АНАЛИЗ АРХИТЕКТУРЫ ПРОЦЕССОРА ZEN

ZEN PROCESSOR ARCHITECTURE ANALYSIS

Malanin Danila Dmitrievich

Student, Institute of Integrated Security and Special Instrumentation, Department of Information Security, RTU MIREA,

Russia, Moscow

Chukanov Kirill Vladimirovich

Student, Institute of Integrated Security and Special Instrumentation, Department of Information Security, RTU MIREA,

Russia, Moscow

АННОТАЦИЯ

В декабре 2016 года компания Advanced Micro Devices (AMD) анонсирует, а затем спустя 3 месяца выпускает новую линейку процессоров на архитектуре Zen. Важной особенностью данной линейки процессоров Ryzen стало присутствие некоторой модульности процессоров. В статье будут рассмотрены элементы модульности этих процессоров, шина Data Fabric и ряд технических решений, их достоинства и недостатки, примененные при проектировании новой архитектуры [1].

ABSTRACT

In December 2016, Advanced Micro Devices (AMD) announced and then released a new line of Zen processors three months later. An important feature of this line of Ryzen processors was the presence of some modularity of the processors. The article will consider the elements of modularity of these processors, the Data Fabric bus and a number of technical solutions, their advantages and disadvantages used in the design of the new architecture [1].

Ключевые слова: процессор, AMD, ZEN.

Keywords: CPU, AMD, ZEN.

На рисунке 1 приведена структурная схема линейки процессоров AMD Ryzen 7 на архитектуре Zen. На нем можно наблюдать модули процессора (на рисунке подписаны модуль 0 и модуль 1), каждый из таких модулей состоит из четырех ядер, кэша L1 и L2 для каждого из этих ядер и общий для всех четырех ядер кэш L3. Кроме того можно увидеть шину Data Fabric, которая является шиной ввода/вывода для модуля, вдобавок еще и являющаяся шиной между модулями и шиной, к которой подключены все линии PCI-E, чипсет и двухканальный контроллер оперативной памяти.

Таким образом, в процессорах Ryzen присутствует два контура кольцевых шин:

• контур, находящийся вне модулей и соединяющий эти модули (Data Fabric);
• контур, находящийся внутри каждого из четырехъядерных модулей.

Такая более многослойная архитектура негативно повлияла на задержки при обращении к внешним для процессора устройствам, кроме того, ситуацию отягощает возможность обращаться к кэшу L3 соседнего модуля.

Контроллер ввода-вывода для внешних устройств разделен на несколько шин:

• шина для подключения к чипсету, имеет своим интерфейсом подключения 4 линии PCI-E. Уже к чипсету подключаются многие другие устройства по USB, SATA, PCI-E;
• шина, отведенная под “процессорные” линии USB;
• шина, имеющая своим интерфейсом подключения 4 линии PCI-E, предназначенная для подключения m.2 накопителей;
• шина, состоящая из 16 линий PCI-E для подключения видеокарты.

Кроме того, для процессоров встроенным видеоядром, к шине Data Fabric так же подключается контроллер вывода изображения и звука (на схеме iGPU).

Рисунок 1. Структурная схема AMD Ryzen 7

Оперативная память подключена к контроллеру памяти с пиковой пропускной способность 16 Б/такт, каждый из контроллеров оперативной памяти подключен симметричной шиной к шине Data Fabric с общей шириной 32 Б/такт. С каждым из модулей шина Data Fabric взаимодействует посредством симметричной шины с общей шириной в 32 Б/такт.

Кроме того, важно отметить, что при проектировании архитектуры процессора был выбран внешний тактовый генератор (на схеме BCLK), который задает, по сути, скорость работы всей вычислительной машины. Это решение имеет свой недостаток – частота тактового генератора может быть изменена в очень небольших пределах, так как на нее “завязано” большое количество устройств.

Модульность обеспечивает то, что процессоры Ryzen 7 1700, Ryzen 7 1700X, Ryzen 7 1800 – по сути это один и тот же процессор, но с разными рабочими частотами. Процессоры Ryzen 5 1400, Ryzen 5 1500, Ryzen 5 1600, Ryzen 5 1600X – это те же самые процессоры, но с отключенными блоками (например, шестиядерная модификация получается отключением по одному ядру в каждом из модулей).

В заключении стоит отметить, что архитектура Zen является прорывом на рынке микропроцессоров. Она определенно имеет ряд недостатков, но в то же время, обладает рядом важных преимуществ. В данный момент уже вышла архитектура Zen+, которая по сути является доработанной версией первой архитектуры. Скоро компания AMD должна будет показать свои процессоры на архитектуре Zen2, где обещают полностью переосмысленную концепцию модульности, но на данный момент процессоры на архитектуре Zen и Zen+ все еще в широком обиходе и, видимо, прочно закрепятся на рынке еще на несколько лет [2].

Список литературы:

1. Wikipedia [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/Ryzen, свободный. - Загл. с экрана. (дата обращения: 08.09.2018).
2. Хабр: Второе поколение AMD Ryzen: тестирование и подробный анализ [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://habr.com/ru/company/ua-hosting/blog/412539/. - Загл. с экрана. (дата обращения: 08.09.2018).