Zen (мікроархітектура)

Zen (мікроархітектура)
Розробник:Advanced Micro Devices
Спрощена ілюстрація мікроархітектури Zen: ядро має 512 КБ кешу L2.

Zen — кодова назва процесорної мікроархітектури фірми AMD, яка була представлена у лінійці процесорів Ryzen у лютому 2017.[1] Вперше система на архітектурі Zen була продемонстрована на E3 2016, а перші істотні деталі опубліковані на заході, що відбувся в сусідньому кварталі біля Intel Developer Forum 2016. Перші процесори на базі Zen з кодовою назвою «Summit Ridge» вийшли на ринок на початку березня 2017, серверні процесори Epyc випущені у червні 2017[2], AMD APU з'явилися у листопаді 2017.[3]

Мікроархітектура Zen є розробкою з чистого аркуша і відрізняється від попередньої мікроахітектури Bulldozer. Процесори на Zen використовують процес 14 nm FinFET, є енерго-ефективнішими та можуть виконувати істотно більше інструкцій за цикл. Представлений режим SMT, який дозволяє кожному ядру виконувати два потоки. Перероблено кешування, L1 кеш став write-back. Процесори Zen використовують три різні сокети: десктопні і мобільні чипи Ryzen використовують сокет AM4 із двоканальною пам'яттю DDR4 і 24 лініями PCIe 3.0; чипи для робочих станцій Threadripper використовують сокет TR4 і підтримують чотириканальний доступ до пам'яті DDR4 і 64 лінії PCIe 3.0;[4][5] і серверні процесори Epyc використовують сокет SP3 із 128 лініями PCIe 3.0 і восьмиканальною пам'яттю DDR4.

Zen мають дизайн SoC.[6] Контролери пам'яті, PCIe, SATA і USB розташовані на одному чипі з процесорними ядрами. Це дає переваги у пропускній здатності і енергоспоживанні за рахунок складності і площі чипу.[7] Дизайн системи на чипі дозволяє мікроархітектурі Zen масштабуватися від ноутбуків і міні-ПК до робочих станцій і серверів.

Дизайн

[ред. | ред. код]

Згідно AMD, головний фокус Zen був на збільшенні швидкодії ядра.[8][9][10] Нові та покращені особливості включають[11]:

  • Кеш L1 змінений із write-through на write-back, дозволяючи нижчу латентність та вищу пропускну здатність.
  • SMT (simultaneous multithreading) дозволяє два потоки на ядро. Раніше ця можливість була у деяких процесорів IBM, Intel і Oracle.[12]
  • Фундаментальною «будівельним блоком» всіх базованих на Zen процесорів є Core Complex (CCX), який складається із чотирьох ядер та їхніх кешів. Процесори, що мають більше чотирьох ядер складаються із декількох CCX поєднаних шиною Infinity Fabric.[13]
  • Чотири арифметико-логічних пристрої, два блоки генерації адреси/модулі load–store і два модулі рухомої коми на ядро.[14]
  • Новий «великий» кеш мікро-операцій.[15]
  • Кожне SMT ядро може виконувати до шести мікро-операцій за цикл (комбінацію із 6 цілочислових мікро-операцій і 4 мікро-операцій із рухомою комою за цикл).[16][17]
  • Майже удвічі вища пропускна здатність кешів L1 і L2, та уп'ятеро вища пропускна здатність кешу L3.
  • Clock gating.
  • Збільшені черги retire, load і store.
  • Покращено передбачення переходів із використанням хешованого перцептрону подібного до мікроархітектури Bobcat.[18][19]
  • Виділений stack engine для керування вказівником стеку, подібний до реалізованих у процесорах Intel Haswell і Broadwell.[20]
  • Уникання пересування, метод, що зменшує фізичне пересування даних для зменшення споживання енергії.
  • Підтримка RDSEED, набору апаратних інструкцій для генераторування випадкових чисел представлених у Intel Broadwell.[21]
  • Підтримка інструкцій SMAP, SMEP, XSAVEC/XSAVES/XRSTORS, XSAVES, CLFLUSHOPT і CLZERO.[21]
  • Підтримка AVX2.
  • Підтримка ADX.
  • Підтримка SHA.
  • Об'єднання пам'яті PTE (page table entry), яке поєднує 4 kiB таблиці сторінок у 32 kiB сторінки.
  • «Pure Power» (точніші сенсори відстеження енергоспоживання).[22]
  • Smart Prefetch.
  • Precision Boost.
  • eXtended Frequency Range (XFR).[23]

Процесори архітектури Zen випускаються на потужностях GlobalFoundries на 14-нанометровому[en] процесі FinFET,[24] ефективнішому за процеси 32 nm і 28 nm попередніх процесорів AMD FX і AMD APU.[25] Сімейство процесорів Zen «Summit Ridge» на сокеті AM4 мають 95 W TDP (thermal design power).[25] Мобільні продукти з двома ядрами Zen cores мають 5 — 15 W і 15 — 35 W у мобільних продуктах і чотирма ядрами Zen.[26]

Кожне ядро Zen може декодувати чотири інструкції за цикл і містить кеш мікро-операцій який надає мікро-операції для двох планувальників, по одному для цілочислових та операцій із рухомою комою.[27][28] Кожне ядро має два модулі генерування адрес, чотири цілочислових модулі і чотири модулі з рухомою комою. Два модулі з рухомою комою є суматорами і два виконують множення та додавання. Однак використання операцій множення-додавання може завадити одночасному виконанню додавання у одному з модулів додавання.[29] Є поліпшення у модулі передбачення переходів. Розмір кешу L1 — 64 KiB на ядро для інструкцій і 32 KiB на ядро для даних. Кеш L2 має 512 KiB на ядро, і L3 має 1–2 MB на ядро. Кеші L3 уп'ятеро ширші за попередні архітектури від AMD.

Історія і розробка

[ред. | ред. код]

AMD почало планувати мікроархітектуру Zen невдовзі після найму Джима Келлера у серпні 2012 року.[30] AMD вперше представило Zen у 2015 році.

Командою відповідальною за Zen керував Келлер (який звільнився у вересні 2015 року після трьох років роботи)[31] і Майкл Кларк.[32][33][34]

Спочатку Zen планувався на 2017 рік після випуску сестринського базованого на ARM64 ядра K12, але на AMD Financial Analyst Day у 2015 році оголошено, що K12 відкладений на користь розробки Zen, аби встигнути випустити перші засновані на Zen процесори у жовтні 2016.[35]

У листопаді 2015 джерело у AMD повідомило, що процесори Zen протестовані і «відповідають всім очікуванням» і «не мають суттєвих вузьких місць».[36]

Примітки

[ред. | ред. код]
  1. ↑ Linder, Brad (1 лютого 2017). AMD Ryzen chips coming in March, followed by Vega GPU in Q2, 2017. Liliputing. Архів оригіналу за 1 лютого 2017. Процитовано 1 лютого 2017.
  2. ↑ Cutress, Ian. AMD's Future in Servers: New 7000-Series CPUs Launched and Epyc Analysis. AnandTech. Архів оригіналу за 21 червня 2017. Процитовано 8 серпня 2017.
  3. ↑ HP ENVY x360 Convertible Laptop - 15z touch - HP® Official Store. store.hp.com. Архів оригіналу за 10 грудня 2017. Процитовано 26 січня 2019.
  4. ↑ Brad Chacos (8 січня 2016). AMD Zen-based CPUs and APUs will unify around Socket AM4. PCWorld. Архів оригіналу за 2 лютого 2017. Процитовано 26 січня 2019.
  5. ↑ Ryzen™ Threadripper™ Processors | AMD. www.amd.com (англ.). Архів оригіналу за 29 вересня 2017. Процитовано 29 вересня 2017.
  6. ↑ How AMD's powerful Zen chip flouts the SoC stereotype. PCWorld (англ.). Архів оригіналу за 6 лютого 2017. Процитовано 8 березня 2017.
  7. ↑ Cutress, Ian (18 серпня 2016). Early AMD Zen Server CPU and Motherboard Details. Anandtech. Архів оригіналу за 22 березня 2017. Процитовано 22 березня 2017.
  8. ↑ Weekend tech reading: AMD 'Zen' and their return to high-end CPUs, tracking Windows pirates - TechSpot. techspot.com. Архів оригіналу за 11 травня 2015. Процитовано 12 травня 2015.
  9. ↑ AMD: Zen chips headed to desktops, servers in 2016 - The Tech Report - Page 1. techreport.com. Архів оригіналу за 9 травня 2015. Процитовано 12 травня 2015.
  10. ↑ Anton Shilov (11 вересня 2014). AMD: ‘Bulldozer’ was not a game-changer, but next-gen ‘Zen’ will be. KitGuru. Архів оригіналу за 4 червня 2016. Процитовано 1 лютого 2015.
  11. ↑ Software Optimization Guide for AMD Family 17h Processors [Архівовано 12 липня 2017 у Wayback Machine.] / AMD, June 2017
  12. ↑ AMD Zen Confirmed for 2016, Features 40% IPC Improvement Over Excavator. Архів оригіналу за 4 березня 2016. Процитовано 26 січня 2019.
  13. ↑ Ian Cutress (2 березня 2017). The Core Complex, Caches, and Fabric. Архів оригіналу за 25 червня 2017. Процитовано 21 червня 2017.
  14. ↑ Clark, Mike. A New x86 Core Architecture for the Next Generation of Computing (PDF). AMD. с. 7. Архів (PDF) оригіналу за 26 листопада 2016.
  15. ↑ Cutress, Ian. AMD Zen Microarchitecture: Dual Schedulers, Micro-Op Cache and Memory Hierarchy Revealed. Архів оригіналу за 19 серпня 2016. Процитовано 26 січня 2019.
  16. ↑ Mujtaba, Hassan. AMD Opens The Lid on Zen Architectural Details at Hot Chips – Huge Performance Leap Over Excavator, Massive Throughput on 14nm FinFET Design. WCCFtech. Архів оригіналу за 25 серпня 2016. Процитовано 23 серпня 2016.
  17. ↑ Walrath, Josh. AMD Zen Architecture Overview: Focus on Ryzen | PC Perspective. PC Perspective (англ.). Архів оригіналу за 12 жовтня 2017. Процитовано 13 березня 2017.
  18. ↑ Jiménez, Daniel. Strided Sampling Hashed Perceptron Predictor (PDF). Texas A&M University. Архів оригіналу (PDF) за 19 вересня 2016.
  19. ↑ Williams, Chris. 'Neural network' spotted deep inside Samsung's Galaxy S7 silicon brain. The Register. Архів оригіналу за 19 вересня 2017.
  20. ↑ Fog, Agner. The microarchitecture of Intel, AMD and VIA CPUs (PDF). Technical University of Denmark. Архів оригіналу (PDF) за 28 березня 2017.
  21. ↑ а б AMD Starts Linux Enablement On Next-Gen "Zen" Architecture. Phoronix. 17 березня 2015. Архів оригіналу за 8 березня 2017. Процитовано 17 березня 2015.
  22. ↑ AMD Takes Computing to a New Horizon with Ryzen™ Processors. www.amd.com. Архів оригіналу за 12 червня 2018. Процитовано 26 січня 2019.
  23. ↑ Chen, Sam (24 червня 2017). XFR. Custom PC Review. Архів оригіналу за 26 серпня 2018. Процитовано 26 липня 2017.
  24. ↑ Lilly, Paul (23 липня 2016), AMD Shipping Zen In Limited Quantity Q4, Volume Rollout Ramps Q1 2017, hothardware.com, архів оригіналу за 21 квітня 2019, процитовано 26 січня 2019, Zen is being built on an advanced GlobalFoundries-sourced 14nm FinFET process
  25. ↑ а б 14nm AMD Zen CPU Will Have DDR4 and Simultaneous Multithreading (англ.). Softpedia. 28 січня 2015. Архів оригіналу за 10 березня 2015. Процитовано 31 січня 2015.
  26. ↑ AMD's next gen CPU Zen. Shattered.Media. May 2015. Архів оригіналу за 17 листопада 2015.
  27. ↑ AMD's Zen core (family 17h) to have ten pipelines per core. Архів оригіналу за 29 жовтня 2015. Процитовано 26 січня 2019.
  28. ↑ Cutress, Ian (18 серпня 2016). AMD Zen Microarchitecture. Anandtech. Архів оригіналу за 19 серпня 2016. Процитовано 18 серпня 2016.
  29. ↑ AMD, «Software Optimization Guider for AMD Family 17h Processors»
  30. ↑ Jim Keller On AMD's Next-Gen High Performance x86 Zen Core & K12 ARM Core. 7 травня 2014. Архівована копія. Архів оригіналу за 3 січня 2019. Процитовано 26 січня 2019.{{cite web}}: Обслуговування CS1: Сторінки з текстом «archived copy» як значення параметру title (посилання)
  31. ↑ Jim Keller Leaves AMD. Anand tech. Архів оригіналу за 15 жовтня 2015. Процитовано 14 жовтня 2015.
  32. ↑ Merritt, Rick (24 серпня 2016). AMD Reveals Zen of X86. EE Times. Архів оригіналу за 4 березня 2017. Процитовано 3 березня 2017.
  33. ↑ TAKAHASHI, Dean (24 серпня 2016). How AMD designed what could be its most competitive processors in a decade. VentureBeat. Архів оригіналу за 4 березня 2017. Процитовано 3 березня 2017.
  34. ↑ Wong, Adrian (18 квітня 2017). Joe Macri : The Disruptive Nature of AMD Ryzen. TechArp. Архів оригіналу за 22 квітня 2017. Процитовано 20 квітня 2017.
  35. ↑ AMD set to release first ‘Zen’-based microprocessors in late 2016 – document. 12 червня 2015. Архів оригіналу за 13 вересня 2015. Процитовано 30 серпня 2015.
  36. ↑ OC3D :: Article :: AMD Tests Zen CPUs, "Met All Expectation" with no "Significant Bottlenecks" found :: AMD Tests Zen CPUs, Met All Expectation with no Significant Bottlenecks found. Архів оригіналу за 4 листопада 2015. Процитовано 26 січня 2019.

Посилання

[ред. | ред. код]