Zen (мікроархітектура)

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до навігації Перейти до пошуку
Zen (мікроархітектура)
Розробник: Advanced Micro Devices
Спрощена ілюстрація мікроархітектури Zen: ядро має 512 КБ кеша 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], 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 iнструкцій 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 Zenмасштабуватися 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 цеглинкою всіх бахованих 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 ALU, два AGU/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 APUs.[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 модуля генерування адрес, чотири цілочислових модуля і чотири модуля з рухомою комою. Два модуля 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 February 2017). AMD Ryzen chips coming in March, followed by Vega GPU in Q2, 2017. Liliputing. Процитовано 1 February 2017. 
  2. Cutress, Ian. AMD's Future in Servers: New 7000-Series CPUs Launched and Epyc Analysis. AnandTech. Процитовано 8 August 2017. 
  3. HP ENVY x360 Convertible Laptop - 15z touch - HP® Official Store. store.hp.com. 
  4. Brad Chacos (8 January 2016). AMD Zen-based CPUs and APUs will unify around Socket AM4. PCWorld. 
  5. Ryzen™ Threadripper™ Processors | AMD. www.amd.com (en). Процитовано 2017-09-29. 
  6. How AMD's powerful Zen chip flouts the SoC stereotype. PCWorld (en). Процитовано 2017-03-08. 
  7. Cutress, Ian (18 August 2016). Early AMD Zen Server CPU and Motherboard Details. Anandtech. Процитовано 22 March 2017. 
  8. Weekend tech reading: AMD 'Zen' and their return to high-end CPUs, tracking Windows pirates - TechSpot. techspot.com. Процитовано 2015-05-12. 
  9. AMD: Zen chips headed to desktops, servers in 2016 - The Tech Report - Page 1. techreport.com. Процитовано 2015-05-12. 
  10. Anton Shilov (11 September 2014). AMD: ‘Bulldozer’ was not a game-changer, but next-gen ‘Zen’ will be. KitGuru. Процитовано 1 February 2015. 
  11. Software Optimization Guide for AMD Family 17h Processors Архівовано 12 липень 2017 у Wayback Machine. / AMD, June 2017
  12. AMD Zen Confirmed for 2016, Features 40% IPC Improvement Over Excavator. 
  13. Ian Cutress (2017-03-02). The Core Complex, Caches, and Fabric. Процитовано 2017-06-21. 
  14. Clark, Mike. A New x86 Core Architecture for the Next Generation of Computing. AMD. с. 7. Архів оригіналу за 2016-11-26. 
  15. Cutress, Ian. AMD Zen Microarchitecture: Dual Schedulers, Micro-Op Cache and Memory Hierarchy Revealed. 
  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. Процитовано 23 August 2016. 
  17. Walrath, Josh. AMD Zen Architecture Overview: Focus on Ryzen | PC Perspective. PC Perspective (en). Архів оригіналу за 12 жовтень 2017. Процитовано 13 March 2017. 
  18. Jiménez, Daniel. Strided Sampling Hashed Perceptron Predictor. Texas A&M University. 
  19. Williams, Chris. 'Neural network' spotted deep inside Samsung's Galaxy S7 silicon brain. The Register. 
  20. Fog, Agner. The microarchitecture of Intel, AMD and VIA CPUs. Technical University of Denmark. 
  21. а б AMD Starts Linux Enablement On Next-Gen "Zen" Architecture. Phoronix. 17 March 2015. Процитовано 17 March 2015. 
  22. AMD Takes Computing to a New Horizon with Ryzen™ Processors. www.amd.com. 
  23. Chen, Sam (24 June 2017). XFR. Custom PC Review. Процитовано 26 July 2017. 
  24. Lilly, Paul (23 July 2016). AMD Shipping Zen In Limited Quantity Q4, Volume Rollout Ramps Q1 2017. hothardware.com. «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. Softpedia. 28 January 2015. Процитовано 31 January 2015. 
  26. AMD's next gen CPU Zen. Shattered.Media. May 2015. Архів оригіналу за 2015-11-17. 
  27. AMD's Zen core (family 17h) to have ten pipelines per core. 
  28. Cutress, Ian (18 August 2016). AMD Zen Microarchitecture. Anandtech. Процитовано 18 August 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.
  31. Jim Keller Leaves AMD. Anand tech. Процитовано 2015-10-14. 
  32. Merritt, Rick (24 August 2016). AMD Reveals Zen of X86. EE Times. Процитовано 3 March 2017. 
  33. TAKAHASHI, Dean (24 August 2016). How AMD designed what could be its most competitive processors in a decade. VentureBeat. Процитовано 3 March 2017. 
  34. Wong, Adrian (18 April 2017). Joe Macri : The Disruptive Nature of AMD Ryzen. TechArp. Процитовано 20 April 2017. 
  35. AMD set to release first ‘Zen’-based microprocessors in late 2016 – document. 12 June 2015. Процитовано 30 August 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. 

Посилання[ред. | ред. код]