L'architettura Zen, raccontata dal CTO di AMD Mark Papermaster

L'architettura Zen, raccontata dal CTO di AMD Mark Papermaster

Mark Papermaster, Chief Technology Officer di AMD, racconta quali siano state le scelte alla base dell'architettura e del design portato avanti con i processori della famiglia Zen

di Redazione pubblicata il , alle 16:21 nel canale Processori
AMDZen
 

Di seguito vi proponiamo un articolo scritto da Mark Papermaster, CTO di AMD, incentrato sulla stradache ha portato AMD allo sviluppo delle CPU basate su architettura Zen di prossima generazione. Sappiamo che queste soluzioni arriveranno sul mercato, con le prime declinazioni destinate a sistemi desktop, nel corso del primo trimestre 2017; tra alcune settimane, come segnalato con questa notizia, AMD effettuerà una dimostrazione pubblica dei processori Zen impiegati per la prima volta con applicazioni legate al mondo del gaming.

L'attesa per il debutto di questi processori è indubbiamente molto elevata, e questo articolo può aiutare a meglio capire quali siano alcuni degli elementi tecnici che, secondo AMD, permetteranno di ottenere un netto passo in avanti in termini di prestazioni velocistiche passando alle proposte della famiglia Zen rispetto alle CPU x86 attualmente proposte dall'azienda americana.

------------------------------------------------------------------------

L’elaborazione x86 ad alte prestazioni nell’era Immersive Computing

di Mark Papermaster, Chief Technology Officer di AMD

Ricerca, machine learning, analisi dei dati, creazione e distribuzione di contenuti, realtà aumentata, realtà virtuale e videogiochi: l’elenco delle attività che richiedono un utilizzo intensivo delle risorse di elaborazione si allunga ogni giorno. Quando si parla di tecnologie, ci sono due costanti. La prima è la richiesta sempre crescente di maggiori prestazioni computazionali, una richiesta che nel settore dei chip viene rapidamente assimilata dagli utenti finali, che presto iniziano a volere di più.

La seconda costante è, naturalmente, il cambiamento. Lavoro in questo settore da più di 30 anni e nel corso del tempo i cambiamenti sono stati moltissimi. Facciamo solo un esempio: con l’avvento del World Wide Web e dell’interfaccia grafica, abbiamo assistito a una rivoluzionaria trasformazione del PC da strumento di elaborazione di testo in una vera e propria porta di accesso al mondo intero. Questo ha offerto alle persone possibilità di accesso e condivisione delle informazioni senza precedenti. In seguito, tutto è diventato portatile e connesso, prima con i notebook e poi con gli smartphone e i tablet. La successiva esplosione delle app e le enormi quantità di dati da archiviare, elaborare e analizzare hanno generato una richiesta ancora maggiore di capacità di elaborazione.

mark_papermaster_amd.jpg
Mark Papermaster, CTO AMD

Quattro anni fa, AMD ha iniziato un percorso con l’obiettivo di rinnovare l’architettura dei propri core x86 ad alte prestazioni, al fine di soddisfare queste esigenze sempre più elevate. La nostra precedente famiglia di CPU garantiva notevoli vantaggi in termini di efficienza energetica, ma ancora non colmava il gap con l’ampia gamma di applicazioni ad alte prestazioni. Il risultato è stato riprogrettare da zero il design del nuovo core denominato "Zen".

Con "Zen" volevamo realizzare un core nuovo e moderno da tutti i punti di vista, ottimizzato per migliorare le prestazioni, il throughput e l’efficienza energetica ed in grado di rispondere alle richieste delle moderne applicazioni. Come risultato, "Zen" è un motore con una capacità di calcolo notevolmente superiore, che segna il ritorno di AMD nel segmento delle soluzioni ad elevate prestazioni grazie ad un aumento del 40% delle istruzioni per clock, senza alcun incremento del consumo energetico. Questo audace obiettivo è stato realizzato grazie a una progettazione focalizzata sia sulle prestazioni che sulla potenza. La microarchitettura da noi riprogettata include modifiche chiave a livello di gestione delle istruzioni, capacità dell’unità di esecuzione e sottosistema cache per velocizzare il flusso di esecuzione e il parallelismo. Com’è stato reso noto in occasione dell’evento Hot Chips 2016, "Zen" migliora la branch-prediction per selezionare le istruzioni corrette, introduce una cache micro-op per gestire meglio queste istruzioni, include una finestra di pianificazione più ampia del 75% per elaborare più istruzioni ed esegue un maggior numero di istruzioni in parallelo grazie a una larghezza delle istruzioni superiore del 50% rispetto ai core della generazione precedente. La combinazione di queste caratteristiche assicura un ampio aumento della capacità di elaborazione per ogni tick del clock.

zen_diagram_2.jpg

Quando si ha un motore ad alte prestazioni, è necessario rifornirlo di carburante. Noi diciamo "sfamare la belva". In questo caso, il carburante sono i dati e le istruzioni in memoria. Abbiamo riprogettato la gerarchia della cache proprio per questo scopo con 8 megabyte di cache L3, cache L2 unificata per istruzioni e dati, oltre a cache a bassa latenza separate per istruzioni e dati. Un core dedicato ora può accedere a una larghezza di banda della cache cinque volte superiore rispetto al design precedente.

Il pre-fetcher di "Zen", di importanza critica per il throughput, è un design proprietario di uno degli algoritmi più complessi nella progettazione dei processori. Il pre-fetcher opera in modo preventivo e speculativo per determinare la successiva istruzione necessaria in base alla routine corrente in esecuzione. L’efficienza con cui si esegue questa operazione e la velocità con cui si apportano correzioni in caso di errori sono un’arte, non solo una scienza, e "Zen" è davvero eccellente a questo proposito.

Un notevole miglioramento del throughput introdotto con "Zen" rispetto alla generazione precedente è il passaggio a un design SMT (Simultaneous Multi-Threaded). Questo approccio consente al core di tenere traccia delle attività all’interno di un programma: quando un’attività viene sospesa in attesa di ulteriori istruzioni o dati, un’altra attività che non è in attesa può essere elaborata. Per il software, in tal modo risultano disponibili risorse di elaborazione aggiuntive con SMT abilitato.

summit_ridge_slide.jpg

Infine, è stata migliorata l’efficienza energetica. La CPU "Zen" è stata progettata per un’ampia gamma di applicazioni, da notebook privi di ventola a supercomputer, che in tutti in casi richiedono la massima efficienza energetica. In un mondo in cui un aumento delle prestazioni del 10% viene considerato significativo, l’obiettivo di un incremento delle prestazioni del 40% senza aumentare il consumo energetico a prima vista sembrava impossibile. I team di progettazione AMD, tuttavia, hanno concentrato i propri sforzi e identificato nuovi fattori di risparmio energetico in modo da ottimizzare ulteriormente la microarchitettura per ridurre il consumo di energia e implementare una gestione estesa del clock.

L’efficienza energetica è stata tenuta presente fin dalle prime fasi di progettazione ed i nostri ingegneri  hanno fatto tutto il possibile per spremere ogni microwatt dal design del core. Ogni circuito è stato ottimizzato in termini di alimentazione e quando anche una sola parte del processore non sta lavorando attivamente, viene privata dell’alimentazione per ridurre il consumo energetico. Così che quando si attivano i clock e si accelerano i carichi di lavoro, è possibile ottenere un eccellente rapporto prestazioni-per-watt. Inoltre, "Zen" trae vantaggio dalla nuova tecnologia per semiconduttori FinFET da 14 nanometri. Questo nuovo transistor FinFET è più piccolo, ha un consumo energetico minore e offre prestazioni superiori rispetto alla generazione precedente: una combinazione vincente dal nostro foundry partner che abbiamo implementato per ottenere il massimo effetto nella nuova microarchitettura del core. Inoltre, grazie alla loro scalabilità, i transistor FinFET sono disponibili in un’ampia gamma, da soluzioni a bassa potenza e bassa dispersione a voltaggi superiori con frequenza e prestazioni più elevate.

Il risultato netto di tutte queste innovazioni risulterà evidente il prossimo anno, quando verranno introdotti sul mercato i primi prodotti dotati di CPU "Zen", ma i risultati ottenuti finora in laboratorio sono straordinari. Di recente abbiamo fatto una dimostrazione pubblica sia di un processore desktop "Summit Ridge" da 8 core e 16 thread che di una piattaforma server "Naples" da 32 core e 64 thread che utilizzano il core "Zen", e  siamo molto ottimisti riguardo al futuro. Cosa altrettanto importante, "Zen" è solo la prima tappa del percorso verso l’elaborazione AMD x86 ad alte prestazioni del futuro. La nostra roadmap include nuove generazioni con ulteriori miglioramenti sui quali i team di AMD stanno già lavorando, dal momento che le costanti del cambiamento e della richiesta di capacità di calcolo a prestazioni elevate continuano a essere determinanti per lo sviluppo del settore.

Resta aggiornato sulle ultime offerte

Ricevi comodamente via email le segnalazioni della redazione di Hardware Upgrade sui prodotti tecnologici in offerta più interessanti per te

Quando invii il modulo, controlla la tua inbox per confermare l'iscrizione

34 Commenti
Gli autori dei commenti, e non la redazione, sono responsabili dei contenuti da loro inseriti - info
ziobepi30 Novembre 2016, 16:35 #1
Risultati di laboratorio?
GabrySP30 Novembre 2016, 16:42 #2
Mark Slidemaster
MiKeLezZ30 Novembre 2016, 17:01 #3
Da benchmark preliminari sembra che le performance Powerpoint siano aumentate del 47% rispetto a pari architettura Bulldozer.

Si parla inoltre di una nuova release del Dual Core Optimizer, ora rinominato "Exa Core Speedup", con performance aumentate fino al 122%!
http://www.shouldiremoveit.com/Dual...53-program.aspx

Restiamo in attesa...
Cappej30 Novembre 2016, 17:09 #4
Originariamente inviato da: MiKeLezZ
Da benchmark preliminari sembra che le performance Powerpoint siano aumentate del 47% rispetto a pari architettura Bulldozer.

Si parla inoltre di una nuova release del Dual Core Optimizer, ora rinominato "Exa Core Speedup", con performance aumentate fino al 122%!
http://www.shouldiremoveit.com/Dual...53-program.aspx

Restiamo in attesa...


A forza di presentare SLIDE sui modelli, hanno pensato bene di accelerare il loro lavoro!!! chiamali scemi!!!!
MaxFabio9330 Novembre 2016, 17:12 #5
Originariamente inviato da: Cappej
A forza di presentare SLIDE sui modelli, hanno pensato bene di accelerare il loro lavoro!!! chiamali scemi!!!!


Si continua a fare "polemica" inesistente sulle slide, peccato che il 13 Dicembre e a Gennaio ne vedremo veramente delle belle, sarà l'occasione di AMD per riscattarsi alla grande, il periodo poi secondo me è ottimo
oxidized30 Novembre 2016, 17:18 #6
Originariamente inviato da: GabrySP
Mark Slidemaster




Originariamente inviato da: MaxFabio93
Si continua a fare "polemica" inesistente sulle slide, peccato che il 13 Dicembre e a Gennaio ne vedremo veramente delle belle, sarà l'occasione di AMD per riscattarsi alla grande, il periodo poi secondo me è ottimo


Vedremo, anche con polaris ne avremmo dovute vedere delle belle. Ci spero, ma sinceramente ormai non credo più molto alle parole di quell'azienda
imsims2230 Novembre 2016, 18:15 #7
secondo me a palermo vederà tantissimo ...
MaxFabio9330 Novembre 2016, 18:20 #8
Originariamente inviato da: oxidized
Vedremo, anche con polaris ne avremmo dovute vedere delle belle. Ci spero, ma sinceramente ormai non credo più molto alle parole di quell'azienda


Certo, se credi che AMD con le Polaris si ferma alle schede video che sono uscite di fascia medio-bassa Guarda che l'anno prossimo usciranno anche le GPU di fascia alta oltre alle nuove CPU.
maxsona30 Novembre 2016, 18:47 #9
Originariamente inviato da: oxidized


Vedremo, anche con polaris ne avremmo dovute vedere delle belle. Ci spero, ma sinceramente ormai non credo più molto alle parole di quell'azienda

Polaris ha le prestazioni giuste per la fascia di prezzo in cui è posizionato
frankie30 Novembre 2016, 19:18 #10
Another Microsoft powerpoint Device

Devi effettuare il login per poter commentare
Se non sei ancora registrato, puoi farlo attraverso questo form.
Se sei già registrato e loggato nel sito, puoi inserire il tuo commento.
Si tenga presente quanto letto nel regolamento, nel rispetto del "quieto vivere".

La discussione è consultabile anche qui, sul forum.
 
^