
Intel Core i7-6900K (Broadwell-E, 8 ядер + HT, 3,2-4,0 ГГц, 20 Мбайт L3);
Intel Core i7-6800K (Broadwell-E, 6 ядер + HT, 3,4-3,8 ГГц, 15 Мбайт L3).
Процессорный кулер: Noctua NH-U14S.
Материнские платы:
ASUS Crosshair IV Hero (Socket AM4, AMD X370);
ASUS 970 PRO Gaming/Aura (Socket AM3+, AMD 970 + SB950);
ASUS Maximus IX Hero (LGA1151, Intel Z270);
ASUS X99-Deluxe (LGA2011-v3, Intel X99).
Память:
2 × 8 Гбайт DDR4-3000 SDRAM, 15-17-17-35 (Corsair Vengeance LPX CMK16GX4M2A3000C15).
4 × 4 Гбайт DDR4-3000 SDRAM, 15-17-17-35 (G.Skill F4-3000C15Q-16GRR).
2 × 8 Гбайт DDR3-2133 SDRAM, 9-11-11-31 (G.Skill F3-2133C9D-16GTX).
Видеокарта: NVIDIA GeForce GTX 1080 (8 Гбайт/256-бит GDDR5X, 1607-1733/10000 МГц).
Дисковая подсистема: Kingston HyperX Savage 480 GB (SHSS37A/480G).
Блок питания: Corsair RM850i (80 Plus Gold, 850 Вт).
Тестирование выполнялось в операционной системе Microsoft Windows 10 Enterprise Build 14393 с использованием следующего комплекта драйверов:
AMD Chipset Driver Crimson ReLive Edition 17.2.1;
Intel Chipset Driver 10.1.1.38;
Intel Management Engine Interface Driver 11.6.0.1030;
Intel Turbo Boost Max Technology 3.0 1.0.0.1029;
NVIDIA GeForce 378.66 Driver.
Производительность
Комплексная производительностьДля оценки производительности процессоров в общеупотребительных задачах мы воспользовались тестовым пакетом BAPCo SYSmark 2014 SE, который моделирует работу пользователя в реальных распространённых современных офисных программах и приложениях для создания и обработки цифрового контента. Последние версии этого бенчмарка оперируют четырьмя сценариями: Office Productivity (офисная работа: подготовка текстов, обработка электронных таблиц, работа с электронной почтой и посещение интернет-сайтов), Media Creation (работа над мультимедийным контентом - создание рекламного ролика с использованием предварительно отснятых цифровых изображений и видео), Data/Financial Analysis (обработка архива с финансовыми данными, их статистический анализ и прогнозирование инвестиций на основе некой модели) и Responsiveness (анализ отзывчивости системы при запуске приложений, открытии файлов, работе с интернет-браузером с большим количеством открытых вкладок, мультизадачности, копировании файлов, пакетных операциях с фотографиями, шифровании и архивации файлов и установке программ).
AMD противопоставляет Ryzen 7 1700X шестиядерному процессору Core i7-6800K, однако как мы видим, по интегральному показателю в SYSmark 2014 SE новинка AMD ему всё-таки уступает, демонстрируя уровень производительности Core i5. Проблема в том, что большая часть общеупотребительных приложений остаётся однопоточными, а при такой нагрузке Ryzen всё же слабее интеловских архитектур, хоть и не на много. Яркую иллюстрацию этому можно увидеть по результатам исполнения сценария Office Productivity. В сложной же многопоточной нагрузке, в особенности счётного характера, с производительностью у Ryzen 7 1700X всё в порядке. Так, в подтесте Data/Financial Analysis новый Ryzen 7 1700X не только обгоняет шестиядерный Core i7-6800K, но и оказывается сильнее интеловского восьмиядерника Core i7-6900K.
Для оценки комплексного быстродействия в игровом 3D был использован тест Futuremark 3DMark Professional Edition 2.2.3509, в котором мы воспользовались сценой Time Spy 1.0.
Этот бенчмарк хорошо оптимизирован под многопоточность, поэтому Ryzen 7 1700X демонстрирует в нём очень хорошую скорость. Микроархитектура Zen позволила AMD сделать полноценный восьмиядерник, и его производительность ближе к Core i7-6900K, чем к прямому конкуренту – Core i7-6800K.
Тесты в приложениях
Задачей, которая наиболее чувствительно реагирует на наращивание процессорного параллелизма, традиционно выступает финальный рендеринг в пакетах трёхмерного проектирования и моделирования. Скорость рендеринга мы тестировали в двух популярных приложениях: в Autodesk 3ds max 2017, где измеряли время, затрачиваемое на рендеринг в разрешении 1920 × 1080 с применением рендерера mental ray стандартной сцены Hummer; и в Blender 2.78a где проверялась продолжительность построения финальной модели из Blender Cycles Benchmark rev4.
Ryzen 7 1700X полностью выполняет взятые на себя обязательства и при рендеринге показывает производительность, которую ранее могли обеспечить лишь восьмиядерные процессоры Intel. Однако при этом следует напомнить, что Ryzen 7 1700X стоит примерно в два с половиной раза дешевле Core i7-6900K.
Следующая тестовая задача – обработка изображений. Здесь используется Adobe Lightroom 6.8 и Adobe Photoshop CC 2017. В первом случае тестируется производительность при пакетной обработке серии изображений в RAW-формате. Тестовый сценарий включает постобработку и экспорт в JPEG с разрешением 1920 × 1080 и максимальным качеством двухсот 12-мегапиксельных изображений в RAW-формате, сделанных цифровой камерой Nikon D300. Во втором - производительность при обработке индивидуальных графических изображений. Для этого измеряется среднее время выполнения тестового скрипта, представляющего собой творчески переработанный Retouch Artists Photoshop Speed Test, который включает типичную обработку четырёх 24-мегапиксельных изображений, сделанных цифровой камерой.
Приложения Adobe для фотографов – с особенностями. В Photoshop многие фильтры и операции до сих пор выполняются в однопоточном режиме. Lightroom же стал активно использовать AVX2-инструкции. И то, и другое – плохо для микроархитектуры Zen, поэтому в обоих тестовых задачах процессор Ryzen 7 1700X проигрывает даже четырёхъядерному Core i5, не говоря уже о интеловских процессорах более высокого класса.
Зато обработка видео, как и рендеринг, считается задачей, производительность которой отлично масштабируется при росте параллелизма процессора. Здесь для тестирования мы пользовались четырьмя задачами. Adobe After Effects CC 2017 – тестирование скорости рендеринга методом трассировки лучей. Измеряется время, затрачиваемое системой на обсчёт в разрешении 1920 × 1080@30fps заранее подготовленного видеоролика. Adobe Premiere Pro CC 2017 - тестирование производительности при нелинейном видеомонтаже. Измеряется время рендеринга в формат H.264 Blu-Ray проекта, содержащего HDV 1080p25 видеоряд с наложением различных эффектов. x264 r2744 - тестирование скорости транскодирования видео в формат H.264/AVC. Для оценки производительности используется исходный 1080p@50FPS AVC-видеофайл, имеющий битрейт около 30 Мбит/с. И x265 2.2+17 8bpp - тестирование скорости транскодирования видео в перспективный формат H.265/HEVC. Для оценки производительности используется тот же видеофайл, что и в тесте скорости транскодирования кодером x264.
При работе с видео, как и при финальном рендеринге Ryzen 7 1700X очень хорош. Он действительно может тягаться с тысячедолларовым Core i7-6900K, что делает новинку AMD просто идеальным выбором для пользователей, которые создают мультимедийный контент.
Для измерения быстродействия процессоров при компрессии информации мы выбрали два архиватора: 7-zip 16.04 и WinRAR 5.40. В обоих случаях измерялось время, затрачиваемое на сжатие с максимальной степенью компрессии директории с различными файлами общим объёмом 1,7 Гбайт.
Для быстрой работы архиваторов важна хорошая пропускная способности и низкая латентность подсистемы памяти. Контроллер памяти процессоров Ryzen же получился крайне неудачным, поэтому в этих тестах Ryzen 7 1700X можно сопоставить лишь с интеловскими четырёхъядерниками.
Производительность работы браузера Microsoft Edge была проверена в специализированном тесе WebXPRT 2015, реализующий на HTML5 и JavaScript реально использующиеся в интернет-приложениях алгоритмы.
Задача однопоточная, но Ryzen 7 1700X держится на неплохом уровне, уступая лишь процессорам Intel на базе микроархитектуры Kaby Lake.
В заключение мы проверили скорость работы криптографических алгоритмов в утилите VeraCrypt 1.19 Здесь был задействован встроенный в программу бенчмарк, задействующий тройное шифрование Serpent-Twofish-AES.
Задача однопоточная, плюс реализация набора AES-инструкций в Zen очень эффективна. Результат не заставляет себя ждать: Ryzen 7 1700X – на первом месте.
Игровая производительность
До недавних пор производительность платформ, оснащенных современными процессорами, в подавляющем большинстве актуальных игр определялась возможностями графической подсистемы. Однако произошедший за несколько последних лет бурный рост производительности игровых видеокарт привёл к тому, что теперь нередко производительность стала ограничиваться не столько видеокартой, сколько центральным процессором. И если раньше, чтобы понять геймерский потенциал того или иного CPU, нам приходилось использовать уменьшенные разрешения, то с современными видеокартами это делать совсем не обязательно.
Для комплектации нашей процессорной тестовой системы компания NVIDIA предоставила нам свой новейший ускоритель GeForce GTX 1080, который благодаря беспрецедентно высокой мощности хорошо подходит и для 4K-разрешений, и для виртуальной реальности, а уж для FullHD – и подавно. В результате мы смогли отказаться от игровых тестов в разрешении 1280 × 800, которые нередко не встречали понимания у наших читателей. Теперь зависимость частоты кадров от мощности CPU отлично можно проследить в абсолютно реальных, а не искусственно созданных условиях: в FullHD-разрешении 1920 × 1080 и с максимальными настройками качества изображения. Этот подход мы и взяли на вооружение.
Игры особого повода для оптимизма в отношении Ryzen не дают. Нет, конечно это – не процессоры серии FX, игровая производительность которых уже стала поводом для насмешек. Ryzen 7 1700X выдаёт более чем приемлемый на современном этапе уровень игровой производительности, и видеокарты класса GeForce GTX 1080 он, безусловно, вытягивает без вопросов. Но если смотреть на относительные показатели быстродействия, то окажется, что любые актуальные процессоры Intel Core i7 и даже Core i5 имеют более высокий игровой потенциал – при высоком качестве графики это видно даже в самом обычном FullHD-разрешении. Причины такого положения дел хорошо понятны: медленный контроллер памяти Ryzen и более слабая, чем у интеловских процессоров, скорость работы FPU-части.
Тем не менее, нужно ещё раз подчеркнуть, что на данный момент мощности Ryzen 7 1700X прекрасно хватает для того, чтобы обеспечивать высокую частоту кадров в играх. И поэтому считать его недостаточно производительным игровым CPU всё же не следует. К тому же у нового продукта AMD в наличии восемь полноценных ядер, которые могут стать хорошим подспорьем в новых геймерских проектах, которые хоть и робко, но всё-таки движутся в сторону полноценного задействования многопоточности и перехода на DirectX 12.
Энергопотребление
Ситуация с энергопотреблением – ещё один интригующий раздел сегодняшнего тестирования. AMD перевела свои процессоры на современный 14-нм техпроцесс и оптимизировала архитектуру с явным прицелом на энергоэффективность. В результате теперь компания заявляет, что восьмиядерные Ryzen вписываются в 95-ваттный тепловой пакет. То есть, они должны быть заметно экономичнее интеловских LGA 2011-3-процессоров с типичным тепловыделением на уровне 140 Вт. Стала ли ситуация с реальным энергопотреблением тем местом, где Ryzen 7 1700X cможет одержать безоговорочную победу над конкурентом? Давайте проверим.Используемый нами в тестовой системе новый цифровой блок питания Corsair RM850i позволяет контролировать потребляемую и выдаваемую электрическую мощность, чем мы и пользуемся для измерений. На графике ниже приводится полное потребление систем (без монитора), измеренное «после» блока питания и представляющее собой сумму энергопотребления всех задействованных в системе компонентов. КПД самого блока питания в данном случае не учитывается.
В простое платформа Socket AM4 действительно выглядит очень экономичной. И это неудивительно, в Ryzen применены передовые энергосберегающие технологии, не отличается особыми энергетическими аппетитами и сопровождающие его наборы логики.
А вот при рендеринге в Blender ситуация с потреблением выглядит немного не так, как ожидалось. Под нагрузкой система с Ryzen 7 1700X требует энергии примерно столько же, сколько и платформа на базе Core i7-6900K. А это вызывает сомнения в том, что Ryzen 7 действительно вписывается в 95-ваттный тепловой пакет.
А вот как выглядит ситуация с потреблением при максимально возможной нагрузке: в утилите Prime 28.10, которая активно использует чрезвычайно энергоёмкие FMA- и AVX2-инструкции.
В предельном потреблении Ryzen 7 1700X всё же удаётся немного отстать от Core i7-6900K. Речь, конечно, идёт не о 30-процентной разнице, о которой говорится в спецификациях, а об отличии на уровне всего нескольких ватт. В теории Ryzen 7 1700X должен был быть ближе к Core i7-7700K, тепловой пакет которого установлен в 91 Вт, однако на практике предложение AMD заметно прожорливее.
Разгон
Гонится Ryzen, к сожалению, плохо. Очевидно, что номинальные частоты у этих процессоров задраны до предела ещё на заводе. Поэтому рассчитывать на то, что производительность удастся дополнительно повысить несложными манипуляциями, не приходится.Стабильный максимум, которого удалось добиться с нашим экземпляром Ryzen 7 1700X, составил всего лишь 3,85 ГГц, то есть выйти за пределы турбо-режима нам удалось лишь на самую малость. Более же высокую частоту процессор уже не брал.
Да и то, для того, чтобы система могла пройти тестирование на стабильность в Prime 95 28.10, напряжение питания процессора пришлось задирать более чем серьёзно – до 1,5 В. В том, что долговременная эксплуатация 14-нм чипа при таком напряжении не будет приводить к деградации полупроводникового кристалла, есть вполне обоснованные сомнения.
Кроме того, не слишком благоприятным оказался и температурный режим при таком, казалось бы, незначительном разгоне. Несмотря на то, что у Ryzen под крышкой припой, а не паста, встроенный в процессорный кристалл термодатчик фиксировал нагрев до 99 градусов.
Выводы
Все мы очень на это надеялись, и это случилось: AMD смогла. Новые процессоры Ryzen кардинально отличаются от Bulldozer. Микроархитектура в них полностью обновилась, и теперь Ryzen 7 – это продукт высокого уровня. Как и было обещано, однопоточная производительность в новинке выросла примерно в полтора раза, а энергопотребление примерно так же понизилось. В итоге, у AMD получился высокопроизводительный восьмиядерный процессор, который действительно можно ставить на одну ступень с интеловскими предложениями для платформы LGA 2011-3. Кроме того, AMD, похоже, в свете своего возвращения на рынок имеет весьма амбициозные планы, поскольку попутно пытается сломать устоявшееся ценообразование, и начать предлагать качественные восьмиядерники по небывало низким ценам.В результате новая платформа AMD может стать очень привлекательным решением для тех пользователей, которым требуется высокая многопоточная производительность. Как показали наши всесторонние тесты, лучшие результаты Ryzen 7 показывает при работе над цифровым контентом – при рендеринге и в обработке видео. И это значит, что профессионалы и любители, которые выбирают конфигурации для работы, а не для развлечений, должны серьёзно задуматься о том, чтобы выбрать для себя процессоры Ryzen 7. Однако эта рекомендация не распространяется на фотографов: с графическими редакторами новая микроархитектура AMD показывает себя неважно.
Что же касается более массовых применений компьютеров – игр, то для них Ryzen является далеко не лучшим выбором. В дизайне новых процессоров AMD есть два слабых места: контроллер памяти и относительно слабый блок FPU. И то, и другое в игровых задачах имеет очень большое значение. Поэтому в них восьмиядерные процессоры AMD выдают лишь производительность уровня Core i5. Конечно, это отнюдь не приговор, потому что такой скорости в целом для современных графических карт вполне достаточно.
И тем не менее, по итогам рассмотрения можно сказать, что Ryzen 7 – это однозначный успех AMD. Компания возвращается в верхние ценовые сегменты, а большего пока и не нужно. Будем надеяться, что инженеры компании теперь смогут придерживаться установленного ими же самими графика и будут ежегодно выдавать усовершенствованные версии Zen, в которых все узкие места этой микроархитектуры будут постепенно исправляться.
Как вы уже поняли, это был первоапрельский розыгрыш, но мы очень надеемся, что AMD сдержит слово и результаты финального образца не будут сильно отличаться от указанных в обзоре, ведь все слайды аутентичные, то есть AMD действительно обещала 40% IPS для AMD Zen в сравнении с предыдущим поколением.
Наверняка многие знают, что в рамках крупных выставок проходят закрытые презентации определенных продуктов, куда пускают далеко не всех гостей и только по приглашениям. Одну из них на CeBIT 2016 организовала компания AMD, продемонстрировав ключевым партнерам и инвесторам свои новые продукты. Как нам сообщили, одной из изюминок этой закрытой презентации стал инженерный образец нового десктопного процессора с 14-нм микроархитектурой . Надеемся, в рамках грядущей Computex 2016 у AMD точно по плану будет возможность продемонстрировать и полноценный финальный образец.
Поэтому когда нам предложили отложить все свои текущие тесты и на пару часов получить в распоряжение инженерный образец процессора AMD Zen для тестирования (хотя и с рядом ограничений), то мы ни минуты не колебались с ответом - ведь случай поистине уникальный. Да и ограничения оказались достаточно мягкими: не показывать обратную сторону самого процессора и используемую материнскую плату, а также не пробовать проводить разгон. В остальном же никаких запретов по используемым бенчмаркам не было.
Традиционно обзор процессора мы начинаем с его спецификации и краткого анализа инноваций, если речь идет о новом поколении. В данном случае таблица спецификации будет состоять лишь из сообщенных нам сведений, а обзор микроархитектуры - с тех крох информации, которую мы нашли в интернете, ведь красочная и содержательная презентация по AMD Zen еще не готова у самой компании AMD. Итак, начинаем.
Спецификация:
|
Инженерный образец AMD Zen |
|
|
Сегмент рынка |
Десктопные системы |
|
Процессорный разъем |
|
|
Техпроцесс производства, нм |
|
|
Микроархитектура |
|
|
Количество физических ядер / потоков |
|
|
Номинальная тактовая частота, МГц |
|
|
Кэш-память L1 |
Неизвестно |
|
Кэш-память L2, КБ |
|
|
Кэш-память L3, МБ |
|
|
Поддерживаемая оперативная память |
DDR4-2400 МГц |
|
Показатель TDP, Вт |
SMT vs СMT: возвращение к классике
Если проследить за развитием ситуации на рынке традиционных процессоров за прошедшие 12 лет, то можно увидеть, что переломный момент наступил во втором квартале 2006 года. По результатам первого рыночная доля AMD поднялась до 48,4%, а Intel - опустилась до 51,6%. Но затем Intel представила свою успешную и знаменитую микроархитектуру Intel Core, преемники которой и по сей день позволяют ей доминировать на рынке традиционных компьютерных систем. У AMD в то время была довольно хорошая, но все же недостаточно конкурентная микроархитектура AMD K8. В сентябре 2007 года вышла микроархитектура AMD K10, но и она не помогла компании AMD отвоевать ранее отданные позиции. Тем не менее в недрах уже кипела работа над обновлением - AMD Bulldozer, которая должна была ознаменовать переход на качественно новый уровень и стать достойным ответом для Intel Westmere и будущей Intel Sandy Bridge. Презентация платформы AMD Scorpius и первых процессоров линейки состоялась в октябре 2011 года. Но уже первые тесты были сущим разочарованием для публики - они не только не принесли существенного прироста производительности, но и в некоторых бенчмарках даже немного проигрывали предыдущему поколению ЦП компании AMD. Что уже говорить о новых процессорах Intel.
Ключевую роль в таком фиаско сыграл переход к технологии CMT (Clustered Multi-Thread). Не вдаваясь в глубокий анализ, мы лишь кратко напомним, что вместе с микроархитектурой AMD Bulldozer было введено понятие процессорного модуля, который объединяет в себе два блока целочисленных вычислений и один блок вещественных вычислений, использующий технологию SMT (Simultaneous Multithreading) для одновременной обработки двух потоков. То есть с точки зрения целочисленных вычислений - в одном модуле присутствует два физических процессорных ядра, а с точки зрения вещественных - одно физическое ядро и два виртуальных. В свою очередь Intel использует исключительно SMT-подход: есть полноценное физическое ядро с необходимым количеством блоков целочисленных и вещественных вычислений, а уже к нему применяется технология SMT для параллельной обработки двух потоков.
Идея AMD была неплохая, но компания упустила из виду очень существенный момент - необходимость оптимизации программного кода конкретных приложений под многопоточную модульную систему. Ведь в 2011 года большинство программ работали в однопоточном режиме, поэтому для них важнее было наличие в процессоре одного полноценного физического ядра, чем четырех модулей. В последствии AMD тесно сотрудничала с Microsoft для оптимизации программного кода ОС семейства Windows и с другими разработчиками для активной интеграции идеи параллельных вычислений, но на оптимизацию программного кода нужны время и деньги, а AMD теряла покупателей и финансовые ресурсы.
Осознав масштабы ситуации, руководство компании решило создавать полностью новую микроархитектуру. Подобный процесс занимает несколько лет, в течение которых AMD могла лишь немного улучшать концепцию AMD Bulldozer. На пост ведущего архитектора был приглашен Джим Келлер (Jim Keller) - очень авторитетный и уважаемый в индустрии специалист. Именно он был причастен к созданию микроархитектуры AMD K7 и работал на должности ведущего архитектора при создании AMD K8, которая смогла максимально приблизить AMD к Intel в первом квартале 2006 года. После завершения работы над AMD K8 Джим Келлер присоединился к Apple, и уже под его руководством вышли легендарные чипы Apple A4 и Apple A5.
С 2012 по 2015 годы Джим Келлер с командой инженеров трудился над созданием микроархитектуры AMD Zen, которая лишь во второй половине 2015 года была анонсирована широкой публике. Первое, на чем было акцентировано внимание при анонсе, − отказ от CMT и переход к полноценной SMT. Это означает, что в AMD Zen будут использоваться отдельные физические ядра с необходимым набором всех структурных блоков: 4 ALU для целочисленных вычислений, 4 FPU со 128-битной шиной (объединены в два 256-битных модуля FMAC) для вещественных вычислений и 4 декодера. А благодаря SMT-подходу каждое ядро сможет параллельно обрабатывать два потока данных (аналогично технологии Intel Hyper-Threading). Максимальное количество физических ядер для десктопных процессоров достигнет 8-ми, а для серверных - 32-х.
Из неофициальных источников также известно, что каждое ядро использует 512 КБ кэш-памяти L2, а каждые 4 ядра делят между собой общие 8 МБ кэш-памяти L3. Также оговаривалась оптимизация микроархитектуры AMD Zen под популярные современные компиляторы, то есть новые процессоры уже не потребуют какой-либо оптимизации программного кода со стороны разработчиков, а сразу же могут предложить оптимальный уровень производительности. В результате такой важный показатель, как IPS (Instructions per Clock) должен возрасти на 40%. Интересно, сможем ли мы получить аналогичный прирост?
От теории к практике
А теперь давайте перейдем к рассмотрению тестового образца 14-нм процессора с микроархитектурой AMD Zen. На момент его рассмотрения утилита CPU-Z официально не поддерживала данных решений, поэтому для анализа данных мы использовали AIDA64, в которую поддержку AMD Zen добавили с версии .
Номинальная частота инженерного образца оказалась на уровне 3,3 ГГц. Вполне возможно, что в финальной версии частота немного увеличится (в пределах 100 МГц), но более существенного прироста ждать не стоит - все же 8 ядер и 16 потоков не могут работать на более высоких скоростях, сохраняя при этом 95-ваттный тепловой пакет. Кстати, именно использование энергоэффективного 14-нм техпроцесса FinFET LPP позволило достичь таких показателей. Для контраста вспомним, что у 22-нм 8-ядерного процессора базовая частота составляет 3,0 ГГц, а показатель TDP - 140 Вт.
Для охлаждения инженерного образца AMD Zen мы использовали кулер . Который способен справиться со 125-ваттными процессорами. Как видим, температура держалась на уровне 57°С. Критическое значение этого параметра для AMD Zen нам неизвестно, но сам процессор работал стабильно, без каких-либо ошибок.
Точную структуру кэш-памяти установить не удалось, поскольку CPU-Z пока еще не знает о существовании AMD Zen. Поэтому повторимся, что согласно предварительным данным, мы имеем 512 КБ кэш-памяти L2 на ядро и 8 МБ L3 на каждых четыре процессорных ядра. То есть общий объем кэша L3 достигает 16 МБ. Если продолжить сравнение с тем же Intel Core i7-5960X Extreme Edition, то видим двойной прирост кэш-памяти L2 (512 КБ против 256 КБ), но отставание по объему L3 (16 МБ против 20 МБ).
Встроенный контроллер оперативной памяти поддерживает работу с модулями стандарта DDR4-2400 МГц. Была информация, что в разгоне частота памяти может достигать DDR4-2933 МГц, но нам было запрещено проверять подобную теорию.
Интегрированной графики инженерный образец AMD Zen лишен. Не будет ее и в финальной версии. Однако уже в следующем году новое поколение APU обещают перевести на 14-нм микроархитектуру AMD Zen, добавив 14-нм iGPU серии AMD Polaris.
Тестирование
При тестировании использовался Стенд для тестирования Процессоров №2
| Материнские платы (AMD) | ASUS F1A75-V PRO (AMD A75, Socket FM1, DDR3, ATX), GIGABYTE GA-F2A75-D3H (AMD A75, Socket FM2, DDR3, ATX), ASUS SABERTOOTH 990FX (AMD 990FX, Socket AM3+, DDR3, ATX) |
| Материнские платы (AMD) | ASUS SABERTOOTH 990FX R2.0 (AMD 990FX, Socket AM3+, DDR3, ATX), ASRock Fatal1ty FM2A88X+ Killer (AMD A88X, Socket FM2+, DDR3, ATX) |
| Материнские платы (Intel) | ASUS P8Z77-V PRO/THUNDERBOLT (Intel Z77, Socket LGA1155, DDR3, ATX), ASUS P9X79 PRO (Intel X79, Socket LGA2011, DDR3, ATX), ASRock Z87M OC Formula (Intel Z87, Socket LGA1150, DDR3, mATX) |
| Материнские платы (Intel) | ASUS MAXIMUS VIII RANGER (Intel Z170, Socket LGA1151, DDR4, ATX) / ASRock Fatal1ty Z97X Killer (Intel Z97, Socket LGA1150, DDR3, mATX), ASUS RAMPAGE V EXTREME (Intel X99, Socket LGA2011-v3, DDR4, E-ATX) |
| Кулеры | Scythe Mugen 3 (Socket LGA1150/1155/1366, AMD Socket AM3+/FM1/ FM2/FM2+), ZALMAN CNPS12X (Socket LGA2011), Noctua NH-U14S (LGA2011-3) |
| Оперативная память | 2 х 4 ГБ DDR3-2400 TwinMOS TwiSTER 9DHCGN4B-HAWP, 4 x 4 ГБ DDR4-3000 Kingston HyperX Predator HX430C15PBK4/16 (Socket LGA2011-v3) |
| Видеокарта | AMD Radeon HD 7970 3 ГБ GDDR5, ASUS GeForce GTX 980 STRIX OC 4 GB GDDR5 (GPU-1178 МГц / RAM-1279 МГц) |
| Жесткий диск | Western Digital Caviar Blue WD10EALX (1 ТБ, SATA 6 Гбит/с, NCQ), Seagate Enterprise Capacity 3.5 HDD v4 (ST6000NM0024, 6 ТБ, SATA 6 Гбит/с) |
| Блок питания | Seasonic X-660, 660 Вт, Active PFC, 80 PLUS Gold, 120 мм fan |
| Операционная система | Microsoft Windows 8.1 64-bit |
Выберите с чем хотите сравнить AMD Zen Eng Sample
