AMD Ryzen

Architektura

W procesorach Ryzen zastosowano inną koncepcję wielowątkowości niż w rodzinie AMD FX. Zamiast klastrowej wielowątkowości (CMT), w której dwa rdzenie zespolono w moduł dzielący niektóre zasoby i jednostki wykonawcze, w architekturze Zen wykorzystano wielowątkowość współbieżną (SMT), stosowaną także w większości współczesnych procesorów konkurencji (np. w układach Intel Core czy Intel Atom).

Układ przewidywania skoków w Zen korzysta z mechanizmu perceptronowego. Zastosowanie perceptronu w tym celu zostało opisane w literaturze naukowej wcześniej, jednak Zen to pierwszy potwierdzony przypadek użycia sieci neuronowej w praktyce w układzie komercyjnym.

Zestaw instrukcji procesorów Ryzen został rozszerzony o instrukcje znane z procesorów firmy Intel, m.in. RDRAND i RDSEED (do generowania liczb losowych), instrukcje przyspieszające szyfrowanie algorytmami wykorzystującymi funkcje SHA oraz tryby ograniczonego dostępu do pamięci SMAP i SMEP. Dodano też nowe instrukcje dotyczące pamięci podręcznej: czyszczenie całej linii cache oraz łączenie stron 4-kilobajtowych w 32-kilobajtowe.

Planiści (ang. schedulers) i jednostki wykonawcze procesorów Ryzen różnią się od poprzednich generacji. Mikrooperacje trafiają do sześciu osobnych planistów: po jednym dla każdej z czterech jednostek arytmetyki stałoprzecinkowej i dwóch jednostek generowania adresów. Liczba sześciu jednostek wykonawczych jest zbliżona do rozwiązań w mikroarchitekturach Haswell i Skylake (które posiadają trzecią jednostkę generowania adresów). Każdy planista śledzi 14 instrukcji, co daje łącznie 84 instrukcje – niemal dwukrotnie więcej niż w procesorach poprzedniej generacji.

W przeciwieństwie do jednostek arytmetyczno-logicznych (ALU) w procesorach Intela, w układach Ryzen są one symetryczne – mają identyczne możliwości wykonywania instrukcji i nie są wyspecjalizowane. Procesory te mogą prowadzić jednocześnie dwa wątki dzięki technice SMT, analogicznej do Hyper-threadingu. Technologia ta udostępnia niemal wszystkie zasoby procesora dla obu wątków i może zostać wyłączona w UEFI niektórych płyt głównych.

Pierwsza generacja (Zen) i Zen+

12 lutego 2018 roku miała miejsce premiera jednostek Ryzen 3 2200G i Ryzen 5 2400G. W stosunku do starszych modeli otrzymały one zintegrowane układy graficzne (odpowiednio Radeon RX Vega 8 i RX Vega 11).

W kwietniu 2018 roku wydano odświeżone jednostki AMD Ryzen oparte na mikroarchitekturze Zen+. Procesory zostały wykonane w 12-nanometrowym procesie technologicznym, co pozwoliło zwiększyć taktowanie przy jednoczesnym obniżeniu napięcia zasilającego. Ulepszono również układy zarządzające energią i taktowaniem.

11 czerwca 2019 roku zadebiutowały modele Ryzen 3 3200G i Ryzen 5 3400G, zastępujące układy z lutego 2018 roku. Nowe procesory, podobnie jak poprzednicy, wyposażone były w zintegrowany układ graficzny, jednak oparto je na mikroarchitekturze Zen+ w 12-nanometrowym procesie technologicznym.

Zen 2

7 lipca 2019 roku wydano jednostki Ryzen oparte na mikroarchitekturze Zen 2, wykonane w 7-nanometrowym procesie technologicznym. Zmiany objęły m.in. wzrost współczynnika IPC, obsługę interfejsu PCI Express 4.0 oraz zwiększenie pamięci podręcznej L3.

Wraz z trzecią generacją wprowadzono linię Ryzen 9. Model 3900X był pierwszym procesorem konsumenckim wyposażonym w 12 rdzeni. 25 listopada 2019 roku wydano model Ryzen 9 3950X, który posiadał 16 rdzeni.

W czerwcu 2020 roku zaprezentowano modele 3600XT, 3700XT oraz 3900XT, stanowiące odpowiedź na konkurencyjne jednostki oparte na mikroarchitekturze Comet Lake. Zmiany ograniczono do podniesienia taktowania. Procesory te charakteryzowały się wyższymi cenami startowymi w porównaniu do dostępnych równolegle starszych odpowiedników. 21 lipca 2020 roku zadebiutowała seria Ryzen 4000G (mikroarchitektura Zen 2 ze zintegrowanym układem graficznym), w tym energooszczędne wersje „GE” z TDP obniżonym z 65 na 35 W. Recenzenci odnotowali wzrost wydajności obliczeniowej względem serii 3000G, przy jednoczesnym spadku wydajności zintegrowanego układu graficznego.

Zen 3

W listopadzie 2020 roku zaprezentowano procesory Ryzen 5000 (Zen 3, 7 nm). Architektura ta wprowadziła przeprojektowany układ CCX, umożliwiający ośmiu rdzeniom współdzielenie jednej pamięci podręcznej L3, co wpłynęło na wzrost IPC. Flagowy model Ryzen 9 5950X oferował 16 rdzeni i 32 wątki, zachowując kompatybilność z podstawką AM4.

Ewolucja między architekturą Zen 2 a Zen 3 jest dobrze zauważalna na przykładzie 6-rdzeniowych procesorów budżetowych. Układ Ryzen 5 5500 (Zen 3) osiąga około 9% wyższą wydajność wielowątkową i do 20% lepszą wydajność w zastosowaniach jednordzeniowych względem starszego modelu Ryzen 5 3600 (Zen 2). Różnice konstrukcyjne sprawiają jednak, że starsza jednostka dysponuje dwukrotnie większą pojemnością pamięci podręcznej L3 (32 MB względem 16 MB) i obsługą interfejsu PCIe 4.0, przy wyższym maksymalnym zapotrzebowaniu na energię.

W marcu 2022 roku zaprezentowano Ryzen 7 5800X3D – pierwszy procesor z technologią 3D V-Cache (dodatkowe 64 MB pamięci L3 na stosie krzemowym, łącznie 96 MB). Jednostka ta osiągała wysokie wyniki w testach wydajności w grach komputerowych na platformie AM4. W segmencie mobilnym w latach 2021–2022 wydano serie Ryzen 5000 Mobile (Zen 2 i Zen 3) oraz Ryzen 6000 Mobile (Zen 3+, grafika RDNA 2).

Zen 4

W drugiej połowie 2022 roku zadebiutowała seria Ryzen 7000 (Zen 4) dla nowego gniazda AM5. Procesory wykonano w litografii 5 nm (rdzenie) i 6 nm (I/O). Wprowadzono obsługę pamięci DDR5, PCI Express 5.0 oraz zintegrowane GPU RDNA 2. W styczniu 2023 roku zaprezentowano warianty X3D (m.in. Ryzen 9 7950X3D, Ryzen 7 7800X3D) z powiększoną pamięcią L3.

W segmencie mobilnym wprowadzono serię Ryzen 7000 Mobile. Modele serii 7040 wyposażono w układy graficzne RDNA 3 oraz akcelerator SI (Ryzen AI). W 2024 roku wydano serię 8000G dla komputerów stacjonarnych (APU z grafiką RDNA 3).

Zen 5

W czerwcu 2024 roku zapowiedziano serię Ryzen 9000 (mikroarchitektura Zen 5) dla gniazda AM5. Procesory te cechują się zmodernizowaną architekturą i wyższym współczynnikiem IPC. W drugiej połowie roku zaprezentowano warianty X3D (np. Ryzen 7 9800X3D) z drugą generacją technologii 3D V-Cache. Wprowadzono również mobilną linię Ryzen AI 300 (Zen 5/5c, grafika RDNA 3.5, NPU).