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Old 06-03-2017, 14:20   #2
capitan_crasy
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Caratteristiche Architettura AMD ZEN

Architettura Zen2 7nm

(Articolo di Hwupgrade del 11.07.2019)

AMD ha annunciato al Computex di Taipei la propria gamma di processori Ryzen 3000, con 5 modelli delle famiglie Ryzen 9, Ryzen 7 e Ryzen 5 che saranno in vendita a partire dal 7 luglio. La data non è stata scelta a caso: 7/7 per rimandare alla tecnologia produttiva a 7 nanometri che è al centro di questi prodotti. Quest'oggi, nel giorno che precede l'apertura ufficiale dell'E3 di Los Angeles, AMD annuncia una sesta CPU della famiglia Ryzen 3000 che sarà disponibile però dal mese di settembre.

Si tratta del modello Ryzen 9 3950X, che porta il numero totale di core a 16 con 32 threads che possono operare in parallelo: questo risultato è stato ottenuto implementando due distinti die Zen 2 con tutti gli 8 core abilitati in ciascuno. La cache totale sale a 72MB, con frequenze di clock che partono da un valore base di 3,5 GHz e arrivano sino a 4,7 GHz quale dato boost. Tutto questo è stato ottenuto mantenendo il TDP entro il valore di 105 Watt che è lo stesso della CPU Ryzen 9 3900X, dotata al proprio interno di 12 core e di frequenze di clock di fatto comparabili a quelle della CPU Ryzen 9 3950X.



Vedremo questo processore al debutto nel corso del mese di settembre, quindi 2 mesi dopo il debutto delle prime CPU Ryzen 3000: il prezzo comunicato da AMD è di 749 dollari.

AMD presenterà dal 7 luglio anche due processori Ryzen 3000 dotati di GPU Vega integrata. Si tratta di proposte basate su architettura Zen+, costruite con tecnologia produttiva a 12 nanometri e che quindi non implementano quanto AMD ha inserito all'interno delle CPU Ryzen 3000 basate su architettura Zen 2.



La versione Ryzen 5 3400G implementa metal TIM come le altre versioni di CPU Ryzen 3000 senza GPU integrata. Sono aumentate le frequenze di clock soprattutto per la componente GPU integrata, per un impatto sulle prestazioni quantificabile in media nel 10% grazie anche alla superiore frequenza di clock della memoria raggiungibile in overclock.

I processori Ryzen 3000 con architettura Zen 2 implementano un controller memoria rinnovato, sempre di tipo DDR4 dual channel. La frequenza di clock massima certificata è pari a 3.200 MHz, con la possibilità di spingersi oltre con relativa facilità ottenendo frequenze ben più elevate di quanto non fosse possibile con i processori di precedente generazione. Spingendosi oltre la frequenza di clock di 3.733 MHz per la memoria di sistema il processore passa automaticamente ad utilizzare un divisore 2:1 per la frequenza di clock della tecnologia Infinity Fabric, contro quello 1:1 adottato fino a 3.733 MHz di clock della memoria. Questo porta ad un lieve incremento della latenza di accesso, che può essere in parte mitigato aumentando la frequenza di clock mantenendo invariati per quanto possibile i timings di accesso della memoria. AMD indica come le memorie DDR4-3600 rappresentino al momento attuale la scelta preferibile per i processori Zen 2, in virtù del costo ridotto e della disponibilità di moduli con valori di latenza contenuta (CL16).

In termini di overclock della memoria AMD ha indicato come sia possibile ottenere con relativa facilità un funzionamento stabile sino alla frequenza di clock di 4.200 MHz per le memorie DDR4 abbinate a CPU Ryzen 3000, ovviamente a condizione di servirsi di memorie certificate per questa frequenza. In overclock spinto è stato sino ad ora raggiunto un tetto massimo di 5.100 MHz di clock.



AMD ha fornito alcune indicazioni sulle prestazioni velocistiche attese dai vari modelli di CPU Ryzen 3000 a confronto con le proposte concorrenti Intel della famiglia Core. Interessante notare come il primo dato sia quello della metrica più sfavorevole alle proposte Ryzen di precedente generazione, cioè il dato con applicazioni single threaded. Utilizzando il test a singola CPU del benchmark Cinebench R20 emerge il netto balzo in avanti ottenuto in questo ambito, figlio sia delle innovazioni a livello di architettura rispetto a quanto offerto da quella Zen+ del processore Ryzen 7 2700X, sia della superiore frequenza di clock ottenibile grazie alla tecnologia a 7 nanometri.



Il primo confronto è quello tra processore AMD Rysen 9 3900X con architettura a 12 core e il modello Intel Core i9 9900K, con architettura a 8 core e costo comparabile. Con una serie di giochi, alla risoluzione di 1920x1080 pixel, la proposta AMD è di fatto allineata a quella Intel riuscendo a fare di meglio in alcuni casi e venendo superata in altri: in generale si evidenzia un maggiore allineamento rispetto a quanto ottenibile in passato con le proposte Zen e Zen+.




Passando ad applicazioni multithreaded la forza dei 12 core si fa nettamente sentire, con prestazioni che sono superiori a quelle offerte dal processore Intel. Non solo: la tecnologia a 7 nanometri permette di registrare un consumo complessivo del sistema inferiore, pur con prestazioni più elevate in ambito multithreaded.



Il secondo confronto è ta CPU Ryzen 7 3800X, con architettura a 8 core, e modello Intel Core i7 9700K sempre a 8 core ma senza tecnologia HyperThreading. Anche in questo caso le prestazioni tra i due processori sono molto vicine, con un lieve margine di vantaggio medio per la soluzione Intel ma con quella AMD che mostra valori ben più elevati rispetto a quelli delle proposte di precedente generazione.




Anche in questo caso lo scenario di utilizzo multithreaded vede la CPU Ryzen 7 3800X avantaggiata in modo netto, in grado inoltre di far registrare un valore di consumo del sistema solo leggermente superiore pur a fronte di prestazioni ben più elevate.



A chiudere il confronto troviamo la CPU Ryzen 5 3600X, con architettura a 6 core, a confronto con il modello Intel Core i5-9600K con lo stesso numero di core ma sprovvisto di supporto alla tecnologia HyperThreading. Anche in questo caso il comportamento dei due processori è di fatto pressoché coincidente in media, ad evidenziare i passi in avanti fatti da AMD con il core Zen 2 in ambiti di elaborazione che non sono multithreaded.




Rimane il forte divario a favore della CPU AMD in ambito multitasking, con il processore Ryzen 5 3600X che sfrutta la sua capacità di gestire ben 12 threads in parallelo, mentre il consumo superiore della CPU AMD è compensato proprio dal passo in avanti in termini di superiore velocità nelle elaborazioni dei dati.

AMD ha lavorato negli ultimi mesi in stretta collaborazione con Microsoft per ottimizzare il funzionamento del sistema operativo Windows 10 alla luce delle caratteristiche tecniche delle CPU Ryzen. Il sistema operativo, nell'aggiornamento di Maggio 2019, implementa una migliore gestione dei threads dei processori facendo in modo che i threads siano inviati ad un singolo CCX che deve essere saturato nelle sue risorse prima che altri threads vengano processati dagli altri CCX. Microsoft ha inoltre implementato una migliore gestione del clock ramping, con un passaggio dai 30 millisecondi richiesti per il passaggio alla frequenza di clock superiore a un dato compreso tra 1 e 2 millisecondi ottenuto con l'aggiornamento dell'OS. Queste novità hanno permesso di ottenere un boost prestazionale quantificato nel 15% con Rocket League alla risoluzione Full HD con impostazioni qualitative low, oppure un +6% nella velocità di avvio delle applicazioni misurata con il benchmark PCMark 10.

Quali sono le innovazioni architetturali implementate in Zen 2 che hanno permesso ad AMD un aumento medio dell'IPC pari al 15%, nel passaggio da Zen a Zen 2? Le novità sono diverse e possiamo riassumerle nei seguenti elementi:
  • ottimizzazione della microarchitettura;
  • incrementi nelle dimensioni delle cache, soprattutto quella L3;
  • implementazione del design basato su chiplets;
  • vantaggi in termini di consumi e frequenza di clock ottenuti con la tecnologia produttiva a 7 nanometri.

A livello microarchitettuale, con Zen 2 AMD ha introdotto due unità di calcolo in virgola mobile raddoppiando di fatto le prestazioni complessive e implementando un nuovo supporto AVX-256. Il branch predictor è stato rivisto e ottimizzato nel funzionamento, mentre le 4 integer units adottano uno spazio di rename ampliato con 180 registri implementando 3 AGU, address generation unts, contro le 2 presenti in Zen e Zen+. Tutto questo ha portato ad un miglioramento di circa il 30% dei mispredict, cioè delle operazioni di predizioni errate generate dal branch predictor nel suo funzionamento. Ulteriori ottimizzazioni sono state implementate nella gestione del load/store, con un incremento della coda di entry sino a 48 contro le 44 precedenti, miglioramenti nelle latenze della cache L2, un aumento della bandwidth di load/store da 16B/clk a 32B/clk.

La cache L3 integrata nei processori è raddoppiata, arrivando a toccare i 64MB della CPU Ryzen 9 3950X che implementa al proprio interno ben 16 core, dato condiviso con il modello Ryzen 9 3900X che al pari della soluzione a 16 core integra due die ciascuno dotato al proprio interno di 8 core e di 32MB di cache L3. L'aumento della dimensione della cache L3 porta un incremento della latenza, ma si tratta di una dinamica naturale in questi casi; d'altro canto una cache più grande permette di avere una minore dipendenza delle prestazioni dal sottosistema memoria, che in ogni caso è stato migliorato con frequenze di clock della memoria più elevate. Ogni core implementa 512 Kbytes di cache L2 esclusiva, assieme ad una partizione da 4MB di cache L3 che è condivisa con gli altri core a livello di CCX o Core Complex; ogni core è inoltre dotato di cache per le istruzioni da 32k a 8 vie e medesima cache L1 per i dati. Le TLBs gestiscono 64 entries per la cache L1 per istruzioni e dati, mentre la cache L2 512 istruzioni e 2000 dati.

Tra le novità a livello microarchitetturale è da segnalare che le CPU Zen 2 implementano varie migliorie in termini di gestione della sicurezza, con integrazione a livello hardware dei fix per vulnerabilità Spectre e Speculative Store Bypass che erano state corrette nelle CPU Zen e Zen+ con fix nel sistema operativo e aggiornamenti del firmware delle CPU.

I processori Zen 2 implementano un nuovo design di tipo multichip, che vede affiancati i core Zen 2 e il chip dedicato all'I/O con un design a chiplets. La scelta di questo tipo di design permette di sfruttare la migliore tecnologia produttiva a seconda del tipo di prodotto: è adottata quella a 7nm per i core Zen 2, mentre per il chip di I/O il processo produttivo utilizzato è quello a 12nm. Questo design permette di integrare nei processori Ryzen 3000 sino a 2 distinti die, presenti nelle versioni Ryzen 9 3900X e Ryzen 9 39050X rispettivamente a 12 e 16 core. Per gli altri modelli AMD implementa un singolo die Zen 2, in quanto dotato al proprio interno come massimo di 8 core.

Si tratta dello stesso tipo di approccio utilizzato per la seconda generazione di processori della famiglia EPYC, basati per l'appunto su architettura Zen 2 e attesi al debutto nel corso del terzo trimestre dell'anno. Per queste CPU AMD prevede versioni che integreranno sino a 8 die Zen 2, così da offrire ben 64 cores su un singolo socket. Cuore di questo design è l'utilizzo di Infinity Fabric di seconda generazione, alla quale si devono le comunicazioni tra i diversi componenti.

Il passaggio a tecnologia produttiva a 7 nanometri ha permesso non solo di incrementare le frequenze di clock massime, ma anche di contenere i consumi a pieno carico rispetto a quanto ottenibile con i processori Zen+. Il miglioramento dell'efficienza di funzionamento è uno degli elementi cardine delle CPU Ryzen 3000 ed è stato ottenuto da AMD in controtendenza rispetto alla dinamica alla quale si assiste in genere con l'utilizzo di una tecnologia produttiva più sofisticata. E' tipico, in questo caso, osservare una riduzione delle frequenze di clock o al limite un loro mantenimento in quanto gli shrink di tecnologia produttiva hanno storicamente sempre portato ad una riduzione della tensione di alimentazione massima applicabile alla CPU: la riduzione del voltaggio limita il raggiungimento di frequenze di clock più elevate ma questo non si è verificato con Zen 2, che raggiunge in condizioni d'uso normali un picco massimo di 4.600 MHz contro i 4.350 MHz delle soluzioni Zen+ e i 4.100 MHz di quelle Zen.

C'è spazio anche per guardare al futuro, con una roadmap che certifica i piani di sviluppo dei prossimi anni. AMD conferma che l'architettura Zen 3, basata su tecnologia produttiva 7nm+, è al momento attuale on track quindi allineata alle tempistiche interne indicate dalla roadamp di sviluppo futuro. Non solo: è confermato che dopo Zen 3 avremo core Zen 4 che al momento sono nella fase di design interno. Non sono trapelate informazioni a riguardo ma pare possibile che con Zen 3 AMD possa mantenere lo stesso socket AM4 adottato per le proposte Zen, Zen+ e Zen 2 sempre presentando accanto alle future nuove CPU anche nuovi chipset in grado di sfruttarne al meglio le peculiarità architetturali.

Architettura Zen

(articolo di Hwupgrade del 02.03.2017)

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.

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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.

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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.

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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.

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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.


AMD Ryzen 5 2400G e Ryzen 3 2200G

(Articolo di Hwupgrade del 12/02/2018)

Raven Ridge è il nome in codice con il quale AMD identifica le versioni di processore Ryzen dotate di GPU integrata. Rese inizialmente disponibili nell'autunno in varianti destinate ai sistemi notebook, le CPU Raven Ridge sono da oggi in vendita anche in declinazioni per sistemi desktop con i due modelli Ryzen 5 2400G e Ryzen 3 2200G.

Non facciamoci trarre in inganno dalla sigla numerica utilizzata: i processori Raven Ridge per sistemi desktop non sono basati sulla nuova generazione di architettura Zen che AMD renderà disponibile nei sistemi desktop a partire dal mese di aprile. Detto in altro modo, questi processori sono costruiti con tecnologia produttiva a 14 nanometri e non con quella a 12 nanometri attesa per le nuove generazioni di processore Ryzen.

La scelta di AMD di utilizzare la sigla 2000 al posto della precedente 1000 è stata fatta per meglio identificare questi processori nella gamma di prodotti, rimarcando come si tratti di modelli che vantano caratteristiche tecniche specifiche differenti da quelle delle altre proposte Ryzen già in vendita. A rimarcare questo anche la lettera G aggiunta in coda al nome, ad indicare la presenza di una GPU integrata.

L'annuncio odierno è molto importante per AMD, in quanto ora l'azienda può offrire una realmente completa gamma di soluzioni per i sistemi desktop che vanno dai modelli più economici con scheda video integrata sino alle proposte di vertice destinate ai sistemi per gli enthusiast più esigenti. I nuovi processori della famiglia Raven Ridge sono per AMD fondamentali nelle relazioni con i grandi clienti OEM, che necessitano di GPU integrata per sviluppare i propri sistemi desktop destinati al segmento di fascia più bassa del mercato: se questo avviene garantendo prestazioni elevate per la componente video tanto meglio.

Nella tabella seguente abbiamo riportato le specifiche tecniche di tutte le versioni di processore Ryzen in commercio, comprese le declinazioni Ryzen Threadripper destinate a sistemi HEDT e che utilizzano un differente socket rispetto ai processori Ryzen 7, Ryzen 5 e Ryzen 3.

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Il processore Ryzen 5 2400G vanta specifiche tecniche molto simili a quelle della CPU Ryzen 5 1400, con la quale condivide il listino ufficiale di 169 dollari. Le frequenze di clock della nuova CPU sono leggermente superiori, compensando la cache L3 che è dimezzata in 4MB. Dinamica simile per il processore Ryzen 3 2200G nel confronto con il modello Ryzen 3 1200: in questo caso il costo è inferiore di 10 dollari, con frequenze di clock superiori e cache L3 sempre dimezzata in 4MB. AMD ha chiaramente indicato come i due nuovi processori Raven Ridge andranno di fatto a prendere il posto delle due corrispondenti versioni della famiglia 1000, destinate ad una rapida uscita dai listini.

Le due CPU Ryzen 5 2400G e Ryzen 3 2200G condividono l'architettura di base, che prevede un singolo CCX: questo nome è quello che indica un modulo Zen, dotato al proprio interno di 4 core e di un quantitativo di cache L3 pari a 4 Mbytes. I processori Ryzen della serie 1000 sono tutti dotati di due moduli CCX al proprio interno: il numero totale di core a disposizione, 4, 6 oppure 8, viene ottenuto sfruttando tutti i core a disposizione oppure disabilitandone 1 o 2 per ogni CCX a seconda che la CPU abbia 6 oppure 4 core. La scelta di un design con singolo CCX implica un quantitativo di cache di 4 Mbytes, ma permette di ridurre la latenza complessiva evitando il trasferimento di dati tra i due CCX oltre che rendere accessibili frequenze di clock superiori a parità di tecnologia produttiva.

La presenza di una GPU nel processore Raven Ridge richiede di avere memoria di sistema in grado di offrire la più elevata bandwidth possibile: la GPU, infatti, non ha memoria video dedicata e utilizza quella di sistema per le proprie elaborazioni. Da questo deriva la scelta di AMD di certificare queste due nuove CPU per operare anche con memoria DDR4-2933, spingendosi oltre il limite di 2.666 MHz delle altre versioni di processore Ryzen.

L'architettura della GPU integrata in questi processori è quella della famiglia Vega: si tratta quindi di GPU che integrano lo stesso tipo di stream processors e di architettura base delle soluzioni desktop Radeon RX Vega 56 e Radeon RX Vega 64, ovviamente con una semplificazione generale a motivo dei vincoli di dimensioni e consumi. In questo caso parliamo di GPU "Vega 11", contro quella "Vega 10" adottata nelle proposte desktop: per il processore Ryzen 5 2400G la GPU è dotata di 11 compute units al proprio interno, che scendono a 8 nel modello Ryzen 3 2200G.

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Il numero di stream processors integrati nelle due GPU è mediamente elevato, in considerazione del loro essere integrate all'interno del die del processore. La frequenza di clock indicata da AMD è quella massima che la GPU può raggiungere nel momento in cui vi sono le condizioni d'uso ideali tra carico di lavoro e dissipazione termica.

Il controller PCI Express Gen 3.0 integrato in questi processori permette di utilizzare, a discrezione dell'utente, una scheda video dedicata al posto di quella integrata. AMD ha scelto di fornire supporto massimo a 8 linee PCI Express per la scheda video, approccio che semplifica il design riducendo i costi di produzione e che di fatto non ha impatti sulle prestazioni con giochi.

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L'architettura in schemi delle CPU Raven Ridge vede la presenza dei due blocchi CPU e GPU, affiancati da controller memoria DDR4 dual channel, dall'I/O System Hub, dal Multimedia Engine e dal Display Engine. Tutti questi componenti sono collegati tra di loro attraverso Infinite Fabric, nome che identifica l'interfaccia proprietaria di AMD introdotta proprio con i primi processori basati su architettura Zen. Il controller I/O integrato può gestire sino a 4 connessioni USB 3.1 Gen2, una di tipo USB 3.1 Gen1 e una USB 2.0. Oltre alle 8 linee destinate ad una scheda video discreta il controller PCI Express Gen 3 integrato offre anche supporto a 8 altre linee PCI Express, utili per il collegamento di soluzioni di stroage NVMe, schede di rete Wi-Fi, connessioni ethernet e altre tipologie di dispositivi. L'abbinamento con il chipset della scheda madre richiede che 4 di queste 8 linee vengano utilizzate per il collegamento tra processore e chipset


Ryzen (+) di seconda generazione

(Articolo di Hwupgrade del 19/04/2018)

Il 2017 verrà ricordato dai più appassionati come l'anno caratterizzato dal debutto di un gran numero di nuove famiglie di processori, con una pressoché completa trasformazione dello scenario di mercato. Nel corso del mese di marzo è stata AMD a dare il via ad una serie quasi infinita di annunci con le prime versioni di processore Ryzen 7, nome che caratterizzava le proposte di nuova generazione basate su architettura Zen attese sul mercato da molto tempo. La risposta è stata a dir poco positiva, grazie anche al rilascio nei mesi successivi dei modelli Ryzen 5 e Ryzen 3 che hanno completato la gamma di soluzioni nell'intervallo di prezzo compreso tra 100 e 500 dollari.

Nel corso dell'estate AMD ha presentato i processori Ryzen Threadripper, modelli che abbinano due die Zen sullo stesso package offrendo sino a 16 core nella versione più potente. Questi processori, abbinati a specifiche schede madri, sono stati posizionati da AMD a diretta concorrenza con le proposte Intel di fascia HEDT, High-End Desktop, riportando il brand americano in un segmento di mercato che per molti anni l'ha vista completamente assente.

Intel ha dovuto rispondere velocemente a questa avanzata di AMD, con una strategia a due fasi. La prima ha visto il debutto dei processori Core-X, nuove proposte del segmento HEDT che hanno raggiunto nella proposta top di gamma un massimo di ben 18 core integrati in un singolo socket. In seguito, all'inizio del mese di ottobre, è stata la volta dei processori Core della famiglia Coffee Lake con i quali Intel ha offerto declinazioni sino a 6 core anche nel segmento delle proposte di fascia mainstream. La gamma di queste proposte è stata recentemente espansa da Intel con nuovi modelli destinati a sistemi desktop, affiancati da altri pensati per le proposte mobile.

Quest'oggi AMD annuncia ufficialmente la nuova gamma Ryzen per sistemi desktop, con proposte identificate dalla sigla 2000: l'azienda ha già utilizzato questa indicazione numerica per le due proposte dotate di GPU integrata della famiglia Vega presentate a inizio 2018, modelli Ryzen 5 2400G e Ryzen 3 2200G, ma in questo caso le nuove CPU utilizzano un'architettura aggiornata indicata con il nome di Zen +. Le caratteristiche base rimangono invariate, mentre cambia la tecnologia produttiva che passa a 12 nanometri contro i 14 nanometri delle proposte Ryzen della serie 1000; non mancano vari affinamenti che permettono di ottenere un incremento prestazionale a parità di parametri di funzionamento.

Nella tabella sottostante sono raccolte le specifiche tecniche delle 4 nuove CPU proposte da AMD quest'oggi: due sono della famiglia Ryzen 7 mentre le restanti appartengono a quella Ryzen 5.

(Clicca qui per visualizzare l'immagine)

Notiamo immediatamente come AMD abbia scelto, per la propria nuova proposta top di gamma, il nome Ryzen 7 2700X e non quello Ryzen 7 2800X che ci si sarebbe aspettati osservando i nomi dei processori di precedente generazione. Non sappiamo se questa scelta sia stata fatta per lasciare spazio ad una futura versione più potente, oppure se la volontà di AMD sia quella di semplificare la gamma di prodotti con un numero inferiore di processori: quello che possiamo sin d'ora affermare è che la nuova proposta è più veloce del precedente top di gamma a prescindere dal nome. Il modello Ryzen 7 2700 riprende le stesse caratteristiche tecniche di base della CPU 2700X con una riduzione dei consumi, ottenuta attraverso un contenimento delle frequenze di clock. La proposta Ryzen 5 2600X propone architettura a 6 core, con un aumento delle frequenze di clock rispetto al modello Ryzen 5 1600X di precedente generazione; dinamica speculare quella della proposta Ryzen 5 2600, con un contenimento dei consumi frutto di frequenze di clock più conservative.

AMD è intervenuta, grazie alla nuova tecnologia produttiva, incrementando le prestazioni con un aumento delle frequenze di clock e migliorando le latenze di accesso alle differenti cache integrate nel processore. Tutto questo, come vedremo a breve, può essere riassunto nel termine evoluzione che ben caratterizza i nuovi processori Ryzen rispetto ai modelli che li hanno preceduti.

Architettura: cosa c'è di nuovo

Come segnalato, i nuovi processori AMD Ryzen di seconda generazione adottano architettura indicata con il nome di Zen+. La principale novità è data dall'adozione di tecnologia produttiva a 12 nanometri, grazie alla quale è stato possibile incrementare le frequenze di clock mantenendo di fatto invariato il livello di consumo indicato dal TDP. L'unica eccezione è rappresentata dal modello Ryzen 7 2700X che vanta un TDP di 105 Watt, in aumento di 10 Watt rispetto a quello del modello Ryzen 7 1800X di precedente generazione.

La nuova tecnologia produttiva ha permesso di migliorare le latenze delle differenti cache integrate nel processore, secondo questo schema:

cache L1: latenza ridotta di circa il 13%
cache L2: latenza ridotta di circa il 34%
cache L3: latenza ridotta di circa il 16%

Anche il controller memoria integrato ne ha beneficiato, con una riduzione della latenza che AMD quantifica in circa l'11%. Tutto questo ha permesso di ottenere un aumento dell'IPC, cioè del numero di istruzioni per ciclo di clock processabili dalla CPU, di circa il 3% rispetto all'architettura Zen di precedente generazione. Il controller memoria DDR4 rimane di tipo dual channel ma implementa ora supporto ufficiale allo standard DDR4-2933.

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Le rilevazioni della latenza di cache e memoria effettuate con l'utility AIDA64 evidenziano le migliorie introdotte da AMD con la seconda generazione di processori Ryzen soprattutto per quanto riguarda la latenza della cache L2. La prima iniziale implementazione dell'architettura Zen ha sempre visto quale elemento di debolezza proprio la latenza delle cache, con ripercussioni su quelle applicazioni che dipendono fortemente da questo parametro come ad esempio molto spesso i videogiochi. E' quindi lecito attendersi significative migliorie prestazionali proprio in quegli ambiti che dipendono fortemente dalla latenza di memoria e cache.

L'adozione di tecnologia produttiva a 12 nanometri ha permesso ad AMD di ottenere, a parità di numero di core integrati, un aumento delle frequenze di clock di circa 250 MHz con una riduzione della tensione di alimentazione core di 50mV rispetto a quanto richiesto con processo a 14 nanometri. Non solo: ne beneficia l'overclock finale, con la possibilità di gestire valori superiori a 4 GHz in modo stabile sfruttando tutti i core a disposizione a pieno carico.

(Clicca qui per visualizzare l'immagine)

Impostando la stessa frequenza di clock, pari a 3,7 GHz e fissa per tutti i core tanto in idle come a pieno carico, emerge un lieve margine di vantaggio della proposta Ryzen 7 2700X rispetto a quella Ryzen 7 1800X di prima generazione: questo risultato è merito della nuova tecnologia produttiva a 12 nanometri, che più che una riduzione dei consumi apre spazio alle superiori frequenze di clock di cui sono capaci i processori Ryzen di seconda generazione.

Le innovazioni a livello architetturale hanno permesso di ottenere, con le CPU Zen di seconda generazione, una migliore scalabilità della frequenza di clock della tecnologia Turbo nel momento in cui vengono occupati più core contemporaneamente. Con le CPU Ryzen di prima generazione il valore di boost clock raggiungeva valori elevati solo con un ridotto numero di core occupato, mentre con le proposte di seconda generazione si registra una migliore scalabilità complessiva con prestazioni che quindi rimangono ben più elevate dei predecessori sia quando di sfruttano tutti i core in parallelo, sia quando ne si utilizza solo una parte.

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La tecnologia Precision Boost 2 opera quindi in modo più efficiente nei processori Ryzen di seconda generazione, contribuendo in misura marcata all'aumento delle prestazioni complessive: dal grafico, ottenuto misurando la frequenza di clock del processore all'aumentare del numero di core utilizzati, notiamo come con le CPU Ryzen 7 2700X la frequenza tenda a diminuire in mood lineare al crescere del numero di core utilizzati dal processore. Al contrario, con il modello Ryzen 7 1800X di prima generazione quello che si ottiene è un brusco salto del clock nel momento in cui il numero di core sfruttati dal sistema supera i due. Notiamo inoltre come, se le condizioni termiche e di alimentazione lo permettano, la CPU Ryzen 7 2700X si spinga su una frequenza stabile con tutti i core occupati che è superiore a quella massima di default di 300 MHz contro i 100 MHz di incremento ottenuto in condizioni identiche dalla CPU Ryzen 7 1800X.

Non manca infine il contributo della tecnologia XFR2, Extended Frequency Range 2, che spinge ulteriormente in alto la frequenza di clock oltre quanto accessibile con Precision Boost 2 nel momento in cui le condizioni di funzionamento lo permettano. Il processore continua a monitorare in tempo reale specifiche e parametri di funzionamento, permettendo un aumento della frequenza di clock quando le condizioni lo consentano, ma l'intervento è ora praticato non solo quando un singolo core è utilizzato ma indipendentemente dal numero di core in uso, esattamente come avviene con la tecnologia Precision Boost 2. In questo modo è possibile ottenere un diretto beneficio prestazionale quando il processore viene raffreddato con un sistema a più elevata efficienza, così che la temperatura di funzionamento rimanga più contenuta e si apra spazio per un aumento più consistente della frequenza di clock. Al pari di quanto visto con i processori Ryzen di prima generazione, anche le nuove proposte offrono un livello di intervento sulla frequenza di clock a passi di 25 MHz per volta.

Assieme ai nuovi processori AMD ha presentato anche il chipset X470, modello che si affianca a quello X370 di precedente generazione e che viene proposto specificamente per l'abbinamento con le nuove CPU. Le specifiche di questo chipset sono di fatto le stesse del modello X370 in termini di numero di periferiche supportate nativamente: AMD segnala come il chipset X470 offra quali elementi di differenziazione un TDP più contenuto oltre a implementare il supporto alla tecnologia StoreMI per l'accelerazione dello storage meccanico presente nel proprio sistema.

Ricordiamo in ogni caso come i processori AMD Ryzen di seconda generazione siano tutti compatibili meccanicamente con schede madri socket AM4, le stesse dei modelli Ryzen di prima generazione, richiedendo solo la disponibilità di un bios aggiornato per assicurare piena compatibilità. Con i processori della serie AMD 300 è possibile intervenire manualmente, via bios, sui moltiplicatori di frequenza delle CPU Ryzen oltre che sulle tensioni di alimentazione: l'unica eccezione è rappresentata dal modello A320, proposta entry level che per il posizionamento di mercato e il target di consumatori non offre questa flessibilità di configurazione.

Ultima modifica di capitan_crasy : 11-06-2019 alle 12:22.
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