AMD APU Raven Ridge. Изучение разгонного потенциала и быстродействия Ryzen 5 2400G и Ryzen 3 2200G

Длительное время видеокарта оставалась самостоятельным компонентом персонального компьютера, как, впрочем, и системная логика. В то же время, прогресс полупроводниковых технологий развивался столько стремительно, что сделал возможным размещения все большего числа транзисторов на единице площади, так что объединение основных компонентов ПК оставалось лишь вопросом времени. В итоге, в 2009 году свет увидели чипы Intel Lynnfield, у которых северный мост был полностью интегрирован в кремниевый кристалл CPU, но для работы системы все-таки требовался дискретный графический ускоритель. Однако, в том же 2009 году без лишней помпы были анонсированы энергоэффективные процессоры Intel Atom на ядре Pine Trail, ставшие, фактически, первыми CPU, имеющими в своем составе видеоускоритель. Впрочем, в распоряжении силиконового гиганта из Санта-Клары на то время не было производительного видеоядра, чтобы обеспечить приемлемый уровень быстродействия даже в самых примитивных играх. Зато, такие ускорители были у компании AMD, которая после поглощения в 2006 году ATI Technologies получила полный доступ к самым передовым разработкам в области игровых акселераторов. Как ни странно, Advanced Micro Devices начали с малого, а именно — с чипов E-Series (Zacate) для экономичных систем и нетбуков, популярных в то время. Несмотря на невыдающееся быстродействие E-Series стали немаловажной вехой, явившей миру концепцию APU — Accelerated Processing Unit, которая заключается в объединении основных компонентов компьютера внутри единого полупроводникового кристалла.

Следующим этапом эволюции новой идеологии AMD стали гибридные процессоры Llano для настольных систем, которые обеспечили беспрецедентное для встроенной графики быстродействие в играх и наметили две негласные тенденции в развитии APU: отдельная от высокопроизводительных решений платформа и нарастание отставания быстродействия вычислительной части от основного конкурента. А тем временем в компании Intel высоко оценили идею объединения вычислительных и графических ядер на одной кремниевой подложке и начиная с поколения Sandy Bridge и по сей день все массовые CPU этого вендора имеют встроенный видеоускоритель. Со временем, где-то после выпуска вполне конкурентоспособных Trinity в развитии APU наметился спад, который можно объяснить отсутствием в распоряжении AMD мощной процессорной части, в результате чего те же Kaveri, и тем более Bristol Ridge уже не моги соперничать в тестах быстродействия даже с Pentium, особенно, после обретения последними поддержки Hyper-Threading.

В то же время графическая составляющая гибридных процессоров все еще опережала решения конкурента, но и ее быстродействия уже не хватало для современных игровых проектов даже на минимальных уровнях детализации. Казалось, от полного краха процессорный бизнес AMD могло спасти лишь чудо… и это чудо произошло в марте 2017 года вместе с выходом революционных Ryzen, которые ознаменовали появление реальной конкуренции на рынке CPU и в одночасье вернули Advanced Micro Devices в сегмент высокопроизводительных решений. Однако, в новинках не нашлось место графическому акселератору, так что выход APU, сочетающих преимущества новейшей архитектуры и современного видеоядра оставался лишь вопросом времени. Наконец, в феврале 2018 года AMD явили миру свое очередное творение — процессоры Ryzen 3 2200G и Ryzen 5 2400G со встроенной графикой Vega.

AMD Raven Ridge

Гибридные процессоры, известные под кодовым именем Raven Ridge, органично дополнят линейку продуктов Ryzen начального уровня для платформы Socket AM4, который после анонса новинок приобрел следующий вид:

Прежде всего, обращают внимание рекомендованные стоимости новинок: теперь Ryzen 3 2200G является самым доступным носителем архитектуры Zen с ценой всего 99 долларов, что даже на 10 долларов дешевле Ryzen 3 1200. В то же время, модель Ryzen 5 2400G предлагается за те же $169, которые просят за Ryzen 5 1400, ранее считавшимся оптимальным выбором для систем среднего уровня. Как и ближайшие родственники новейшие Raven Ridge имеют тепловой пакет 65 Вт, но при этом их тактовые частоты даже выше, чем у аналогичных Summit Ridge. Кроме того, обновлен механизм управления тактовой частотой и Precision Boost 2 позволяет с шагом в 25 МГц изменять скорость работы каждого вычислительного ядра, обеспечивая максимальное быстродействие в зависимости от характера вычислительной нагрузки. Для работы новичков подойдут любые из существующих плат с разъемом Socket AM4 на базе системной логики AMD 300-й серии, для которых может потребоваться обновление управляющего микрокода UEFI. В то же время, новые процессоры имеют немало отличий от своих предшественников, главным из которых является наличие встроенного видеоускорителя Vega — носителя самой передовой из графических архитектур, имеющихся в распоряжении AMD. Внедрение такого массивного элемента как видеоакселератор вынудило инженеров пересмотреть компоновку полупроводникового кристалла: Raven Ridge лишились одного четырехъдяреного СCX (CPU Complex), а размер кэш-памяти 3-го уровня уменьшился до 4 МБ. Одновременно, транзисторный бюджет увеличился с 4800 млн. у классических Ryzen до 4950 млн. при некотором уменьшении площади — 212,97 мм2 у «чистокровных» CPU против 209,78 мм2 у APU при неизменном 14-нм технологическом процессе FinFET+.

C точки зрения быстродействия микродизайн, заложенный в процессоры Zen, является заметным шагом вперед по сравнению с предшественниками: в 1,75 раза увеличено окно планировщика инструкций, а декодер позволяет декодировать до 4 инструкций за такт. Кроме того, появилась возможность загружать часто используемы инструкции напрямую, минуя кэш L2 и L3, а улучшенный предсказатель ветвлений, в основе которого лежит нейронная сеть, позволяет с высокой точностью готовить оптимальные инструкции во избежание простоя конвейеров. Все эти оптимизации направлены на повышения однопоточного выполнения, а для ускорения работы приложений, поддерживающих параллельные вычисления, служит технология SMT — Simultaneous Multi-threading. Кардинальные изменения, направленные на повышение пропускной способности, коснулись и подсистемы кэш-памяти: на первом уровне для хранения инструкция и данных выделено по 64 КБ и 32 КБ соответственно, тогда как объем кэша L2 составляет солидные 512 КБ. В отличие от остальных Ryzen, у которых размер кэш-памяти 3-го уровня составляет 8 МБ или 16 МБ, новейшие процессоры Raven Ridge располагают кэшем L3 объемом всего 4 МБ, но благодаря сложному самообучающемуся алгоритму предвыборки, который спекулятивно размещает данные приложений в память, они всегда готовы к немедленному исполнению.

Но, конечно, ключевой особенностью и гордостью новинок является встроенное графическое ядро Vega c поддержкой API DirectX 12 и API Vulkan, состоящее из 8 CU (Compute Unit) или 11 CU в случае с Ryzen 3 2200G или Ryzen 5 2400G соответственно. В состав каждого CU входит по 64 ALU и 4 блока растеризации, в итоге старший из APU располагает 704 вычислительными модулями и 44 TMU, тогда как младший довольствуется 512 ALU и 32 TMU. Тактовая частота Vega 8 достигает 1100 МГц, а Vega 11 может разгоняться до 1250 МГц, что дает теоретическую производительность FP32 на уровне 1,126 TFLOPS и 1,76 TFLOPS соответственно. Кроме того, в состав видеоядра входит 16 блоков растеризации, два блока-планировщика HWS (Hardware Schedule) и четыре модуля ACE (Asynchronous Compute Engine), отвечающие за аппаратное ускорение кодирования и декодирования видеопотоков, причем, эти модули полностью аналогичны таковым во флагманских продуктах AMD Vega 64. Таким образом, графическое ядро, встроенное в процессоры Raven Ridge способно декодировать видеопотоки в разрешении 2160p формата VP9 10bpc с частотой 30 fps, а для HEVC 10bpc и H.264 — все 60 fps, что делает новинки отличным выбором для воспроизведения контента 4К.

Между собой все компоненты Raven Ridge соединены высокоскоростной шиной Infinity Fabric, связывающей ССХ, графическое ядро и модули формирования изображения, контроллер памяти, получивший официальную поддержку модулей DDR4-2933 МГц, а также I/O Hub. По части возможностей подключения периферии новинки могут предложить четыре канала USB 3.1 Gen2, по одному USB 3.1 Gen1 и USB 2.0, два интерфейса SATA 6 Гбит/с и восемь линий PCI-E 3.0, для подключения системной логики и различной периферии, а также всего восемь линий PCI-E 3.0 для работы с дискретным графическим ускорителем.

Таким образом, новинки отлично дополняют линейку процессоров AMD Ryzen первого поколения, предлагая пользователям уникальное сочетание относительно мощной встроенной графической подсистемы и производительных вычислительных ядер по очень выгодной стоимости.

Впрочем, довольно теории, пора уже переходить к непосредственному изучению особенностей Ryzen 3 2200G и Ryzen 5 2400G. В первом нашем материале мы изучим разгонный потенциал новинок, а обширное игровое тестирование предстоит уже в следующей части.