Всичкo за важните особености на архитектурата AMD Zen

Съвсем скоро на пазара ще излязат първите процесори AMD Ryzen, базирани на новата процесорна архитектура Zen. За нея вече писахме неведнъж на страниците на pcworld.bg, но тъй като тя има редица важни отличия от предходната  Bulldozer, решихме, че едно обобщение на всичко известно до момента си заслужава усилията, а и може да ви бъде и доста полезно.   Точно затова в този материал ще опитаме да хвърлим светлина върху някои от най-важните аспекти на архитектурата Zen важни аспекти.

Първо ще започнем с micro-op cache паметта.  Спрямо Bulldozer архитектурата на AMD, при Zen се е появил нов кеш - кеш памет за микрооперациите (micro-op cache).  При Bulldozer такъв кеш не е предвиден и извличането на често използваните микроинструкции,  става от другите кешове. Подобна кеш памет, Intel използват в техните процесори от няколко поколения насам. Появата на такава кеш памет в процесорите на AMD, цели именно увеличаването на скоростта на работа.


Всичкo за важните особености на архитектурата AMD Zen

© PCWorld България, pcworld

Другото подобрение, което е налице при архитектурата Zen, е  усъвършенстван механизъм за предсказване на преходите (branch prediction),както и възможността на процесорите да декодират 4 инструкции за такт, зареждайки ги от опашката с операции. Тази опашка с помощта на кеша за микроопераците, може да зарежда  шест операции за цикъл в планировчика (scheduler). Възможно е зареждането и на повече операции на цикъл, ако декодерът може да подаде команда, която после да се раздели на две микрокоманди. Опашката с микрооперации, може отделно да подава операции с цели числа (int) и  такива с плаваща запетая (fp). Тоест, AMD ще използват при ZEN архитектурата отделни планировчици, вместо един общ, както е при процесорите на Intel.
Целочислената част, отговаря за работата с операции в аритметично-логическите устройства (ALU), а също така и със зареждането на инструкции и съхранението в блока за генериране на адреси (AGU). Блокът за генериране на адреси  за един цикъл може да изпълнява две зареждания по 16 байта  и едно съхранение на 16 байта, използвайки 32 KB 8-канален, множествено асоциативен с обратен запис (write-back**) кеш от първо ниво (L1). Процесорите от предходното поколение, използват кеш с проходен запис (write-through*), който се явява като причина за сериозно забавяне при обработката на част от кода. Също така, в новите процесори с архитектура ZEN операциите за зареждане/съхранение ще имат значително по-малко време на изчакване в пределите на кеша, в сравнение с предшествениците им.  
Частта с плаваща запетая включва по два блока за умножение (MUL) и суматор (ADD), които осигуряват за един цикъл, едновременна обработка на две команди за умножение-събиране с еднократно закръгление (FMAC) и една 256-битова AVX команда. Съчетанието на блоковете за целочислени операции с тези с плаваща запетая показва, че AMD са създали в ZEN архитектурата така наречените големи ядра, които ще извършват много паралелни изчисления на ниво команда. 


Всичкo за важните особености на архитектурата AMD Zen

© PCWorld България, pcworld


Устройството на кеш паметта също е претърпяло изменение при архитектурата ZEN. Обемът и асоциативността на кеша за данни от първо ниво (L1-D) е удвоен в сравнение с предходната архитектура – Bulldozer.  Кеша  за инструкции от първо ниво (L1-I), в новата архитектура, не е разделен между двете ядра. Също така му той е с удвоена асоциативност, което снижава броя на грешките, като също му е намалена и латентността. 
На всяко ядро се пада по 512 KB кеш от второ ниво (L2),  8-way асоциативен (осем канала), което е два пъти повече от процесорите Intel Skylake/Kabylake (256 KB на ядро, 4-way). Що се отнася до кеша от трето ниво (L3), то той е 16 MB или два блока по 8 MB за всяка четворка ядра - на всяко ядро се падат по 2 MB 16-way  L3 кеш. На практика обаче, в процесорите от Zen архитектурата, няма да има общ LLC кеш, както е при процесорите на Intel. От AMD обещават петкратно увеличение на пропусквателната способност на кеша в сравнение с предходната, Bulldozer архитектура.


Всичкo за важните особености на архитектурата AMD Zen

© PCWorld България, pcworld

В новата архитектура Zen е отделено особено внимание на въпросите, свързани с потреблението на електроенергия. На първо място, достатъчно ниско енергопотребление в процесорите с  архитектура Zen осигурява използването на 14 nm  технологичен процес FinFET на Global Foundries. Този процес не е изобщо нов за компанията и вече е отработен с GPU чиповете Polaris. Само че за разлика от него, при Zen се използва негова оптимизирана по отношение на плътността версия, която позволява създаването на транзистори с много ниска консумация.  Освен технологичният процес, за намаляване на консумацията на електроенергия и увеличаване на ефективността на работа са използвани някои подобрени и модифицирани методи и технологии, взаимствани (и доказали се) от мобилните процесори Carrizo и Bristol Ridge.


Всичкo за важните особености на архитектурата AMD Zen

© PCWorld България, pcworld

За снижаването на енергопотреблението способства и агресивният Clock Gating (забрана за подаване на тактова честота на частите от процесора, които не се използват), кешът от първо ниво с „обратен запис”, използването на голям обем кеш за микрооперации, както и други нововъведения в архитектурата Zen.


Всичкo за важните особености на архитектурата AMD Zen

© PCWorld България, pcworld

Както отдавна е известно, всяко ядро на процесорите с архитектура Zen, поддържа два потока или едновременна многопоточност (Simultaneous multithreading или SMT). Цялата сложност на реализация на тази технология се състои в това, че потоците не трябва да се блокират един с друг, като зареждат всички налични буфери и кеш памет. Именно тук за тази технология е най-подходящ собственият за всяко ядро L2 кеш, разделението на блокове INT и FP, както и други особености, позволяващи да се раздели натоварването.  
--------------
*Write-through  - най-простият метод на запис в кеша, при който едновременно се записва информацията в клетките на кеша и клетките на оперативната памет. По отношение на записаната информация е най-сигурен, но е и най-бавен -  латентността при запис се определя от латентността на оперативната памет, която е много по-голяма от тази на кеш паметта и поради тази причина, този метод е целесъобразно да се използва само, когато имаме единичен запис и множество прочитания на записаната на този адрес информация.

**Write-back – при този метод, информацията се записва в кеша, всеки път, когато настъпи промяна в данните, а в оперативната памет се записва през определен интервал от време и при определени условия. Определено този метод е по-ефективен от към латентност и скорост от предния, но при него има една друга  опасност – време през което  данните за един адрес в кеша и оперативната памет не съвпадат. Ако в този момент, на някоя приложна програма и са необходими  данните от този адрес, ще възникне фатална грешка. Затова, при този метод има доста по-усложнен конролер на кеша, който в горния случай първо трябва да актуализира данните в оперативната памет с тези на кеша и след това да разреши достъп на въпросното приложение до този адрес. 


Всичкo за важните особености на архитектурата AMD Zen

© PCWorld България, pcworld

А ето и какво получихме от AMD в последния ден на февруари. Кашонът вече е отворен и скоро ще можете да разберете какво точно имаше вътре и как се представи то в нашите тестове ;о)

Twitter icon Facebook icon
Този сайт използва бисквитки (cookies). Ако желаете можете да научите повече тук.