AMD Ryzen. В ожидании революции

В последние годы компания AMD продолжала стабильно испытывать недостаток инноваций в сегменте центральных процессоров, пытаясь наверстать упущенную долю рынка продажами гибридных CPU, не сыскавших большой популярности среди энтузиастов и геймеров. Тем временем корпорация Intel планомерно увеличивала и без того огромный отрыв от своего главного конкурента благодаря налаженному выпуску новых поколений чипов каждые один-два года. Стратегия «Тик-так», в рамках которой чипмейкер по очереди внедрял новый технологический процесс, а затем выпускал очередную архитектуру процессорных ядер, доказала свою эффективность и обеспечила присутствие «камней» Intel практически в каждом игровом ПК или рабочей станции.

Понимая своё незавидное положение, руководство Advanced Micro Devices в 2012 году вернуло в ряды компании талантливого инженера Джима Келлера (Jim Keller), под руководством которого были спроектированы легендарные процессоры AMD K7 (Athlon, Athlon XP) и K8 (Athlon 64, Opteron). Не теряя зря времени, г-н Келлер сразу же приступил к разработке «с нуля» новой микропроцессорной архитектуры, получившей название Zen. При ее создании компания AMD поставила цель достичь 40-процентного прироста числа выполняемых инструкций за такт по сравнению с процессорами Excavator. Хотя Джим в 2015 году покинул ряды AMD дабы примкнуть к Tesla Motors, где он работает и по сей день, чипмейкеру из Саннивейла всё-таки удалось завершить начатую им работу и новая микроархитектура нашла применение в решениях Ryzen, о которых сегодня и пойдёт речь.

Процессоры Ryzen

Настольные процессоры AMD Ryzen (семейство Summit Ridge) изготавливаются согласно 14-нм технологическим нормам с использованием FinFET-транзисторов на мощностях GlobalFoundries. Количество активных вычислительных ядер на кристалле CPU может варьироваться в пределах от четырёх до восьми, а максимальный объём общей кэш-памяти третьего уровня достигает 16 МБ. В состав кристалла новых процессоров входит двухканальный контроллер памяти DDR4, а также контроллеры интерфейса PCI Express 3.0 на 24 линии, двух портов SATA 6 Гбит/с и USB 3.1 первого поколения на четыре порта. Таким образом, новые CPU являются скорее полноценными однокристальными системами, нежели процессорами в привычном смысле этого слова.

В отличие от решений на архитектуре Excavator, использовавших технологию кластерной многопоточности (CMT), чипы Zen перешли к использованию одновременной многопоточности (Simultaneous Multi-threading), одним из ответвлений которой является давно знакомая технология Intel Hyper-Treading. Также одним из важных эволюционных шагов архитектуры Zen является наличие блока вычислений с плавающей запятой у каждого ядра. Напомним, что процессоры Excavator использовали один FPU на два ядра, объединённых в так называемый модуль. Кроме того, благодаря 14-нм техпроцессу номинальный уровень TDP топовых восьмиядерных моделей процессоров Ryzen составляет 95 Вт, вместо 220 Вт у их предшественников из линейки FX.

SenseMI

В процессорах Ryzen инженеры AMD реализовали целый набор новых технологий, получивший название SenseMI и призванный обеспечить наиболее оптимальный и эффективный режим работы всех чипов на архитектуре Zen. В него входят:

• «Умная» система кэширования Smart Prefetch, которая заранее загружает в кэш данные, необходимые для работы программы на следующем этапе.
• Neural Net Prediction — усовершенствованный блок предсказания ветвлений, функционирующий подобно самообучающейся нейронной сети и предсказывающий какие инструкции будет использовать приложение в ходе своей дальнейшее работы.
• Pure Power следит за режимом работы, частотой и энергопотреблением процессора, обеспечивая динамическую регулировку напряжения CPU в зависимости от нагрузок.
• Технология динамического разгона Precision Boost, которая управляет рабочей частотой процессора с шагом 25 МГц и скоростью в одну миллисекунду.
• Extended Frequency Range может поднять рабочую частоту сверх предела, установленного Precision Boost, при использовании мощных систем охлаждения.

Последние три технологии тесно связаны друг с другом и полагаются на сотни встроенных в кристалл процессора датчиков, отслеживающих напряжение, ток и температуру различных функциональных блоков CPU. Данная система, основываясь на полученной информации, может автоматически  регулировать тактовую частоту каждого вычислительного ядра индивидуально, обеспечивая максимальную производительность самых загруженных ядер.

Для обмена информацией между множеством сенсоров и функциональными блоками систем-на-чипе, коими являются процессоры Ryzen и готовящиеся APU Raven Ridge, используется шина Infinity Fabric. Новый интерфейс является практически универсальным и благодаря своей модульной структуре может легко масштабироваться, обеспечивая необходимую пропускную способность. Помимо чипов на архитектуре Zen шина Infinity Fabric также будет применяться в графических процессорах Vega, где её пропускная способность может достигать 512 ГБ/с, в то время как мобильные гибридные процессоры Raven Ridge будут довольствоваться её вариантом со скоростью около 50 Гбайт/с.

При наличии должного охлаждения технология XFR может поднять рабочую частоту всех ядер процессора на дополнительные 50 МГц (100 МГц у моделей с индексом Х) сверх номинальной. При этом частота boost-режима, на которой способно одновременно работать лишь одно вычислительное ядро, также будет увеличена. К примеру, при использовании высокоэффективной системы охлаждения все ядра процессора Ryzen 7 1800X (3,6/4 ГГц) будут функционировать на частоте в 3,7 ГГц, а во время однопоточных нагрузок тактовая частота используемого ядра увеличится до 4,1 ГГц.

Модельный ряд

Перед тем как переходить к подробным характеристикам процессоров Ryzen следует уделить внимание новой системе обозначений.  Имена новых центральных и гибридных процессоров AMD будут поделены на три части. Первая отвечает за бренд, в данном случае это Ryzen. Вторая, состоящая всего из одной цифры, определяет принадлежность к сегменту рынка. Компания не стала изобретать велосипед, и использовала по аналогии с процессорами Intel Core уже знакомые для большинства пользователей цифры 7, 5 и 3, где большая цифра соответствует более высокому сегменту продукции.

Третья часть маркировки состоит из четырёх цифр и одного опционального символа. Первая цифра отвечает за поколение процессора, вторая определяет уровень производительности конкретной модели чипа. Две идущие следом отвечают за ревизию и небольшие приросты рабочей частоты новых версий CPU. Буква в конце указывает на уровень энергопотребления конкретного образца, а также наличие/отсутствие встроенного графического ядра. К примеру, идущий в конце символ X указывает на номинальный TDP в 95 Вт и наличие полноценной поддержки технологии XFR.

В ближайшем будущем AMD планирует выпустить на рынок настольные процессоры Ryzen для всех сегментов рынка. На данный момент свободной продаже доступны три восьмиядерные модели линейки Ryzen 7, предназначенные в первую очередь для компьютерных энтузиастов и требовательных геймеров. Всего же новое семейство будет насчитывать более полутора десятка различных моделей. Релиз шести- и четырёхъядерных процессоров запланирован на второй и третий квартал текущего года.

Отдельно стоит отметить заботу AMD о любителях оверклокинга. Абсолютно все процессоры AMD Ryzen имеют разблокированный на повышение множитель, а под металлической теплораспределительной крышкой, закрывающей полупроводниковый кристалл, находится не что иное, как припой. Кроме того, чипмейкер также подготовил специальную оверклокерскую утилиту Ryzen Master, предоставляющую весь необходимый для разгона набор инструментов прямо из операционной системы.

Технические характеристики первой троицы процессоров AMD Ryzen приведены в таблице ниже, включая некоторых конкурентов.

Платформа AM4 и новые наборы системной логики

Вместе с процессорами Ryzen на потребительском рынке дебютирует платформа AM4, доступ к которой ранее имели исключительно ОЕМ-партнёры AMD.  Все новые настольные процессоры чипмейкера в ближайшие пару лет будут иметь конструктивное исполнение Socket AM4 с 1331 штырьковым выводом.

Вследствие увеличения числа контактов более чем на три сотни по сравнению с разъёмом Socket AM3+ увеличилась сложность разводки материнских плат, вследствие чего, новая платформа использует оригинальную систему крепления охладителей. Данный факт уже успел вызвать волну негодования среди компьютерной общественности, однако не всё так плохо: именитые производители CPU-кулеров уже начали бесплатно распространять новые монтажные наборы, а некоторые платы (вроде ASUS Crosshair VI Hero) и вовсе унаследовали совместимость со старыми креплениями систем охлаждения.

Всего для новой платформы AMD подготовила пять наборов логики: X370, B350, A320, X300 и A300. Причём последние два разработаны специально для системных плат формата Mini-ITX и разного рода готовых мини-ПК. Наиболее интересными с точки зрения оверклокера и продвинутого пользователя являются чипсеты X370, B350 и X300. Системные платы на их основе предоставят своим владельцам весь необходимый комплект инструментов для разгона и «твикинга» процессоров Ryzen.

Набор логики для CPU в исполнении Socket AM4 включает одну единственную микросхему, выполняющую задачи «южного моста». Так, чипсеты X370, B350 и A320 обеспечивают работу дополнительных портов USB 3.1 первого и второго поколений, USB 2.0, портов SATA 6 Гбит/с, и восьми линий интерфейса PCI Express 2.0, предназначенных для подключения плат расширения и дополнительных контроллеров. Для связи процессора и встроенной в три вышеупомянутые чипсеты периферии используются четыре линии шины PCI Express 3.0.

Следует иметь в виду, что при использовании встроенных в CPU контроллеров SATA 6 Гбит/с, из четырёх линий интерфейса PCI Express 3.0, предназначенных для подключения NVMe-накопителя, будут доступны только две. По этой причине стоит заранее продумывать конфигурацию системы хранения данных. Ещё одной неприятной особенностью процессоров Ryzen и новых наборов системной логики являются низкие рабочие частоты памяти DDR4 при установке сразу четырёх модулей. Так, при использовании всего двух планок DIMM, они будут работать в режиме DDR4-2400/2667, а при задействовании всех четырёх слотов режим работы ОЗУ ухудшится до DDR4-1866/2133. Конечно, решить эту проблему можно прибегнув к оверклокингу, однако насколько хорошо контроллер памяти будет вести себя при разгоне ещё предстоит выяснить.

Как уже упоминалось, специально для плат Mini-ITX компания подготовила два специальных набора логики: X300 и A300. Данные чипсеты не предоставляют никаких дополнительных портов либо интерфейсов для подключения периферии. Тем не менее, поскольку процессоры Ryzen являются однокристальными системами, материнские платы на основе этих наборов логики смогут предложить вполне неплохой, по современным меркам, комплект интерфейсов. Он включает в себя четыре порта USB 3.1 первого поколения, PCI-E 3.0 x4 для подключения NVMe-накопителей, два порта SATA 6 Гбит/с, SATA Express, а также дополнительные четыре линии PCI Express 3.0 для различной периферии, которые во всех остальных случаях были задействованы для связи со встроенными контроллерами «обычных» наборов логики.

Более подробно с новой платформой и наборами логики AMD можно будет ознакомиться в дальнейших материалах на нашем сайте, так как из-за логистики новинки не успели добраться в срок. Оставайтесь с нами!