Как архитектура AMD Zen 2 повышает производительность на ватт

С приближением даты запуска новой архитектуры AMD Zen 2 компания отодвинула занавес и дала нам представление о возможностях и улучшениях своего нового Uarch. Эти новые микросхемы имеют ряд улучшений и преимуществ, обеспечивающих увеличение команд за цикл (IPC) и повышение общего энергопотребления.

Корпоративный сотрудник AMD Майк Кларк (Mike Clark), выступивший в ходе своей презентации на Zen 2, сказал, что его 7-нм переход был на самом деле более успешным, чем первоначально предполагалось.

Некоторые из вас могут вспомнить слухи о том, что AMD выпустит процессоры Ryzen 3000 с гораздо более высокими тактовыми частотами, чем предыдущие части. По словам инженеров AMD, компания вовсе не ожидала, что Zen 2 достигнет более высоких частот. Это внутренняя проблема современных процессорных усадочных узлов. Меньшие потребности процесса означают более низкие напряжения, а более низкие напряжения могут отрицательно влиять на абсолютную рабочую частоту. В этом случае, однако, 7-нм узел TSMC и собственная разработка AMD смогли создать детали, которые могли бы работать на скромно более высоких частотах, чем 12/14-нм чипы.

Тот факт, что AMD не ожидала увидеть улучшение тактовой частоты на 7 нм, следует учитывать при оценке точности слухов о массовых скачках тактовой частоты в будущем.

Одно важное изменение в Zen 2 не имеет ничего общего с самим процессором. AMD уведомила нас о том, что в планировщик Windows 10 добавлены новые изменения в планировщике Windows 10 1903 (обновление за май 2019 г.). Появились две новые возможности: осведомленность о топологии и более быстрое изменение тактовой частоты. Ускоренное изменение тактовой частоты сокращает время, необходимое ЦП для переключения состояний тактовой частоты, улучшая производительность и теоретически улучшая энергопотребление в режиме ожидания, позволяя ЦП быстрее переходить на более низкие тактовые частоты. Знание топологии должно помочь сохранить данные локальными для соответствующих CCX и заполнить один CCX перед загрузкой другого.

Эти улучшения - + 15% производительности 1080p в Rocket League и 6% улучшения при запуске приложений PCMark 10 - являются исключительно результатом обновления планировщика Windows 10 и не связаны с какими-либо дополнительными преимуществами в результате улучшений архитектуры Zen 2. , Чтобы воспользоваться этими улучшениями, требуется как обновленный драйвер набора микросхем, так и обновление для Windows 10 1903.

На этом слайде представлен общий обзор микроархитектуры архитектуры AMD. Чип интегрирует новый предиктор ветвей TAGE в дополнение к перцептрону BP, который он использовал в прошлом. Кэш микроопераций был увеличен до 4K инструкций, удвоив общее количество L3 на борту. (AMD теперь называет свои объединенные L2 и L3 «AMD GameCache».) Теперь к целочисленной стороне ядра добавлен новый модуль генерации адресов (AGU) с полной поддержкой 256-битной плавающей запятой через AVX2.

Архитектурные улучшения

Слайд-шоу ниже содержит наше глубокое погружение в конкретные архитектурные усовершенствования процессора Ryzen третьего поколения. Каждый слайд можно щелкнуть, чтобы открыть его в новом окне.

Кэш-память L1i была уменьшена до 32 КБ, с 64 КБ, но ее ассоциативность набора увеличилась. AMD обнаружила, что более крупный L1i не нужен в новом дизайне, и соответственно перебалансировала свой кремний. Когда это было возможно, работа была перенесена в более быстрый кэш L0, оставляя меньше потребности в большем L1. Есть также некоторые улучшения безопасности в реализации SMT AMD при работе виртуальных машин.

Размеры BTB (Branch Target Buffer) были увеличены. Новый предсказатель ветви TAGE (TAgged GEometry). Предиктор TAGE - это гибридный дизайн, который более точно отслеживает историю ветвей. Улучшения в прогнозировании ветвлений имеют решающее значение для повышения производительности ЦП, поскольку неправильное предсказание ветвления приводит к остановке конвейера. BP персептрона AMD по-прежнему является предиктором ветвления первого уровня, TAGE - BP второго уровня.

Этап декодирования AMD выигрывает от улучшений opcache и увеличенного в 2 раза буфера для объединенных инструкций. Конкретные типы инструкций, которые могут быть объединены, также были изменены, и общая пропускная способность команд улучшена.

Существуют значительные улучшения в блоке FPU. Архитектура Zen 2 теперь поддерживает 256-битный AVX2 с удвоенной пропускной способностью загрузки / хранения с плавающей запятой. Задержка определенных инструкций была улучшена, включая сокращение задержки до 3 циклов. В отличие от Intel, AMD специально не устанавливает более низкую тактовую частоту для процессора при работе AVX2. Это не означает автоматически, что тактовая частота процессора не будет уменьшаться в коде AVX2, но Intel определяет статический меньший множитель, чтобы гарантировать, что его чипы остаются в допустимых пределах. По словам Кларка, AMD не была вынуждена сделать этот шаг благодаря улучшениям в 7 нм. Физическое моделирование, копирование встроенной памяти и обработка звуковых эффектов должны выиграть от различных настроек команд и более широких возможностей обработки AVX.

Целочисленный планировщик теперь стал шире, с большим количеством записей. Ядро было расширено, чтобы сохранить большее количество команд в полете и содержать больше данных в различных буферах для размещения дополнительного блока AGU и повышения общей пропускной способности. Производительность SMT также улучшилась в некоторых сценариях благодаря лучшей балансировке рабочей нагрузки между блоками ALU и AGU.

Также был улучшен модуль загрузки / хранения: увеличен DTLB L2, увеличена очередь хранения в хранилище и удвоена пропускная способность загрузки / хранения благодаря увеличению ширины шины до 32B / такт, по сравнению с 16B / такт. Буферы больше не закрываются до того, как они полностью заполнятся, улучшая общую производительность и повышая эффективность. Внутренняя предварительная выборка ЦП была настроена таким образом, чтобы она была менее агрессивной в определенных сценариях для увеличения энергосбережения.

В иерархии кеша Zen 2 нет ничего особенного, кроме изменения кеша L1i. Пропускная способность загрузки / хранения L1 увеличилась в 2 раза, с лучшим регулированием предварительной выборки. Кэш L3 все еще является кэш-памятью для данных L2. В архитектуре Zen 2 нет соединений CCX-CCX - данные L3, запрошенные Chiplet 1 из Chiplet 0, все еще перемещаются через матрицу ввода / вывода.

По словам AMD, эти улучшения значительно опережают Intel, как по производительности на ватт, так и по абсолютному энергопотреблению на стене.

Cinebench - это не главное измерение энергопотребления, но и неплохой тест. Модель 3700X, которая, честно говоря, вероятно, ближе всего подходит к архитектуре архитектуры, предположительно на 56 процентов эффективнее, чем Core i7-9700K, и потребляет на 86 процентов больше энергии в абсолютном выражении.

Выгода по сравнению с 2700X с точки зрения общей энергоэффективности еще больше. AMD утверждает, что 3700X в 1,75 раза эффективнее по производительности / ватт, чем 2700X, при этом потребляя 70% мощности.

Выводы

Хотя мы, очевидно, не можем судить о запуске, пока у нас нет оборудования для тестирования, AMD разрабатывает агрессивное, захватывающее семейство продуктов. TDP резко упали. IPC увеличился в 1,15 раза. Тактовые частоты были увеличены. Улучшения планировщика и удвоенные возможности с плавающей запятой должны обеспечить свои собственные надежные улучшения сверх этого показателя в 1.15x. Ширина шины Infinity Fabric была увеличена вдвое, что позволило полностью использовать пропускную способность PCIe Gen 4, а в DDR4-3733 появился новый делитель памяти, позволяющий снизить тактовые частоты ПЧ без ущерба для масштабирования DRAM.

Если вы являетесь поклонником APU AMD, 7nm имеет захватывающие долгосрочные последствия для них. Хотя мы не знаем, когда увидим эти детали, компания явно настойчиво нацелена на снижение энергопотребления по всем направлениям. Это явно окупится, когда придет время обновить семью APU на 7 нм. Одна из наших теорий о запуске 7-нм технологии заключалась в том, что AMD будет делать упор на энергопотребление, по крайней мере, в некоторых частях, и мы абсолютно точно это видим, с более производительным 8-ядерным процессором в 65 Вт TDP и 16-ядерным процессором в 105 Вт TDP.

Читать далее

AMD привносит свою архитектуру Zen 3, до восьми ядер процессоров в Chromebooks

AMD идет за высококачественным рынком Chromebook со своими новейшими APU Zen 3.

TSMC объявляет «FINFLEX» 3NM архитектуры с переменными конфигурациями

TSMC раскрыла новую смелую новую настраиваемую архитектуру «FinFlex» для своего 3NM процесса.

Intel подтверждает совершенно новую микроархитектуру для лунного озера

Мы узнаем больше об этой архитектуре с низким энергопотреблением 26-го числа.

Крупнейший SSD в мире утверждает 100-мегабайтную емкость, многопроцессорную архитектуру

Nimbus Data претендует на новый рекорд для крупнейшего SSD, с 100 ТБ памяти в 3,5-дюймовом форм-факторе и новой многопроцессорной архитектурой.