Ryzen 7 1800X: la nuova rinascita di AMD nel mondo delle CPU

Con Zen, questo il nome in codice scelto per la propria nuova architettura di CPU, AMD concretizza il frutto di circa 4 anni di lavoro. Rispetto alle proposte di precedente generazione, che hanno avuto con i core della famiglia Excavator l'ultima evoluzione in termini di prestazioni e funzionalità, AMD ha optato per un radicale cambiamento nel design. Sono due le novità più significative di questa architettura ad una prima analisi: l'abbandono del design con 2 unità integer affiancate da una in virgola mobile condivisa, per tornare ad un approccio con unità integer e floating point affiancate, e l'integrazione del supporto al simultaneous multi threading che in questi anni abbiamo trovato nei processori Intel e conosciuto con il nome di HyperThreading.

die di processore AMD Ryzen 7

La prima caratteristica sana una delle principali critiche di cui era stata oggetto AMD con l'architettura di precedente generazione. In quel caso la volontà di semplificare il design così da guadagnare in efficienza aveva portato a un livello prestazionale insufficiente con quelle applicazioni che dipendono fortemente dalle unità di calcolo in virgola mobile, soprattutto nel confronto con le proposte Intel. Con le soluzioni Ryzen unità integer e in virgola mobile sono ora presenti nello stesso numero, con un migliore e più efficiente bilanciamento complessivo a prescindere dal tipo di dati che vengono elaborati.

Nel corso degli anni abbiamo avuto modo di apprezzare i benefici che ha introdotto la tecnologia HyperThreading nelle CPU Intel: ove presente permette di gestire un numero di threads paralleli che è pari al doppio dei core fisici integrati nel processore. AMD introduce con Zen il simultaneous multi threading con 2 threads gestiti in parallelo per ogni core, così come implementato da Intel nelle proprie CPU. Questo permette di ottenere un interessante incremento delle prestazioni velocistiche in quegli scenari d'uso che permettono di sfruttare un elevato numero di core contemporaneamente, andando oltre il numero fisico integrato nel processore.

Nel confronto con l'architettura di precedente generazione AMD è intervenuta su vari livelli, puntando a incrementare l'IPC e contestualmente mantenere i consumi sotto controllo. Alcuni esempi concreti delle innovazioni introdotte con l'architettura Zen riguardano:

• branch misprediction migliorata di 3 cicli di clock;
• migliore gestione della branch prediction, con 2 nuove branches per ogni entry della BTB;
• dispatch delle micro-op più ampio: da 4 a 6;
• scheduler delle istruzioni ampliato: da 48 a 84 istruzioni integer e da 60 a 96 per istruzioni in virgola mbile;
• retire più ampio, da 4 a 8 ops;
• FPU a 128bit di tipo quad issue;
• queues più ampie: 192 retire, 72 load e 44 store.

L'architettura delle cache è stata rivista, implementando 32Kb di cache L1 di tipo write back in abbinamento a 512 Kbytes di cache L2 per ogni core. I prefetcher delle cache L1 e L2 sono stati migliorati e in generale si è registrato un netto incremento della bandwidth delle due tipologie di cache, indicativamente secondo AMD raddoppiata rispetto all'architettura di precedente generazione.

Non manca una generale ottimizzazione della CPU in termini di contenimento dei consumi, uno degli elementi critici nell'architettura di precedente generazione rispetto alle proposte concorrenti di Intel. In questo senso il passaggio alla tecnologia produttiva a 14 nanometri, contro quella a 28 nanometri utilizzata per le precedenti CPU, ha permesso di ottenere notevoli benefici in termini di efficienza complessiva. Nelle CPU Ryzen AMD effettua monitoraggi su oltre 1.300 percorsi critici, utilizzando 48 sensori di monitoraggio ad elevata velocità, 20 diodi termici e 9 sistemi di monitoraggio della velocità.

AMD indica con il nome di CPU Complex o CCX un blocco di 4 core della famiglia Zen collegati ciascuno ad una partizione di cache L3. I processori con architettura a 4 core integrano quindi al proprio interno un CPU Complex, numero che sale a 2 per le declinazioni a 8 core come le CPU Ryzen 7 annunciate quest'oggi. L'approccio è ovviamente a scalare: nelle future declinazioni di processore per sistemi server, note con il nome in codice di Naples, troveremo infatti 8 CPU Complex nelle declinazioni a 32 core per socket.

La cache L3 abbinata ad ogni CPU Complex ha capacità di 8 Mbytes: è di tipo associativo a 16 vie ed è principalmente ad uso esclusivo della cache L2, costruita in 4 segmenti differenti ai quali ogni core può accedere con la stessa latenza media.

La tecnologia Precision Boost è il nome scelto da AMD per indicare la propria modalità Turbo, cioè la gestione dinamica della frequenza di clock della CPU in funzione del tipo di carico di lavoro eseguito. Opera attraverso oltre 1.000 sensori che verificano lo stato di funzionamento del processore, permettendo alla frequenza di incrementare quando i parametri di funzionamento vengono rispettati. Grazie alla tecnologia XFR è possibile per i processori Ryzen incrementare ulteriormente la frequenza di clock oltre la soglia di clock massima ancora di un massimo di 100 MHz, attraverso quella che AMD indica come modalità XFR. Di fatto si tratta di un ulteriore margine di incremento delle prestazioni, utile in ambito single threaded per ottenere qualcosa di più.