Zen: нова надія amd

Відео: AMD RYZEN - ZEN плюс, 48 Core, AMD Roadmap

За допомогою процесорів Zen компанія AMD хоче потіснити Intel. Завдяки оновленій архітектурі вони повинні робити обчислення швидше за конкурентів.

Коли ПК стали з`являтися в кожному будинку, навколо «серця» цього пристрою розгорнулося серйозне суперництво між компаніями Intel і AMD. Приблизно п`ять років тому AMD мимоволі випала з гонки, здійснивши, як з`ясувалося пізніше, помилковий перехід до архітектури Bulldozer. З тих пір у багатьох категорій користувачів немає вибору: при необхідності складання потужного ПК вони не можуть пройти повз процесорів Intel Core. Продуктивність цих чіпів знаходиться на вищому рівні. Однак тепер, завдяки своїй новій архітектурі Zen, компанія AMD повертається в змагання і «скорочує відрив» від процесорів Intel Core.


Це забезпечують два фактори. Перший - до сих пір процесори AMD відставали від суперників зі стану Intel за технологією виробництва. Компанія Globalfoundries, що займається випуском розроблених AMD чіпів, ще до самого недавнього часу виробляла процесори з розміром транзисторів 32 нанометра. Intel ж уже в 2012 році виробляв процесори за технологією 22 нм, а в наші дні - 14 нм. Кожен перехід до нової більш тонкої технології виробництва на ринку процесорів теоретично збільшує швидкодію приблизно на 40%. На практиці цієї цифри вдається домогтися далеко не завжди, проте корпорація Intel довгий час користувалася цією перевагою. Але його більше не існує: в цьому році компанія Globalfoundries також почала виробництво процесорів покоління 14 нм.



Другим фактором стало вміння вчитися на власних помилках: в 2013 році Ендрю Фельдман, в той час віце-президент AMD, заявив, що архітектура Bulldozer «стала повним провалом». Разом з нею компанія AMD розпрощалася з концепцією кількох повноцінних ядер в одному CPU і розділила процесор на модулі ядра. Подібний модуль складається з двох ядер, що виконують операції з цілими числами і спільно використовують один блок для обробки чисел з плаваючою комою. При цьому існує проблема: обидва ядра «борються» за ресурси блоку обробки чисел з плаваючою зайнятої, що призводить до зниження продуктивності, наприклад, в мультимедійних додатках.

Впроваджуючи архітектуру Zen, компанія AMD відмовляється від модульної концепції. Замість цього в кожному ядрі процесора Zen існує блок обробки цілих чисел і чисел з плаваючою комою. Крім того, AMD також впроваджує технологію симетричною многопоточности. Подібно ядер процесорів Core-i, ядра Zen здатні одночасно обробляти два потоки даних. AMD також адаптувала проміжну пам`ять, яка передає дані в ядро і приймає їх назад.

Обидва L1-кеша увелічіваются- кеш даних L1 зберігає дані за принципом зворотного запису. Його вміст не «Дзеркалу» в більш повільному L2-кеші (як в архітектурі Bulldozer), який служить тільки як резерв, якщо в кеші даних закінчується місце. Тут Bulldozer також мала проблему з продуктивністю, незважаючи на те, що обидва ядра одного модуля Bulldozer поділяв між собою L1-кеш.

Кеш інструкцій L1 (I-Cache) і L2-кеш у Zen вдвічі більше, ніж в процесорах Skylake. З цього випливає, що ядро Zen має рідше звертатися до самої повільної проміжної пам`яті L3. Однак тут AMD жертвує площею процесора, яку можна було б «інвестувати» в більше число обчислювальних блоків. При цьому, поданим AMD, час доступу до кеш L1 і L2 має суттєво зменшитися в порівнянні з Excavator - останнім поколінням архітектури Bulldozer. Кеш L3 доступний для всіх ядерно його обсяг (2 Мбайт на кожне ядро) точно такий же, як і в Skylake. Zen об`єднує чотири ядра в єдиний базовий модуль. До нього можуть підключатися або графічне ядро, або додаткові чотири ядра, що перетворює Zen в конкурента Skylake 6700 або Broadwell-E з вісьмома ядрами.






У виробництві процесорів компанія AMD орієнтується на важливий момент, реалізований в продукції Intel: мова йде про мікрокоманда. Довжини інструкцій, що надходять з I-кеша, більше довжин, які можуть обробляти обчислювальні пристрої. Декодер повинен перетворювати їх в більш короткі мікрокоманд. AMD вперше застосувала кеш микроопераций, в якому зберігаються вже декодувати мікрокоманди- Intel реалізує подібну архітектуру починаючи з Sandy Bridge. Якщо ці мікрокоманд з поліпшеною системи передбачення переходу потрібні повторно, то вони не піддаються знову процесу декодування, а негайно надходять в чергу мікрооперацій. Дана чергу забезпечує обидва обчислювальних пристрої окремо. У кожному такті вона забезпечує їх шістьма операціями, причому чотири з них можуть «завантажувати» пристрій обробки чисел з плаваючою комою. Як і Skylake, Zen виконує прості команди зсуву, такі як MOV, вже при перейменуванні регістрів.


Найбільший недолік процесорів Zen складається в пристроях обробки чисел з плаваючою комою. Вони можуть обробляти інсгрукціі довжиною лише 128 біт. Довжина впроваджених компанією Intel AVX2-команд становить 256 біт, таким чином Zen повинен розділяти їх на два блоки, a Skylake - немає. В ході тестування фахівці AMD продемонстрували, що восьміядерний процесор Zen з однаковою тактовою частотою є таким же швидким, як і Broadwell-E. Точно ми дізнаємося про це в січні, коли AMD представить нові процесори. AMD вже здійснила перехід на новий роз`єм AM4. Це супроводжується і переходом на DDR4-RAM.





Новий процесор AMD став результатом роботи над помилками: в ньому виправлені недоліки попередника (Bulldozer) і реалізовані хороші ідеї архітектури Intel Core i (наприклад, кеш микроопераций). Багато інновації спрямовані на скорочення відставання від лідера ринку, компанії Intel, в області однопоточному продуктивності.



Процесор Zen складається з 4 ядер і їх проміжних запам`ятовуючих пристроїв. У той час як L2-кеши завжди взаємодіють тільки з відповідними ядрами, кеш L3 здійснює обмін даними між ядрами. До чотирьох ядер можна «підключити» додатковий модуль ядер або графічний модуль.





введення
Після завантаження (1) здійснюється декодування команд в мікрокоманд для передачі їх в обчислювальні пристрої. Нова пам`ять для часто використовуваних микрокоманд (2) діє в обхід декодера і прискорює завантаження.

обчислення
В ядрі Zen працюють два повноцінних обчислювальних пристрої для операцій з цілим числами і числами з плаваючою комою (3). Черга відставки (4) може обробляти вдвічі більше попередньо розрахованих результатів протягом такту, ніж Intel Core i.

висновок
Поряд з кешем даних AMD збільшила черги (5), які беруть розрахунок адреси для операцій завантаження і збереження.



Велика і швидка кеш-пам`ять забезпечує даними CPU Zen і конкурує з концепцією пам`яті Intel. В архітектурі Bulldozer два ядра ділять між собою один модуль L1-кеш, мала асоціативність якого часто вимагає звернення до повільної пам`яті L2.