Microarquitectura del procesador AMD de 5 nanómetros 2022
Zen 4 es el nombre de una microarquitectura de CPU diseñada por AMD , lanzada el 27 de septiembre de 2022. [4] [5] [6] Es el sucesor de Zen 3 y utiliza el proceso N6 de TSMC para matrices de E/S, el proceso N5 para CCD y el proceso N4 para APU. [7] Zen 4 impulsa los procesadores de escritorio de rendimiento Ryzen 7000 (nombre en código "Raphael"), las APU de escritorio convencionales de la serie Ryzen 8000G (nombre en código "Phoenix") y los procesadores HEDT y de estación de trabajo de la serie Ryzen Threadripper 7000 (nombre en código "Storm Peak"). También se utiliza en procesadores móviles extremos (nombre en código "Dragon Range"), procesadores móviles delgados y livianos (nombre en código "Phoenix" y "Hawk Point"), así como en procesadores de servidor EPYC 8004/9004 (nombre en código "Siena", "Genoa" y "Bergamo").
Al igual que su predecesor, Zen 4 en sus variantes Desktop Ryzen presenta uno o dos Core Complex Dies (CCD) construidos en el proceso de 5 nm de TSMC y un chip de E/S construido en 6 nm. [8] [9] Anteriormente, el chip de E/S en Zen 3 se construyó en el proceso de 14 nm de GlobalFoundries para EPYC y el proceso de 12 nm para Ryzen. El chip de E/S de Zen 4 incluye gráficos RDNA 2 integrados por primera vez en cualquier arquitectura Zen. Zen 4 marca la primera utilización del proceso de 5 nm para procesadores de escritorio basados en x86 y también marca el regreso de la frecuencia de reloj de 5.0 GHz a cualquier procesador AMD por primera vez desde el AMD FX-9590.
En todas las plataformas, Zen 4 solo admite memoria DDR5 y LPDDR5X en dispositivos móviles, y ya no admite DDR4 ni LPDDR4X . Además, Zen 4 admite los nuevos perfiles AMD EXPO SPD para que los fabricantes de RAM puedan realizar ajustes de memoria y overclocking más completos. A diferencia de XMP de Intel , EXPO se comercializa como un estándar abierto, sin licencia y sin regalías para describir los parámetros de los kits de memoria, como la frecuencia de funcionamiento, los tiempos y los voltajes. Permite codificar un conjunto más amplio de tiempos para lograr un mejor rendimiento y compatibilidad. Sin embargo, los perfiles de memoria XMP aún son compatibles. [10] EXPO también puede admitir procesadores Intel. [11]
Todos los procesadores de escritorio Zen 4 Ryzen cuentan con 28 líneas PCI Express 5.0 (24 utilizables + 4 reservadas) . Esto significa que una GPU discreta se puede conectar mediante 16 líneas PCIe o dos GPU mediante 8 líneas PCIe cada una. Además, ahora hay 2 interfaces PCIe de 4 líneas, que se utilizan con mayor frecuencia para dispositivos de almacenamiento M.2. Los fabricantes de placas base pueden configurar si las líneas que conectan las GPU en las ranuras mecánicas x16 se ejecutan como PCIe 4.0 o PCIe 5.0. Finalmente, 4 líneas PCIe 5.0 están reservadas para conectar el chip o chipset del puente sur.
Zen 4 es la primera microarquitectura de AMD que admite la extensión del conjunto de instrucciones AVX-512 . La mayoría de las instrucciones vectoriales de 512 bits se dividen en dos y las ejecutan las unidades de ejecución SIMD de 256 bits internamente. Las dos mitades se ejecutan en paralelo en un par de unidades de ejecución y aún se rastrean como un solo micro-OP (excepto para los almacenamientos), lo que significa que la latencia de ejecución no se duplica en comparación con las instrucciones vectoriales de 256 bits. Hay cuatro unidades de ejecución de 256 bits, lo que da un rendimiento máximo de dos instrucciones vectoriales de 512 bits por ciclo de reloj, por ejemplo, una multiplicación y una suma. El número máximo de instrucciones por ciclo de reloj se duplica para vectores de 256 bits o menos. Las unidades de carga y almacenamiento también son de 256 bits cada una, lo que conserva el rendimiento de hasta dos cargas de 256 bits o un almacenamiento por ciclo que era compatible con Zen 3. Esto se traduce en hasta una carga de 512 bits por ciclo o un almacenamiento de 512 bits por dos ciclos. [10] [12] [13]
Otras características y mejoras, en comparación con Zen 3 , incluyen: [10] [12]
El tamaño del búfer de destino de rama L1 (BTB) se incrementó en un 50 %, a 1500 entradas. Cada entrada ahora puede almacenar hasta dos destinos de rama, siempre que la primera rama sea una rama condicional y la segunda rama esté ubicada dentro de la misma línea de caché de 64 bytes alineada que la primera.
L2 BTB aumentó a 7K entradas.
Predictores de ramas directas e indirectas mejorados.
El tamaño de la caché de OP aumentó un 69 %, de 4K a 6,75K OP. La caché de OP ahora puede producir hasta 9 macro-OP por ciclo (en lugar de 6).
El archivo de registro de enteros se ha aumentado a 224 registros, el archivo de registro FP/vector se ha aumentado a 192 registros. El archivo de registro FP/vector se ha ampliado a 512 bits para admitir AVX-512. Se ha añadido un nuevo archivo de registro de máscara, capaz de almacenar 68 registros de máscara.
El tamaño de la cola de carga aumentó un 22%, a 88 cargas pendientes.
La caché L2 se duplica, de 512 KiB a 1 MiB por núcleo, asociativo de 8 vías.
IBRS automático, donde el modo de especulación restringida por ramificación indirecta se habilita y deshabilita automáticamente cuando el control entra y sale del Anillo 0 (modo kernel). Esto reduce el costo de las transiciones entre el modo usuario y el kernel.
Se admiten oficialmente velocidades de memoria de hasta DDR5-5200 y LPDDR5X-7500.
En los procesadores de escritorio Ryzen 7000 y los procesadores móviles Ryzen 7045HX, la GPU integrada contiene dos unidades de cómputo RDNA 2 que funcionan a hasta 2,2 GHz.
Admite hasta cuatro salidas de pantalla, incluidas interfaces HDMI 2.1 y DisplayPort 2 , [8] pero es posible conectar más pantallas con GPU discreta.
El 29 de agosto de 2022, AMD anunció cuatro procesadores de escritorio de la serie Ryzen 7000 basados en Zen 4. Los cuatro procesadores Ryzen 7000 que se lanzaron el 27 de septiembre de 2022 consisten en Ryzen 5 7600X, Ryzen 7 7700X y dos CPU Ryzen 9: 7900X y 7950X. Los procesadores cuentan con entre 6 y 16 núcleos. [15]
El 10 de enero de 2023 se añadieron tres modelos más a la línea de procesadores de escritorio Ryzen 7000, después de una presentación de AMD en el CES que los anunció junto con las variantes 3D V-Cache de los procesadores Ryzen 7 y Ryzen 9, que eliminan la X en el nombre de las primeras CPU de la línea. Estos tres modelos son Ryzen 5 7600, Ryzen 7 7700 y Ryzen 9 7900, que cuentan con un TDP más bajo de 65 W y vienen con refrigeradores de serie, a diferencia de los procesadores con sufijo X. [16] [17]
Los procesadores Ryzen 9 7900X3D y 7950X3D con 3D V-Cache se lanzaron el 28 de febrero de 2023, [18] seguidos por el Ryzen 7 7800X3D el 6 de abril. [19]
Características comunes de las CPU de escritorio Ryzen 7000:
Caché L1 : 64 KB (32 KB de datos + 32 KB de instrucciones) por núcleo.
Caché L2: 1 MB por núcleo.
Todas las CPU admiten 28 líneas PCIe 5.0 . 4 de las líneas están reservadas como enlace al chipset.
Incluye GPU RDNA 2 integrada en la matriz de E/S con 2 CU y velocidades de reloj de 400 MHz (base), 2,2 GHz (boost). [i] Los modelos con sufijos "F" no tienen iGPU.
Proceso de fabricación: TSMC N5 FinFET (N6 FinFET para la matriz de E/S).
^ ab Solo uno de los dos CCX tiene 64 MB adicionales de caché 3D V. [20] Solo el CCX sin caché 3D V podrá alcanzar las frecuencias de reloj máximas. El CCX con caché 3D V tendrá frecuencias de reloj más bajas. [21]
^ Fecha de lanzamiento para EE. UU., donde solo se vende a través de MicroCenter. [23] En Europa solo está disponible en Alemania y solo a través de MindFactory, que lo lanzó el 5 de septiembre de 2024. [24]
Fénix
Las APU de escritorio Phoenix se lanzaron el 8 de enero de 2024 como la serie "Ryzen 8000G" para el zócalo AM5 y se comercializaron como el primer procesador de escritorio que presenta un acelerador de IA dedicado con la marca "Ryzen AI". [26] [27]
El 1 de abril de 2024, AMD lanzó silenciosamente la serie Ryzen 8000 de procesadores de escritorio sin gráficos integrados. [28]
Características comunes de las CPU de escritorio Ryzen 8000:
Caché L1 : 64 KB (32 KB de datos + 32 KB de instrucciones) por núcleo.
Caché L2: 1 MB por núcleo.
Los modelos con núcleos Zen 4c (nombre en código Phoenix 2 ) admiten 14 carriles PCIe 4.0 , mientras que los modelos sin ellos admiten 20 carriles. 4 de los carriles están reservados como enlace al chipset.
^ Las GPU basadas en RDNA 3 tienen procesadores de flujo de doble emisión , de modo que se pueden ejecutar hasta dos instrucciones de sombreado por ciclo de reloj en determinadas condiciones de paralelismo .
^ Frecuencia base de los núcleos Zen 4 / Frecuencia base de los núcleos Zen 4c
^ Frecuencia de impulso de los núcleos Zen 4 / Frecuencia de impulso de los núcleos Zen 4c
Pico de la tormenta
Parte inferior de un AMD Ryzen Threadripper 7970X
Storm Peak es el nombre en clave dado a los procesadores de estación de trabajo Ryzen Threadripper 7000X HEDT y Ryzen Threadripper PRO 7000WX, anunciados por AMD el 19 de octubre de 2023 y lanzados el 21 de noviembre de 2023. La línea Threadripper 7000X HEDT consta de tres modelos que van desde 24 a 64 núcleos, mientras que la línea de estaciones de trabajo Threadripper PRO 7000WX abarca seis modelos que van desde 12 a 96 núcleos. [32]
Características comunes de las CPU HEDT/workstation Ryzen 7000:
Caché L1 : 64 KB (32 KB de datos + 32 KB de instrucciones) por núcleo.
Caché L2: 1 MB por núcleo.
Las CPU Threadripper admiten 48 líneas PCIe 5.0 y 24 líneas PCIe 4.0 , mientras que las CPU Threadripper PRO admiten 128 líneas PCIe 5.0. Además, todos los modelos de procesadores tienen 4 líneas PCIe 4.0 reservadas como enlace al chipset.
El 4 de enero de 2023, AMD anunció sus series Phoenix y Dragon Range de procesadores móviles basados en Zen 4 en el Consumer Electronics Show (CES) de 2023. Los procesadores Phoenix apuntan al segmento de portátiles convencionales, cuentan con un acelerador de IA denominado "Ryzen AI", similar al Neural Engine de Apple, y tienen un diseño de chip monolítico, mientras que los procesadores Dragon Range apuntan al segmento de gama alta, proporcionando recuentos de núcleos de hasta 16 núcleos y 32 subprocesos, y están construidos sobre un diseño de módulo multichip , utilizando una matriz de E/S y hasta dos matrices complejas de núcleo (CCD). [34] [35]
Fénix
Los procesadores móviles Phoenix se denominan serie "Ryzen 7040" e incluyen variantes con sufijo U, H y HS. [36]
Características comunes de las APU para portátiles Ryzen 7040:
Zócalo: FP7, FP7r2, FP8.
Todas las CPU admiten DDR5 -5600 o LPDDR5X -7500 en modo de doble canal .
Caché L1 : 64 KB (32 KB de datos + 32 KB de instrucciones) por núcleo.
^ Solo uno de los dos CCX tiene 64 MB adicionales de caché 3D V. Solo el CCX sin caché 3D V podrá alcanzar las frecuencias máximas de impulso. El CCX con caché 3D V tendrá frecuencias más bajas.
Punta del halcón
Hawk Point es una actualización de los procesadores móviles Phoenix, denominados series "Ryzen 8040" y "Ryzen 8045", lanzados el 6 de diciembre de 2023. Cuenta con una NPU un 60 % más rápida en comparación con la serie 7040. [39]
Características principales de las APU para portátiles Ryzen 8040:
Zen 4c es una variante de Zen 4 que presenta núcleos Zen 4 más pequeños con frecuencias de reloj más bajas, menor consumo de energía, caché L3 reducida por núcleo y está diseñado para adaptarse a una mayor cantidad de núcleos en un espacio determinado. Los núcleos más pequeños y la mayor cantidad de núcleos de Zen 4c están diseñados para cargas de trabajo con múltiples subprocesos , como la computación en la nube . [42] [43]
Un CCD Zen 4c cuenta con 16 núcleos Zen 4c más pequeños, divididos en dos complejos de núcleos (CCX) de 8 núcleos cada uno. [44] El CCD Zen 4c de 16 núcleos es un 9,6 % más grande en área que el CCD Zen 4 normal de 8 núcleos. [45] El tamaño de la matriz del CCD Zen 4c mide 72,7 mm2 en comparación con el área de matriz de 66,3 mm2 para el CCD Zen 4. Sin embargo, un núcleo Zen 4c individual tiene una huella más pequeña que un núcleo Zen 4, lo que significa que se puede colocar una mayor cantidad de núcleos más pequeños en el CCD. Un núcleo Zen 4c es aproximadamente un 35,4 % más pequeño que un núcleo Zen 4. [46] Además de la huella de núcleo reducida, el espacio de matriz se ahorra aún más en el CCD Zen 4c mediante el uso de celdas SRAM de puerto dual 6T más densas y una reducción general de la caché L3 a 16 MB por CCX de 8 núcleos. Los núcleos Zen 4c tienen cachés L1 y L2 del mismo tamaño que los núcleos Zen 4, pero el área de la matriz de caché en los núcleos Zen 4c es menor debido al uso de SRAM más densa y caché más lenta. [46] Las matrices de conexión a través de silicio (TSV), que se utilizan para el apilamiento de matrices verticales en los CCD Zen 4 3D V-Cache, se eliminan del CCD Zen 4c para ahorrar espacio de silicio. [47] Aunque el núcleo Zen 4c tiene una huella más pequeña, aún puede mantener el mismo IPC que el núcleo Zen 4 más grande. [48]
"Nuestro Zen 4c, es nuestra densidad compacta lo que se suma, es un nuevo carril para nuestra hoja de ruta de núcleos y ofrece la misma funcionalidad de Zen 4 en aproximadamente la mitad del área del núcleo". [47]
A diferencia de los núcleos Gracemont E de la competencia de Intel , Zen 4c cuenta con 2 subprocesos por núcleo con subprocesamiento múltiple simultáneo . [49] El IPC de un núcleo Zen 4c es más cercano al de un núcleo Zen 4 que el IPC de un núcleo Intel Gracemont E-core al de un núcleo P. [49] Además, Zen 4c admite los mismos conjuntos de instrucciones que Zen 4, como AVX-512, lo que no es el caso de los núcleos P y E de Intel. Los núcleos Gracemont E de Intel carecen de soporte para las instrucciones AVX-512 contenidas en los núcleos P Golden Cove. [50]
El núcleo Zen 4c se lanzó el 13 de junio de 2023 con tres SKU Epyc Bergamo: 9734, 9754 y 9754S. [51] El SKU 9754S presenta 128 núcleos Zen 4c pero solo 128 subprocesos en lugar de los 256 subprocesos completos, ya que el subprocesamiento múltiple simultáneo está deshabilitado. [52] Zen 4c se lanzó en procesadores de la serie Epyc 8004, con nombre en código "Siena", el 18 de septiembre de 2023. Con hasta 64 núcleos y 128 subprocesos, Siena está diseñado con una plataforma de menor costo en mente para servidores de nivel de entrada, computación de borde y segmentos de telecomunicaciones donde una mayor eficiencia energética es una prioridad. [53]
Zen 4c hizo su debut fuera de los procesadores de servidor en la serie Ryzen 7040U, con nombre en código "Phoenix 2", que se lanzó el 2 de noviembre de 2023. Los procesadores Ryzen 3 7440U y Ryzen 5 7545U cuentan con núcleos Zen 4 estándar y núcleos Zen 4c más pequeños. [54]
Referencias
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