Em 8 de outubroº,2020 A AMD anunciou seus novos processadores de desktop da série Ryzen 5000 baseados na arquitetura Zen 3. Este anúncio foi um dos anúncios de hardware de PC mais esperados do ano. Desde o lançamento da arquitetura Zen original em 2017, a AMD tem seguido uma trajetória ascendente íngreme em termos de melhorias arquitetônicas anuais. Este ano não foi diferente, com a AMD alegando oferecer o maior salto de geração na história dos processadores Ryzen. O que torna esta nova arquitetura tão especial? Vamos dar um mergulho profundo nas melhorias arquitetônicas que são trazidas pelo Zen 3.
A AMD revelou sua arquitetura Zen 3 em 8 de outubro de 2020 - Imagem: Wccftech
O básico da arquitetura Zen
Os processadores Ryzen da AMD usam um design exclusivo que é muito diferente do que seu principal concorrente Intel usa em seus processadores para desktop. Os processadores Ryzen são, na verdade, baseados em vários pequenos chips, ao invés de um grande chip único. Esses diferentes chips se comunicam entre si por meio de uma conexão conhecida como “Infinity Fabric”. A AMD descreve o tecido Infinity como um superconjunto de hipertransporte que permite conectividade rápida entre diferentes chips em processadores AMD. Isso significa que, em vez de um único chip, existem vários pequenos chips no substrato que se comunicam entre si por meio de um link rápido.
Este projeto vem com seus prós e contras. A maior vantagem é a escalabilidade. Um design de chip significa que a AMD pode embalar mais núcleos em um pacote menor, permitindo assim opções de alta contagem de núcleos até mesmo no segmento de orçamento do mercado de CPU. A principal desvantagem desse design é a latência. Os núcleos são fisicamente separados uns dos outros, o que introduz um pouco mais de latência devido ao tempo gasto para os dados viajarem pela malha infinita. Isso significa que o desempenho em aplicativos sensíveis à latência, como jogos, geralmente é inferior ao design de chip único da Intel.
Implementação Zen 2
Os processadores da série Ryzen 3000 foram um grande sucesso no mercado de desktop mainstream. Essas CPUs foram baseadas na arquitetura Zen 2 construída no processo de 7nm da TSMC, que teve algumas melhorias muito interessantes no design da arquitetura Zen. O Zen 2 combinou os núcleos da CPU em Core Complexes de 4 cada, ao mesmo tempo que dividiu o pool de cache L3 de 32 MB em dois pools menores de cache de 16 MB cada. Esses complexos centrais (CCX) foram a base da linha de processadores Zen 2. Cada complexo de 4 núcleos tinha acesso imediato ao cache L3 de 16 MB, o que era importante para melhorar a latência. Isso significava que o Zen 2 era muito competitivo para a Intel em aplicativos sensíveis à latência, como jogos, enquanto superava a Intel em cargas de trabalho multithread.
As diferentes unidades CCX ainda precisavam ser interconectadas por meio do Infinity Fabric, então alguma latência ainda era esperada. No entanto, o Zen 2 ofereceu uma melhoria de 15% no IPC (instruções por relógio) em relação ao Zen + e também ostentou relógios de núcleo mais altos. Esta geração foi importante para a AMD, pois agora eles recuperaram seu caminho na competição com a Intel e têm um enorme potencial de melhoria devido à sua rápida inovação e complacência da Intel.
Os processadores da série Ryzen 3000 baseados em AMD Zen 2 usaram um design multi-CCX - Imagem: Hexus
Alvos para Zen 3
A AMD se propôs a desenvolver o Zen 3 com um objetivo muito claro em mente. Como eles já dominam o lado multithread da competição, a única área onde eles ainda ficam um pouco atrás da Intel é nos jogos. Por melhor que o Zen 3 fosse, ele não poderia roubar a coroa de jogos da Intel devido ao design da equipe azul, que oferece velocidades de clock extremamente altas e baixa latência. Para jogadores puros que desejam a maior taxa de quadros possível, a resposta ainda era a Intel. Portanto, os objetivos da AMD para esta geração eram claros:
- Melhore a latência de núcleo a núcleo
- Aumente as velocidades do Core Clock
- Aumente as instruções por relógio (IPC)
- Aumente a eficiência (maior desempenho por watt)
- Aumente o desempenho de thread único
Considerando que o Zen 2 já tinha um desempenho muito sólido em aplicativos de múltiplos núcleos, foi fácil para a AMD se concentrar quase exclusivamente no desempenho de um único thread para esta geração de CPUs.
Melhorias Zen 3
A AMD falou sobre suas novas CPUs e a arquitetura Zen 3 em sua transmissão ao vivo “Where Gaming Begins” em 8 de outubroº. A AMD afirma que o Zen 3 é o maior salto geracional na história da arquitetura Zen. As novas CPUs Ryzen 5000 ainda são baseadas no processo de 7nm da TSMC, mas apresentam um bom número de melhorias arquitetônicas subjacentes.
Design complexo de 8 núcleos
Provavelmente, a maior melhoria com a nova arquitetura foi o layout totalmente novo. A AMD acabou com o design de CCX múltiplo do Zen 2 e, em vez disso, optou por um único design complexo de 8 núcleos em que todos os 8 núcleos têm acesso a todos os 32 MB do cache L3. Esse redesenho tem grandes implicações em aplicativos sensíveis à latência, como jogos.
Com um complexo de 8 núcleos redesenhado, todo o cache L3 de 32 MB está agora disponível para todos os núcleos - Imagem: AMD
Com cada núcleo em contato direto com o cache e os outros núcleos, melhora a latência significativamente porque os dados não têm a cruz de todo o dado para ir de um lado ao outro. Esse redesenho também melhora a latência efetiva da memória do chip, resultando em maior desempenho para tarefas de thread único.
Melhoria IPC
O layout aprimorado do complexo central não é a única melhoria que o Zen 3 traz. A AMD afirma uma melhoria de 19% no IPC sobre o Zen 2, o que é um número enorme. IPC ou Instructions Per Clock é um indicativo de quanto trabalho a CPU pode fazer por ciclo de clock. A melhoria de 19% é o maior salto que vimos no IPC desde o primeiro lançamento do Ryzen em 2017. A geração anterior de processadores Zen 2 também trouxe uma melhoria bastante massiva de 15% no IPC em relação à arquitetura Zen +.
Esse aprimoramento do IPC significa que a AMD pode competir com os relógios de núcleo altíssimo da Intel, mesmo ficando abaixo de 5 GHz em termos de relógios de pulso. A AMD também descreveu os contribuintes para esse aumento maciço de IPC. De acordo com o material promocional, os principais fatores que contribuem são:
Uma melhoria de 19% no IPC é o maior salto de geração da AMD até agora - Imagem: AMD
- Pré-busca de cache
- Execution Engine
- Preditora de filial
- Cache Micro-op
- a parte dianteira
- Carregar / armazenar
Eficiência aprimorada
Devido à incrível densidade do processo de 7 nm da TSMC, a AMD foi capaz de colocar ainda mais energia nos chips Ryzen, mantendo o mesmo consumo de energia médio. A AMD afirma que os chips da série Ryzen 5000 são construídos com base no mesmo processo de 7nm da série 3000, porém o processo foi refinado e os chips resultantes são, portanto, mais eficientes.
Com uma melhoria impressionante de desempenho por watt de 2,4X, a AMD manteve o consumo de energia sob controle - Imagem: AMD
A AMD também fez uma afirmação ousada de que o Ryzen 9 5900X e 5950X consumirá a mesma quantidade de energia que os 3900X e 3950X de última geração, respectivamente, apesar de ter relógios de pulso mais altos e o IPC aprimorado. O material promocional da AMD citou uma melhoria de “2.4X Desempenho por Watt” em relação à arquitetura Zen original. Este número se alinha com as afirmações da AMD sobre o consumo de energia de 5900X e 5950X, uma vez que agora eles têm clocks mais altos, mas ainda têm os mesmos números TDP de seus predecessores.
Silício refinado, relógios superiores
No final da vida útil da série Ryzen 3000, a AMD lançou uma atualização que adicionou 3 CPUs à série com a marca “XT”. O Ryzen 5 3600XT, Ryzen 7 3800XT e Ryzen 9 3900XT foram exatamente os mesmos CPUs que os modelos básicos, mas com velocidades de clock maiores. Durante o final da vida útil de um produto, o processo de fabricação amadurece e a qualidade do silício melhora. Isso significa que o silício produz CPUs que podem aumentar a velocidade e manter os relógios por mais tempo. É exatamente assim que a linha de CPUs XT se tornou possível.
Com as CPUs Zen 3, a AMD usou o mesmo processo de fabricação maduro e o silício de qualidade superior para construir as CPUs da série 5000 no mesmo nó de 7 nm. Isso permitiu que a AMD aumentasse muito mais os relógios do que a série XT da última geração. Clocks de impulso mais altos, juntamente com IPC mais alto e um redesenho do layout do núcleo significavam que a AMD estava pronta para enfrentar o desafio do desempenho de thread único. As velocidades de clock anunciadas dos 4 processadores da série Ryzen 5000 são as seguintes:
Especificações anunciadas para as 3 CPUs da série Ryzen 5000 - Imagem: AMD
- AMD Ryzen 5 5600X: Base de 3,7 GHz, Boost de 4,6 GHz
- AMD Ryzen 7 5800X: Base de 3,8 GHz, Boost de 4,7 GHz
- AMD Ryzen 9 5900X: Base de 3,7 GHz, Boost de 4,8 GHz
- AMD Ryzen 9 5950X: Base de 3,4 GHz, Boost de 4,9 GHz
Vantagens do projeto de chips
Muitos fatores possibilitaram que a AMD desse um salto intergeracional tão significativo. Um dos maiores é o design dos próprios chips, ou seja, o layout “Estilo Chiplet” da CPU morre. Este design oferece muitas vantagens importantes quando se trata de melhorias geracionais:
- Escalabilidade: Devido ao fato de que os núcleos estão dispostos dentro dos chips no substrato, é possível para a AMD amontoar mais núcleos em um pacote semelhante sem o risco de superaquecimento. O design competitivo da Intel coloca todos os núcleos muito próximos uns dos outros, o que pode ter problemas térmicos drásticos se não configurados corretamente. A AMD, por outro lado, tem obtido sucesso ao usar este design de chip para fazer processadores de 6 núcleos, 8 núcleos, 12 núcleos e até 16 núcleos na plataforma de desktop convencional. Isso significa que a AMD estabeleceu um domínio de contagem de núcleos devido a este design.
- Facilidade de desenvolvimento: Outra grande vantagem desse design é, aparentemente, sua facilidade de desenvolvimento. Durante o processo de desenvolvimento da arquitetura Zen 3, a AMD usou exatamente o mesmo design básico do Zen 2 e depois o modificou. Isso significava que o design já estava aperfeiçoado até certo grau e era fácil para a AMD melhorar nas principais áreas que eles almejavam.
- Desenvolvimento simultâneo de 5 nm: A AMD também destacou que seus planos futuros para CPUs Ryzen baseadas na arquitetura de 5nm também estavam no caminho certo. Isso ocorre porque a arquitetura de design do chip permite que a AMD execute vários fluxos de desenvolvimento simultaneamente. A AMD estava confiante de que seu processo de 5nm chegaria conforme planejado, assim como as arquiteturas Zen 3 e Zen 2 baseadas no processo de 7nm.
AMD afirma que seu processo de 5 nm também está em projeto - Imagem: AMD
resultados esperados
Os processadores da série Ryzen 5000 baseados em Zen 3 prometem ser os líderes da indústria não apenas em cargas de trabalho multithread, mas também em jogos. Pela primeira vez desde 2006, a AMD oficialmente destronou a Intel na corrida pelo melhor desempenho em jogos absoluto (de acordo com as afirmações da AMD). A AMD também afirmou ter o mais alto desempenho de thread único de qualquer chip de desktop com o Ryzen 9 5950X, seguido de perto pelo Ryzen 9 5900X. Vamos dar uma olhada nos resultados esperados das melhorias arquitetônicas trazidas pelo Zen 3.
Liderança em jogos
Com uma melhoria impressionante de 19% no IPC, clock de núcleo aumentado e um sistema complexo de núcleo redesenhado, a AMD deu um salto gigantesco no desempenho de jogos nesta geração. Enquanto o Zen 2 era razoavelmente competitivo com as ofertas da Intel, o Zen 3 planeja vencer a Intel em todas as cargas de trabalho de jogos. A AMD afirma que o Ryzen 9 5900X é em média cerca de 26% mais rápido do que o Ryzen 9 3900X em jogos. Este é um salto gigantesco a ser dado em apenas uma geração.
Além disso, a AMD também afirmou que o Ryzen 9 5900X é mais rápido do que o Core i9-10900K para jogos. Esta é uma grande notícia para os fãs da AMD que e para os entusiastas de PC em geral. Isso agora significa que as principais CPUs da AMD superaram as principais CPUs da Intel tanto em jogos quanto em aplicativos multi-core. Não ajuda o caso da Intel que eles ainda estão presos na arquitetura arcaica de 14nm e seus processadores Rocket-Lake de próxima geração também há rumores de estar em 14nm. Enquanto isso, a AMD está disparando em todos os cilindros com suas ofertas de 7nm no Zen 2 e Zen 3, enquanto também trabalha nos planos de 5nm que aparentemente estão no caminho certo também. Isso pode ter implicações sérias para a participação de mercado de CPU para desktop da Intel.
Os processadores AMD Ryzen série 5000 são mais rápidos em jogos do que as ofertas da Intel - Imagem: AMD
Desempenho aprimorado de segmento único
A AMD tem apresentado melhor desempenho de vários núcleos há algum tempo, mas isso não se traduz necessariamente em melhor desempenho em jogos devido ao fato de que os jogos modernos não fazem uso efetivo de todos os núcleos. Muitos jogos têm um thread dominante, geralmente chamado de “thread mundial”, que é o mais utilizado. O thread mundial é extremamente sensível à latência e ao desempenho de núcleo único. Graças ao redesenho da arquitetura da AMD, a latência foi enormemente reduzida, melhorando enormemente o desempenho deste thread dominante. Isso permitiu que a AMD assumisse a liderança em cenários de jogos.
Isso também significa que o desempenho de thread único da AMD agora é muito superior ao da Intel. Na verdade, a AMD mostrou uma pontuação Cinebench de núcleo único impressionante de 640 para o Ryzen 9 5950X, que foi seguida de perto pela pontuação de 631 para o Ryzen 9 5900X. Essas melhorias também são possíveis devido ao redesenho do complexo central da arquitetura, latência reduzida e relógios de impulso mais altos da arquitetura Zen 3. Leia mais sobre o desempenho de thread único dos processadores da série Ryzen 5000 em Este artigo.
O AMD Ryzen 9 5900X detém uma pontuação recorde de núcleo único de 631 no Cinebench - Imagem: AMD
Desempenho multissegmentado ainda mais alto
Continuando seu domínio sobre o segmento de desempenho multi-threaded, a AMD mostrou números impressionantes novamente para seus processadores da série Ryzen 5000 baseados no Zen 3. Em particular, o Ryzen 9 5900X de 12 núcleos e o Ryzen 9 5950X têm desempenho incomparável em cargas de trabalho de núcleo pesado. A AMD também fez alguns ajustes internos, o que permitiu que o 5950X fosse o processador de desktop mais rápido para trabalho CAD também, pela primeira vez. A AMD o considerou o melhor processador para jogos E o melhor processador para criação de conteúdo, e é difícil argumentar contra essa afirmação. A AMD afirmou um desempenho impressionante de 12% a mais na renderização de cargas de trabalho em relação ao 3950X. Isso torna este processador uma besta absoluta para aqueles que buscam o melhor que a computação desktop tem a oferecer.
Campainhas de alarme para Intel?
Não há dúvida de que a AMD tem aprimorado sua linha de processadores Ryzen a uma taxa quase cega. Eles ofereceram grandes melhorias de desempenho de geração em geração e o Zen 3 promete ser seu maior salto até agora. Embora os processadores da série Ryzen 3000 tenham oferecido um valor excelente em termos de contagem de núcleos e preços, eles ainda estavam atrás da Intel em uma carga de trabalho principal: jogos. A AMD estabeleceu uma forte liderança em quase todos os outros aspectos do mercado de desktops, seja renderização, codificação, produção de vídeo ou streaming, mas eles precisavam ultrapassar a Intel em jogos para ser realmente o melhor processador indiscutível.
Graças ao incrível design arquitetônico dos processadores Ryzen, ao processo de 7nm da TSMC e ao brilhante planejamento e execução da equipe de desenvolvimento da AMD, eles finalmente conseguiram com o Zen 3. Este lançamento deve estar soando alarmes na sede da Intel. A Intel é uma empresa enorme e não há como eles não responderem a isso, mas certamente ficaram atrás da AMD no que diz respeito à velocidade de desenvolvimento. O principal obstáculo que a Intel tem que superar é seu processo de 14nm antigo, que tem usado desde Skylake.
Mapa arquitetônico da Intel - Imagem: Wccftech
A Intel teve problemas bem documentados com seu processo de 10 nm e, portanto, ainda não são capazes de lançar chips para desktop baseados nessa arquitetura. No entanto, as marés podem mudar em breve, já que a Intel lançou com sucesso suas recentes CPUs para laptop com o codinome “Tiger Lake”, que são baseadas na arquitetura de 10nm. Esses chips de laptop oferecem grandes melhorias em desempenho e eficiência em relação à última geração, e é plausível que a Intel possa estar trabalhando para transportar esse processo para CPUs de desktop. Se a Intel conseguir deixar seu processo de 10 nm funcional, os próximos anos serão muito interessantes para os entusiastas do desempenho de CPU.
