CPU jádro Zen 2 detailně: nová architektura AMD přináší hlubší změny, než se čekalo

Od
Jan Olšan
-
33

AMD teď na přelomu května a června definitivně odhalilo procesory Ryzen 3000 vyráběné na 7nm procesu a obsahujících nové CPU jádra Zen 2. O této architektuře něco povědělo už loni, ale tehdy neprozradilo všechny změny. Tento měsíc během E3 2019 firma odhalila Zen 2 ve větších podrobnostech a vypadá to, že tato jádra přinášejí o dost větší inovaci, než co se čekalo. V tomto článku se na architektonické změny podíváme podrobně.

Předchozí
Následující

Velikost čipu, pouzdro a fyzické charakteristiky

AMD prozradilo i nějaké informace k čipům, z kterých se procesory Ryzen 3000 (a Epyc 2. generace) skládají a jejich zapouzdření. Ryzen 3000 je rozdělený na dvě části – jeden nebo dva CPU čiplety (CCD, Core Complex Die) a jeden IO čiplet (na slajdech cIOD). Tato separace má asi dva účely. Jednak se CPU čiplety dají snáze sekundárně využít v serverové verzi (Epyc 2 má osm CPU čipletů a odlišnou IO část) a zároveň v desktopovém Ryzenu. Vedle toho asi také ale zlevnily a zjednodušily obtížný a drahý návrh 7nm čipu.

V CPU čipletu se nacházejí toliko jádra CPU, uspořádaná v blocích po čtyřech (s přidruženou L3 cache) a konektivita Infinity Fabric. Tou jsou jádra připojená k IO čipletu, jenž obstarává vše ostatní. IO čiplet je 14nm (u procesorů Epyc) nebo 12nm (Ryzen 3000). Důvod, proč je u Ryzenů 3000 pro IO čiplet použitý 12nm proces, je údajně ten, že to umožnilo dosáhnout na vyšší takty pamětí DDR4.

Prezentace architektury Zen 2 a CPU AMD Ryzen 3000 088
Prezentace architektury Zen 2 a CPU AMD Ryzen 3000 088
Prezentace architektury Zen 2 a CPU AMD Ryzen 3000 089
Prezentace architektury Zen 2 a CPU AMD Ryzen 3000 089

Podle AMD zabírá jeden blok CCX se čtyřmi jádry a 16MB L3 cache plochu asi 31,3 mm². Blok CCX architektury Zen 1 na 14/12nm procesu měřil 60 mm² (44 mm² jádra, 16 mm² za 8 MB cache), takže 7nm proces přinesl 47 % redukci plochy. Nárůst hustoty je tedy značný, přestože jde o složitější architekturu. Celkem má CPU čiplet se dvěma CCX a propojovací logikou Infinity Fabric 74 mm² a má obsahovat 3,9 miliard tranzistorů. IO čiplet měří 125 mm², ale skládá se jen z asi 2,09 miliardy tranzistorů.

Prezentace architektury Zen 2 a CPU AMD Ryzen 3000 092
Prezentace architektury Zen 2 a CPU AMD Ryzen 3000 092

Jiné pájení, 12vrstvý substrát

Ani substrát nebyl u Ryzenů 3000 jednoduchá věc. Socket AM4 totiž dosud měl procesory s jedním uprostřed orientovaným čipem, kdežto nyní musí nést dva nebo tři různé čiplety a zapojit konektivitu ze stejných pinů do nich. Zároveň se ale muselo při hledání pozice pro I/O čiplet hledět na co nejkratší délku vodičů, aby se nezhoršila schopnost pracovat s DDR4 na vysokých frekvencích, nebo zase na to, aby se nezhoršilo chlazení CPU čipletů. Substrát má kvůli těmto komplikacím 12 vrstev. Mimochodem, pouzdro a substrát jsou společné pro jedno a dvoučipletové modely.

Prezentace architektury Zen 2 a CPU AMD Ryzen 3000 147
Prezentace architektury Zen 2 a CPU AMD Ryzen 3000 147

7nm proces má podle AMD zmenšenou rozteč mikrokontaktů na spodku křemíku, kterými jsou čipy napájené na substrát, místo 0,15 mm jen 0,13 mm. Naměstnání potřebných kontaktů na spodek čipu bylo problémové, protože CPU čiplet je poměrně malý, takže kontakty nemohly být větší. U 7nm Ryzenů „Matisse“ je to vyřešeno změnou techniky pájení. Místo klasické kuličky bezolovnaté pájky je použitá menší kulička, která sedí na jakémsi drobném měděném sloupku, jenž je nejdřív vytvořen na substrátu. Toto umožňuje mít kontakty s průměrem jen nějakých 0,05–0,1 mm.

Prezentace architektury Zen 2 a CPU AMD Ryzen 3000 145
Prezentace architektury Zen 2 a CPU AMD Ryzen 3000 145

Použití „sloupků“ pod 7nm čipem jinak také dovoluje sladit výšku s odlišným 12nm IO čipletem, aby oba přesně seděly k rovině vnitřní plochy heatspreaderu. U toho by se údajně nedalo docílit potřebné přesnosti, pokud by měla rozdílná výška čipu vyrovnávána v něm (změnou tloušťky plechu).

Článek pokračuje na další straně.

Galerie: Architektura jádra AMD Zen 2

Prezentace architektury Zen 2 a CPU AMD Ryzen 3000 063
Prezentace architektury Zen 2 a CPU AMD Ryzen 3000 079
Prezentace architektury Zen 2 a CPU AMD Ryzen 3000 081
Prezentace architektury Zen 2 a CPU AMD Ryzen 3000 082
Prezentace architektury Zen 2 a CPU AMD Ryzen 3000 084
Všechny fotografie
Předchozí
Následující

SOUVISEJÍCÍ ČLÁNKYVÍCE OD AUTORA

AMD Ryzen 5000 s jediným CCD čipletem 1600
Hardware

Změna paradigmatu v procesorech AMD. První big.LITTLE Ryzen bude APU Phoenix 2

Procesor AMD Ryzen 5000 pro notebooky APU Cezanne v pouzdru BGA 1600 03
Byznys

Uspěchané mobilní Ryzeny 7000? První notebooky se 4nm čipy AMD musely být odloženy

33 KOMENTÁŘE

  7. Tak tenhle článek mi nasadil do hlavy ještě víc brouků, abych letos přesedlal z 6600K na 12C Ryzen. Bohužel tituly od Turn 10 a Playground jsou neskutečně rozežrané na CPU, takže cílím upgrade na 8C+. Ještě počkám na ceny, protože tam se může ukázat, že si AMD bude chtít nechat trochu vyšší marže. A celkem se divím, že ani Alza nemá katalog nacpaný novými produkty s cenovkou „těšíme se“.

    • Ceny byly ohlášené a měly by asi sedět, jestli nevypukne nějaká nákupní panika, což počítám že nenastane, hlavně ne když se bavíme o vlastně jen retailu (IMHO), tj. 5-10% trhu s PC – a kdyby nastala, tak to bude jenom po omezený čas.
      12jádro by při dnešním kurzu dolaru mělo být za 13 600 Kč s DPH…

        • Jo, bude třeba počkat na recenze a zkušenosti majitelů, jak se to snáší s nějakýma levnějšíma deskama B450-X470 a ušetřit na tý desce, když CPU stojí majlant…

          O víkendu jsem se koukal, že snad všechny Gigabyte s čipsetem B350 (včetně věcí s dvěma DIMM slotama) dostaly BIOS s „full“ podporou Ryzenů 3000 (až po šestnáctijádra podle seznamu podpor. CPU). Samozřejmě když to člověk bude chtít přetaktovat tak to je jiná věc, ale snad to na rozumné desce do třech tisíc poběží dobře aspoň stock.

            • Já to nemyslel jako doporučení, jen jako že ta podpora na starších deskách vypadá nakonec vcelku dobře (i když je tu pořád ten problém, že musíte shánět kus s novým BIOSem nebo řešit, jak novou updatovat).

              Snad teda recenze a zkušenosti potvrdí, že to na řadě 400 bude fungovat bez nějakejch bugů nebo nestabilit (300ky asi zajímají hlavně lidi, co upgradujou). Ještě jsme nepřeskočili…

      • ~13 tísíc korun + MB (které očividně zdraží) mi způsobuje lehčí skřípění zubů. Ve výsledku dobře naceněné 9700K nebo 9900K v reakci na Zen2 by bylo čistě na gaming asi lepší volba. No asi nezbývá nic jiného než čekat, ale už bych letos chtěl přesedlat.

      • Počkejme si na pád dolaru, USA jsou předlužené a stále více produktově ignorované, mají krizi přede dveřmi. Kolik z toho se týká i Kanady, je otázka, ale rozhodně méně. I já se připojuji k pochvale za vysoce informativní článek.