AMD отмечает пятилетие Zen
Осенью 2021 года AMD отмечает «пятилетие Zen». В августе 2016 году на пресс-конференции Hot Chips 2016 была официально представлена новая микроархитектура, которая совершила настоящую революцию на рынке десктопных процессоров и спасла AMD от банкротства. Основанная в 1969 году, калифорнийская компания за свою историю купила несколько производителей микросхем, включая ATI, Xilinx и NexGen, но с трудом выжила в конкуренции с Intel. Однако сейчас у AMD открылось второе дыхание. И своими успехами она даже помогает конкуренту, потому что продлевает как минимум на несколько лет жизнь всей платформе x86, которую некоторые считают «устаревшей» на фоне ARM.
Ведущий архитектор Zen Майкл Кларк вспоминает трудное время десять лет назад. К 2012 году из компании ушли ведущие специалисты, не хватало финансирования, внутри произошёл раскол по поводу нового дорогостоящего проекта под названием Zen. Это был проект новой микроархитектуры с несколькими революционными инновациями, которые AMD никогда не делала раньше — это SMT (одновременная многопоточность, аналог Intel HyperThreading) и кэш микроопераций. Некоторые опытные инженеры были уверены, что попытка внедрить сразу две такие масштабные инновации в новом ядре приведёт к катастрофе.
Майкл Кларк работает в AMD с 1993 года (почти 30 лет), до этого участвовал в разработке ряда ключевых продуктов, начиная с K5, K6 и K7, K8 (после покупки NexGen), был ведущим архитектором ядра Greyhound (K9), а сейчас работает над архитектурой Zen следующего поколения (Zen 4).
В 2012 году было совсем не очевидно, что проект Zen станет успешным. Майкл Кларк уговаривал коллег согласиться на риск. Он говорил, что ещё на прошлой архитектуре Bulldozer использовался ряд SMT-подобных конструкций. Там была реализована техника Clustered Multithreading (CMT), так что есть определённый плацдарм для полноценной одновременной многопоточности. Что касается кэша микроопераций, то опять же AMD уже пыталась его реализовать раньше в другой микросхеме, которая не вышла. Так что наработки были — и это стало аргументом в пользу запуска рискованного проекта. И его запустили.
Разработчики переработали иерархию кэш-памяти, обеспечив чипу 8 МБ кэша L3, общую кэш-память L2 для инструкций и данных, а также отдельный объём очень быстрого кэша для команд и данных. Отдельно взятое ядро стало работать с кэшем в пять раз быстрее, чем в предыдущей архитектуре Excavator, писала AMD в корпоративном блоге на Хабре (сейчас закрыт): «Также новая архитектура поддерживала на 75% большую глубину планирования, увеличивая количество инструкций, а также выполняла больше инструкций в параллельном режиме, благодаря увеличению ширины инструкций на 50% по сравнению с предыдущим поколением ядер. Эта комбинация и обеспечила огромный прирост вычислительной мощности за каждый такт».
Для новой архитектуры поставили амбициозную цель: выполнять на 40% больше инструкций за такт (IPC) без увеличения энергопотребления. Майкл Кларк придумал новому архитектуре красивое имя Zen. Процессоры назвали Ryzen. Кларку понравилось, что слово похоже на 'rising' (подниматься, восходить). Это отлично отражало возвращение AMD в большую игру. Название оказалось просто гениальным с точки зрения маркетинга.
Одновременно с Zen стартовал проект K12 по совмещению ядер ARM и x86 в одном кристалле (точнее, в одном сокете), но сейчас про него ничего не слышно. Сейчас одна из основных задач AMD — разработка многослойного кэша 3D V-Cache. Что касается архитектуры процессоров, то уже вовсю кипит работа над Zen 5.
Процессоры Zen 5 под брендом Ryzen 8000 выйдут ориентировочно в 2023 или 2024 году. Кодовые названия для чипов и APU: Granite Ridge и Strix Point.
Granite Ridge является преемником Raphael (Zen 4), поэтому должен быть совместим с сокетом AM5, который, как утверждается, перейдёт от конструкции Pin Grid Array (PGA) к конструкции Land Grid Array (LGA). Предположительно, дебют Zen 4 состоится в 2022 году.
По слухам, у Strix Point будет гибридная микроархитектура из ядер разной производительности, как у Intel в процессорах 12-го поколения Alder Lake. В данном случае Ryzen 8000 может использовать ядра Zen 5 и Zen 4, как обозначено на схеме вверху. Планируется, что Zen 4 будут производить по техпроцессу 5 нм, а Zen 5 на 3 нм. Вероятно, для совмещения в одном чипе Zen 4 тоже придётся перевести на 3 нм.
В серверах линейка EPYC 7005 (предположительное кодовое название Turing) на ядрах Zen 5 должна заменить семейство EPYC 7004 (Genoa) в 2023 году. Судьба Threadripper продолжает оставаться загадкой для всех.
