AMD Ryzen 6000: технические подробности

Процессоры семейства Ryzen 6000 оснащаются ядрами Zen 3+ и графикой на архитектуре RDNA 2, что позволяет выпускать на их основе компактные, но мощные ноутбуки. С новыми CPU AMD планирует охватить рынок ноутбуков максимально широко. Намного шире не только предыдущих поколений, но также и процессоров главного конкурента Intel. Сегодня мы раскроем некоторые технические подробности, которые остались за кадром во время официальной презентации новых CPU в январе на CES 2022.

Начнем с изменения техпроцесса на TSMC N6 по 6-нм технологии с использованием экстремального ультрафиолета EUV. AMD ожидает намного большей доли выхода годных кристаллов. Официально AMD указывает площадь чипа 210 мм². По измерениям она составляет 12,82 мм × 16,25 мм = 208,33 мм². У предшественника Cezanne площадь была чуть меньше - 180 мм², хотя он был крупнее Renoir с площадью 156 мм². Так что AMD APU становятся все крупнее и крупнее, причина, по большей части, в GPU.

Подписывайтесь на группы Hardwareluxx ВКонтакте и Facebook, а также на наш канал в Telegram (@hardwareluxxrussia).

Интересна еще одна подробность: AMD отказалась от поддержки памяти DDR4 в своем контроллере. Процессоры Rembrandt могут работать только с памятью DDR5 и LPDDR5X.

Но сначала позвольте напомнить процессоры, которые AMD представила в начале года.

Все процессоры серии H производятся по 6-нм техпроцессу и сочетают ядра Zen 3+ с графикой RDNA 2. Но в случае серии U данное правило уже не выполняется, здесь необходимо присматриваться к отдельным моделям.

При разработке процессоров Rembrandt AMD фокусировалась на пяти ключевых характеристиках.

• Техпроцесс: AMD совместно с TSMC разработала оптимизированный 6-нм техпроцесс.
• Ядра Zen 3+: ядра Zen были оптимизированы под эффективность.
• SoC: новый дизайн встроенных цепей питания и разделение некоторых областей.
• Прошивка: новая система управления энергопотреблением позволяет добиться еще большей эффективности.
• Платформа: другие компоненты ноутбука тоже были оптимизированы.

AMD повышает эффективность SoC и уменьшает техпроцесс

AMD внесла в дизайн SoC и схем питания десятки мелких оптимизаций. На некоторых из них мы остановимся более подробно.

В частности, хотелось бы поговорить об улучшениях в архитектуре Zen 3+. AMD повышала эффективность дизайна оптимизациями в разных областях. Например, были пересмотрены C-состояния процессора. Новый режим PC6 Restore позволяет системе быстрее пробуждаться, при этом используются данные процессора, предварительного обращения к операционной системе не требуется. Процессор может сам определять условия сна CC1, переводя ядра в спящий режим, если они не требуются. Кроме того, пробуждаться будут лишь определенные ядра, а не все сразу. Технология Selective SCFCTP Save позволяет учитывать ранее использовавшиеся ядра, чтобы не пробуждать лишние. Новое состояние CCX Light C-State позволяет переводить в режим энергосбережения линии передачи данных Data Fabric, хотя ядра могут продолжать получать данные из кэша и работать.

При производстве кристаллов были снижены токи утечки. AMD оптимизировала поведение процессора в случае пиков энергопотребления в целях повышения эффективности. Технология CPPC Preferred Cores перешла на уровень потоков, она учитывает нагрузку не только на ядра, но и на потоки. Впрочем, у процессора можно по-прежнему выставить только два предпочитаемых ядра. CPPC на основе потоков должна поддерживаться не только под Windows 11, но и под Windows 10. Хотя здесь AMD пока не внесла ясности. В любом случае, пользователь может активировать или деактивировать разделение на основе потоков для процессоров H. Настройка применяется при загрузке, то есть потребуется перезапуск системы.

Наконец, кэш L3 поддерживает отложенную инициализацию, чтобы процессор пробуждался быстрее. Использования кэша было оптимизировано, в случае многих промахов (данные не найдены) кэш не снижает частоту, а остается готовым к новым запросам. Та же самая методика применяется к памяти DRAM, которая будет готова обработать запрос, ее не придется сначала пробуждать из состояния бездействия.

Процессор может быстрее переключаться между разными состояниями, а также более тонко определять поведение отдельных областей. Более быстрые изменения частот обеспечивают экономию энергии, при этом система обеспечивает высокую производительность.

В дизайне SoC изменения затронули новые C-состояния Infinity Fabric, а также улучшенное разделение на области питания (power partitioning), то есть теперь больше областей можно раздельно включать/выключать. Для Display Engine, например, выделен собственный домен питания. Дизайн Cezanne подразумевал три или четыре домена питания, в случае Rembrandt их уже шесть:

• Ядра Zen 3+ (каждое ядро изолировано в собственный домен)
• GPU
• Display Engine
• Fabric и UMC
• USB, Southbridge, SFH
• SoC Z-State Region

Встроенный SMU (System Management Unit) выполняет стробирование частот и питания раздельно для упомянутых областей. Все это позволяет AMD быстрее адаптировать процессор к текущим сценариям, с большей гибкостью. Новый контроллер EDC (Electric Design Constraint) отслеживает характеристики питания в различных областях SoC, при этом он тоже учитывает разделение чипа на несколько доменов.

Новое состояние Z9, например, выключает почти все домены, питание подается только на контроллеры дисплея. В режиме Z10 на дисплей выводится статическая картинка, используется только область VRAM. Отдельные части дисплея могут обновляться с большими интервалами, а окно с выводимым видеороликом будет своевременно обновляться через блок декодирования.

Через Power Management Framework (PMF) AMD может полностью заменить механизмы энергосбережения Windows. PMF использует входные данные, позволяющие определить требования к процессору. На их основе формируются выходные данные, влияющие на частоты, напряжение и многое другое. Ноутбук или процессор адаптируются к нагрузке намного более динамично и более независимо от операционной системы. Система определяет, предпочитает ли пользователь работать с тихим профилем, или ему требуется производительный профиль. Конечно, планы электропитания по-прежнему можно переключать вручную, но пользователь может оставить PMF самостоятельно решать, какие профили применять в тот или иной момент.

Интересно, что технология Duty Cycle Scaling (DCS) не была реализована в APU. В случае дискретных GPU на основе архитектуры RDNA 2 технология DCS позволяет отключать графические ядра. Теоретически она может выключать отдельные потоковые процессоры или CU, в то время как другие будут работать под полной нагрузкой. Такой подход полезен, если нагрузку нельзя разделить между всеми потоковыми процессорами, либо нагрузка недостаточна, чтобы всех их нагрузить. Но DCS выключена в процессорах Rembrandt.

Прирост эффективности и тактовых частот

AMD осталась верна своей стратегии с разработкой Zen 3+, компания не стала выбирать новые пути, а сконцентрировалась на доработке имеющихся технологий. Сложно сказать, насколько успешна такая стратегия. Все же напрямую сравнивать процессоры с продуктами Intel проблематично. Философии при разработке Alder Lake и Rembrandt фундаментально отличаются.

Для мобильной линейки Ryzen 6000 AMD взяла архитектуру Zen 3 и адаптировала ее вместе с дизайном SoC под максимальную эффективность. Здесь можно отметить новые C- и Z-состояния ядер и Infinity Fabric, более эффективное управление памятью и кэшем, разделение чипа на меньшие домены частот и напряжений. В результате процессор стал быстрее и эффективнее. Производство по 6-нм техпроцессу тоже позволило AMD дополнительно раскрыть потенциал, в том числе дать 5-ГГц частоту Boost для флагманов Ryzen 9 6980HX и Ryzen 9 6980HS. Но основные улучшения производительности связаны с более быстрым и гибким дизайном чипа.

Тесты игр и приложений

На первой презентации в рамках CES AMD привела сравнение разных платформ. Среди прочего, сравнивались TDP 28 и 15 Вт, что нельзя назвать честным.

Теперь AMD представила новые тестовые данные, в том числе для 15-Вт Cezanne (Ryzen 4000) против Rembrandt (Ryzen 6000). Есть и значения Intel Tiger Lake на 28 Вт, которые сравниваются с Ryzen 6000 на 15 Вт. В общем сравнении производительности (Ryzen 4000 против Ryzen 5000) AMD получила примерно 17% прирост производительности CPU, 81% прирост производительности GPU и около трех дополнительных часов автономной работы на 15 Вт. В случае 28 Вт AMD видит прирост производительности CPU 30%, GPU 100%, по времени автономной работы не придется идти на какие-либо компромиссы при прежней емкости аккумулятора.

AMD впервые поделилась результатами флагманского процессора Ryzen 9 6900HX. При TDP 45 Вт предшественника конкурента (Core i9-11980HK, Tiger Lake) удалось обойти на 8-47%. Разница по сравнению с собственным предшественником Ryzen 9 5900HX меньше. Следует помнить, что Intel уже представила 12-е поколение Core, которое показало в первых тестах весьма достойную производительность. Но AMD, видимо, пока не успела сравнить новое поколение Intel со своими процессорами.

Показаны результаты производительности встроенной графики линейки Ryzen 6000. Radeon 680M в составе 28-Вт CPU дает в два раза больше fps по сравнению с интегрированной графикой конкурента Intel. Даже по сравнению с дискретной GeForce GTX 1650 MAX-Q встроенная графика Radeon 680M показывает себя неплохо. Все процессоры Ryzen 7 и Ryzen 9 будут оснащаться данным графическим блоком Radeon 680M с 12 CU на частоте до 2,4 ГГц. Radeon 660M в составе Ryzen 5 имеет уже шесть CU с частотой до 1,9 ГГц. Возможности архитектуры RDNA 2 хорошо видны по консолям последнего поколения, хотя и с другим уровнем конфигурации.

Скоро все начнется

Планы по выходу процессоров Ryzen 6000 выглядят следующим образом: с середины февраля (то есть в ближайшие несколько дней) на рынок выйдут первые ноутбуки с процессорами HS. Скорее всего, речь идет о компактных игровых системах с диагональю 15". Первые ноутбуки с процессорами HX и U выходят в середине марта. С процессорами HX AMD нацелилась на high-end игровые ноутбуки.

Линейка U ориентирована на рынок тонких и легких ноутбуков. Здесь ноутбуки впервые обзаведутся поддержкой USB4. Ноутбуки с USB4 выходили и ранее, но использование USB4 возможно только после обновления прошивки. Модели на процессорах Pro для корпоративного окружения выйдут в середине марта.

В прошлом году AMD смогла отъесть долю рынка у конкурента Intel, но недавно продажи AMD вновь показали стагнацию. Бизнес ноутбуков очень консервативен, требуются годы усилий по построению экосистемы, чтобы убедить производителей. Все это очень нелегко, но в итоге AMD сможет оказать большее давление на лидера индустрии Intel.