Zen'in içi: AMD, güçlü yeni işlemcisini nasıl tasarladı

AMD, Zen CPU yongasında radikal değişiklikler yapmanın bilgisayar ve sunucu pazarlarında yeniden güç olmasını gerektirdiğini biliyordu.

Çip tasarımcılar dört yıl önce Zen tasarımını aşmak için oturduklarında, akılda tutulması gereken iki şey vardı: CPU performansını mümkün olduğu kadar arttırmak ve güç verimliliğini sabit tutmak.

Şirket nihayetinde yerleşti. Bir önceki model olan Excavator'a göre Zen'de yüzde 40'lık bir iyileşme için.

“Ekibimizi yüzde 40'a inandırmakta zorlandık,” diyor AMD'nin kıdemli üyesi Mike Clark. “Bu çok agresif bir hedefti ve rekabetçi olmak için bunu yapmamız gerektiğini biliyorduk.”

AMD, ilk olarak 2015 yılında, çip yol haritasının revizyonu sırasında Zen'i tanıttığı zaman, yüzde 40 CPU iyileştirme hedefini destekledi. Şirket yakın zamanda Zen çiplerini hedefe ulaştığını kanıtlamak için gösterdi.

Zen tutma özelliğine sahip PC'lerin karşılaştırması, CPU'nun performansında yüzde 40'lık bir artış, Intel ve AMD'nin iddia ettiği düşük çift haneli iyileştirmelerle karşılaştırıldığında radikal bir gelişme olacak. son x86 yongaları.

AMD, bir yıldan fazla bir süre önce yeni Zen CPU tasarımının önceki çipinden yüzde 40 daha hızlı olacağını ve bu durumun isabet ettiğini iddia etti.

Intel PC ve sunucu pazarlarında AMD, bazı yeni çiplerle tasarım ve imalat problemleriyle karşılaştı. AMD'nin CPU performansı rakip Intel'in ardında düştü ve Bulldozer mimarisi şirketin gözünde bile tam bir başarısızlıktan çıktı. 2011 yılında kargoya verilen Bulldozer cips, türevlerini dikkate alan takip çiplerini etkiledi.

Zen ile AMD, yongalı günlerini yonga tasarımında yeniden yaşamaya çalışıyor. Zen, AMD'nin 2003 yılında 64-bit sunucu yongaları ve 2004'te çift çekirdekli çipler kadar önemli olabilir. Her iki hamle de AMD'ye o zamanlar Intel üzerinden rekabet avantajı sağladı.

Zen sunucu çipleri ilk önce üst seviyeye ulaşacak. Önümüzdeki yıl oyun iş istasyonları, ardından sunucular ve daha sonra dizüstü bilgisayarlar. Fişler sekiz ila 32 çekirdeğe sahip olacaklar ve 32 çekirdekli yongalar dört işlemcili konfigürasyonlara sahip olacaklardı, ancak bu detaylar henüz kesinleşmedi, dedi Clark.

İlk günden itibaren AMD'nin tasarımcıları, Clark, agresif güç verimliliği hedeflerini göz önünde bulundurarak şirketin çip tasarım sürecinde çok daha sonra ortaya koyduğu bir düşünce olduğunu söyledi.

Tasarımcılar “eşit vatandaş olarak gücü tedavi etmek” için yüzde 40 performans iyileştirme hedefine ihtiyaç duydu.

“Tasarım aşaması boyunca çok dinamik bir yineleme süreci” dedi Clark. “İyi tasarım ölçümlerine sahibiz, bu yüzden gücü kaybetmediğimizi ve saat başına talimatlar olduğunu biliyorduk.”

AMD'nin yeni Zen'i, eski tasarımlara göre büyük bir destek sağlayan yeni bir CPU'dur.

Tasarımcılar, Önceki çiplerdeki mimari zayıflıklar, kâğıt üzerine bir Zen çip tasarımını ortaya çıkardı, sonra işe koyuldu. Yeni mimaride, işlemci çekirdeği başına iki iplik çalışır, bu da gücü verimli bir şekilde sürdürürken performansı artırabilir.

Ayrıca Zen için, daha hızlı ve daha kısa olan yeniden yapılandırılmış bir bellek alt sistemi ile yeni bir çip yapısı geliştirdiler. Makineye daha fazla komut alabilen ve daha hızlı komutların çalıştırılmasına olanak tanıyan yağ boru hattında tasarlandı.

AMD, Zen'deki önbellek yapısını da değiştirdi. L2 önbelleğinin boyutunu 512 KB'ye kısaltmış ve L3 önbelleğinin boyutunu genişletmiştir. Clark, L3 önbellek boyutunu açıklamamıştı ancak önceki çiplerden çok daha hızlı olacağını söyledi. Ancak, bu haftaki Hot Chips konferansında Zen ile ilgili bir slayt, L3 önbellek boyutunu 8MB olarak gösterdi.

Şirket ayrıca çipin tam sayı ve kayan nokta işlem ünitelerini daha dinamik ve tek ve çok iş parçacıklı iş yükleri için erişilebilir hale getirdi. İşlem üniteleri üzerinde işlemlerin yüklenmesi için daha az döngü gerekecektir. Buldozer'deki üniteler ve türevleri dinamik değildi, yaygın olarak bir problem olarak görülüyordu.

Tasarımcılar ayrıca çipin yürütme birimlerini de keskinleştirdi. Zen dağıtılmış bir zamanlayıcıya sahiptir ve bir pencerede daha fazla iş parçacığına görünürlük sağlar. Buldozer, daha karmaşık birleşik bir programlayıcıya sahipti.

Clark, AMD'nin 1996 yılında piyasaya sürülen K5 isimli ilk çip kodunun geliştirilmesinde rol aldı. Zen'le belirlenen hedeflerin karşılanması cesaret verici, ancak hala alan var. performansı artırmak için, dedi.

“İşlem performansına kadar devam etmemiz için hala uzun bir yolumuz var” diye ekledi. “Zen kesinlikle hedef değil, performansı geliştirmek için ilk durak.”