Cuatro años han pasado desde que AMD comenzó a trabajar en este proyecto y hoy ve finalmente la luz. Lo conocimos inicialmente como «Zen», esto debido a que asi se llama la arquitectura del core de estos procesadores, la plataforma Summit Ridge y el CPU se llama Ryzen. En esta oportunidad les tenemos el análisis del tope de línea de estos y se llama Ryzen 7 1800X, con 8 núcleos y 16 hilos con un TDP de 95W de puro poder.
Ryzen es el primer intento de AMD de luchar en el segmento High End/Entusiasta desde que introdujo la microarquitectura Bulldozer en el 2011/2012. Esta nueva arquitectura es la primera en contar con SMT (Simultaneous MultiThreading), además es el primer CPU en ser fabricado bajo un proceso igual que Intel, esto luego del primer procesador Athlon.
Desde el punto de vista de la arquitectura Zen es un diseño desde cero, nada de un rediseño basado en otra arquitectura, y todo esto ha sido bajo la dirección de Jim Keller, el mismo que jugo un rol fundamental en la creación de los famosos procesadores Athlon 64, los más famosos y competitivos que ha tenido AMD en su historia. Es por ello que Zen, como microarquitectura, es la mayor apuesta a largo plazo de AMD, y hasta ahora uno de los esfuerzos de ingeniería mas grandes que han tenido hasta la fecha.
Imagen del Die de Ryzen, los 2 grandes bloques corresponden a los 8 núcleos Zen (4 por bloque), cada uno con sus 512KB de memoria cache L2, en medio de estos se encuentra el gran caché L3 de 8MB por bloque. Se nota que es un diseño nuevo.
El núcleo Zen está compuesto por una unidad de punto flotante y un motor de número entero, esta es una gran diferencia con respecto al diseño de Bulldozer, el cual contaba con 2 motores de números enteros y una unidad de punto flotante por núcleo. Cada clúster entero en cada núcleo Zen posee 6 pipelines, 4 ALUs y 2 AGU (Address Generation Units).
Estas AGUs pueden realizar dos cargas de 16 bytes y un almacenamiento de 16 bytes por ciclo a través de una cache de datos L1 de escritura asociativa de 32KB de 8 vías. Según AMD el pasar de una cache write-through a una caché write-back ha reducido notablemente los congelamientos en varios tipos de rutas de código, además estas operaciones en la caché de carga/almacenamiento muestran una latencia menor comparada con el núcleo Excavator.
Las jerarquías de caché de Bulldozer, eran muy lentas y ademas amantes del consumo, esos 2 factores fueron fundamentales y piezas clave en su bajo y pobre rendimiento single thread además de una pésima eficiencia energética. Esto provocó que se diseñara un nuevo subsistema de cache a fin de minimizar la potencia y el tamaño del área, junto con hacerlo tan rápida como lo permitiese el silicio.
De esta forma, agrupando las caches L2 y L3 de una forma inteligente, se minimizaron los tiempos de acceso para cualquier núcleo en cualquier momento. Esta arquitectura write-through de la cache también se ha omitido en favor de una cache write-back mas eficiente en términos de consumo y área. Es por ello que en Zen vemos una cache L3 mas abundante comparado con los núcleos de la familia Bulldozer. Cada núcleo Zen tiene acceso al doble de capacidad de cache L3 comparada con los chips de núcleo Orochi (8 núcleos), estos que conocimos en los FX-8150 y FX-8350, y sus derivados.
Microarquitectura «Zen»: 4 Áreas de Enfoque
A la hora de diseñar Zen, la gente de AMD se decidió enfocar en 4 puntos importantes, estas son: Rendimiento en el núcleo, Rendimiento en la cache, Eficiencia y Escalabilidad.
Rendimiento en el Núcleo
En el lado del rendimiento, «Zen» representa un salto cuántico en capacidad de ejecución por núcleo comparado a los diseños previos de arquitectura. Notablemente, la arquitectura «Zen» posee un programador de instrucciones 1.75 veces mas grande que la generación anterior, este cambio permite al núcleo Zen programar y enviar mas trabajo a las unidades de ejecución. Además, un nuevo cache llamado micro-op le permite bypasear las cache L2 y L3 cuando esta utilizando micro operaciones frecuentemente accesadas.
Otra de las ganancias que posee esta nueva arquitectura es un predictor de rama basado en una «red-neuronal», esto le permite ser mas inteligente a la otra de preparar las instrucciones y rutas óptimas para el trabajo futuro. Junto a todo esto, también puede utilizar «si quiere» la habilidad o capacidad SMT, de manera tal, que pueda incrementar la utilización del pipelines de computo, llenando pequeñas «burbujas» creadas por las aplicaciones dentro del pipelines con operaciones relevantes, todo esto para mejorar el rendimiento en su ejecución.
Rendimiento en el Cache
Un motor de alto rendimiento requiere combustible, y es sobre eso en lo que se basaron para rediseñar completamente la jerarquía de la memoria cache, tal como mencionamos unos párrafos mas arriba, con 64KB de cache L1 dedicada para instrucciones y datos, 512KB de cache L2 dedicada por núcleo y 8MB de cache L3 compartida entre 4 núcleos.
Esta memoria cache está aumentada con un sofisticado prefetcher que recolecta de forma especulativa los datos de las aplicaciones dentro de la cache, para que estén disponibles para su ejecución inmediata. Junto con ello, estos cambios establecen un nivel mas bajo de cache cerca del núcleo logrando hasta 5veces mas ancho de banda entre núcleo y cache.
Eficiencia
Mas que solamente adoptar el proceso de fabricación mas eficiente de 14nm FinFET, Zen utiliza la versión 14nm FinFET de densidad optimizada desde Global Foundries. Esto permite un tamaño de die mas pequeño y un voltaje de operación menor para toda la curva de potencia/rendimiento, además incorpora las últimas metodologías de diseño de bajo consumo tales como, el mencionado anteriormente micro-op cache para reducir el fetching, junto con ello un agresivo consumo de potencia dinámico entre frecuencia de reloj y cambio de estado a zero, lo cual utiliza regiones del núcleo de forma mínima. Finalmente se tiene un stack engine para generación de direcciones de baja potencia hacia el dispatcher.
En esto radica la habilidad de los núcleos Zen para poder pasar de un estado de bajo consumo hacia uno de alta demanda de forma mas eficiente, sin perder rendimiento por culpa de agregar latencia al cambio de estado.
Escalabilidad
La escalabilidad consiste en lo que llaman el CPU Complex (CCX), esto corresponde a lo que anteriormente mencionamos, un modulo nativo compuesto por 4 núcleos y 8 threads (4C8T). Cada CCX posee 64KB de cache L1 para instrucciones y 64KB de cache L1 para dato, 512KB de cache L2 dedicado por núcleo y 8MB de cache L3 compartido entre todos los núcleos. Cada núcleo dentro del módulo CCX puede opcionalmente poseer capacidades SMT para ciertas tareas multi-hilo.
En los procesadores basados en Zen, pueden haber mas de un modulo CCX presentes, en el caso de Ryzen existen 2 módulos CCX lo cual otorga los 8 núcleos y 16 threads en total, cada núcleo dentro del CCX puede ser deshabilitado y entre módulos CCX se comunican a través de lo que se conoce como el Infinity Fabric de alta velocidad.
Este diseño modular permite escalar la cantidad tanto en núcleos, threads y cache según sea necesario de acuerdo al mercado que se quiera apuntar. Además junto con este nuevo «HyperTransport» llamado Infinity Fabric, la comunicación entre módulos y posteriormente entre CPUs va a ser mas fluída y permitirá un mejor rendimiento eliminando cuellos de botella que actualmente se suceden con la forma tradicional de interconexión.
Tecnología AMD SenseMI
SenseMI es un grupo de «sentidos» o multiples sensores que apoyados por algoritmos de aprendizaje complejo y funciones de comando/control del enlace Infinity Fabric, le otorgan inteligencia de máquina al CPU. Esta inteligencia es utilizada para realizar un ajuste fino del rendimiento y el consumo de cada uno de los núcleos de forma independiente, manejando los fetch de cache especulativo, además de realizar predicción de rama basada en Inteligencia Artificial.
Estos sensores se encuentran distribuidos en una red inteligente interconectada que miden con una precisión de 1mV, 1mA, 1mW y 1ºC a raiz de 1000/sec, todo tipo de información vital de telemetría alimentando directamente al Infinity Fabric control loop, de esta forma se realizan ajustes en el CPU en tiempo real, basado en como estan las condiciones ahora y como estarán después.
Pure Power
La red distribuida de sensores que controlan Precision Boost pueden realizar una doble tarea para mantener y contener el consumo de potencia del procesador para cualquier tipo de carga de trabajo que tenga.
La data de telemetría capturada por el loop de optimización Pure Power, permite a cada procesador Ryzen autoinspeccionarse y conocer sus características propias para una correcta administración de consumo y potencia.
Precision Boost
Utilizando datos de corriente/temperatura/carga desde el Infinity Fabric, Precision Boost modula las frecuencias de reloj de los procesadores Ryzen en intervalos de 25MHz. Este control granluado de la velocidad del reloj le brinda a los procesadores Ryzen una libertad de operación tal, que pueden configurarse a casi la frecuencia que uno realmente desea.
Extended Frequency Range (XFR)
Sin duda es de lo que mas se ha hablado con respecto a los procesadores Ryzen, es este pequeño «overclock» que realizan por defecto algunos de los procesadores, específicamente estamos hablando de aquellos procesadores que terminan en «X», como por ejemplo este Ryzen 7 1800X.
En el caso que tengamos una muy buena refrigeración en nuestro procesador, XFR levanta la frecuencia máxima del Precision Boost mas allá del límite normal. Esto se basa en un proceso de extrapolación del límite de separación termal de los transistores del procesador, con esto se gana cierto espacio extra para poder subir la frecuencia. Esto es automático, el usuario no tiene nada que hacer.
Algo que hay que hacer notar, es que XFR no solamente está presente en los procesadores de la serie «X» de Ryzen, sino que opera en todos, solamente que en dichos procesadores se podrá lograr un mejor margen de ganancia en frecuencia comparado a los «no X».
Obviamente al realizar overclock de forma manual, XFR y todas las opciones SenseMI se deshabilitan.
Neural Net Prediction
Dentro de cada procesador Ryzen se encuentra un módulo de Inteligencia Artificial real realizando procesos de red neuronal en tiempo real, aprendiendo el comportamiento de las aplicaciones y especulando su próximo movimiento.
Esta inteligencia artificial predictiva lee data e instrucciones vitales del CPU, y luego de procesarlas predispone al CPU a cualquier carga de trabajo que le llegue.
Smart Prefetch
Los complicados algoritmos de aprendizaje entienden el comportamiento y los patrones internos de las aplicaciones y anticipan el tipo de data que será necesitada para una ejecución rápida en el futuro. Esta funcionalidad predictivamente pre-carga esta data en el gran cache del CPU, de esta forma permite un computo mas rápido.
Soporte Memorias DDR4
Otra de las novedades que incluye esta nueva microarquitectura de AMD, es el soporte de memorias DDR4, y como se puede apreciar en la fotografía de arriba (perdonen la poca claridad), Ryzen soporta memorias DDR4 de hasta 2667MHz de frecuencia.
Lo que hay que hacer mención, es que Ryzen aún no posee un buen soporte de frecuencia en las memorias, ya que hemos sabido de casos en los cuales hay mucha inestabilidad y esto se podrá ver reflejado en los resultados de las pruebas en donde las memorias o su ancho de banda sea el importante. Es un punto que AMD debe mejorar y pronto.
Nuevos Coolers: Wraith 2.0!
Junto con lanzar nuevos procesadores, AMD también presenta nuevos coolers, estos son la nueva versión del afamado Wraith Cooler que vimos con el FX-8350, ahora se tienen 3 variantes siendo la Wraith Max la de mejor desempeño y orientado a la serie 7. Tanto Spire como Stealth utilizan un anclaje de tipo «tornillo», al mas puro estilo de Intel con sus antiguos coolers de la era Pentium/Core. Además de que los últimos poseen un LED RGB en su borde, porque obvio AHORA TODO ES RGB!
Wraith Stealth está diseñado para procesadores de 65W de TDP, Wraith Spire para 95W y Wraith Max para 125W de TDP. El nivel de ruido de cada uno es de 28dBa, 32dBa y 38dBa respectivamente.
Los procesadores de la serie «X», por ejemplo Ryzen 7 1700X y 1800X no vendrán con cooler incluído en el empaque.
Especificaciones familia Ryzen 7
| Ryzen 7 1700 | Ryzen 7 1700X | Ryzen 7 1800X | |
|---|---|---|---|
| Arquitectura | Zen | Zen | Zen |
| Fabricación | 14nm | 14nm | 14nm |
| Transistores | 4.8 Billones | 4.8 Billones | 4.8 Billones |
| Frecuencia base | 3.0 GHz | 3.4 GHz | 3.6 GHz |
| Frecuencia Turbo | 3.7 GHz | 3.8 GHz | 4.0 GHz |
| Núcleos | 8 | 8 | 8 |
| Threads | 16 | 16 | 16 |
| Caché L2 | 4MB | 4MB | 4MB |
| Caché L3 | 16MB | 16MB | 16MB |
| XFR | Si* | Si | Si ~100MHz |
| Desbloqueado | Si | Si | Si |
| TDP | 65 W | 95 W | 95 W |
| Cooler Incluído | Wraith Spire | No | No |
Estas son las especificaciones de estos procesadores que se estrenan en sociedad.
Ahora una captura de CPU-Z de nuestro protagonista, donde se aprecian las diferentes caches por cada núcleo, y la cantidad de núcleos y Threads en total. El voltaje no se lee bien pero es de 1.25V. Las memorias fueron seteadas a 2667MHz a latencias 16-16-16-36 1T @1.35V.
Plataforma de Pruebas y Metodología.
| Plataforma de Pruebas. | |
|---|---|
| Procesador | - AMD Ryzen 7 1800X |
| Placa Madre | - MSI X370 XPOWER GAMING TITANIUM |
| Memorias | - Corsair Vengeance LPX Black 3000MHz 2x8GB |
| Refrigeración | - Noctua NH-U12S SE-AM4 |
| Tarjeta de video | - NVIDIA GTX 1070 8GB |
| Fuente de Poder | - Seasonic X-1250 |
| Almacenamiento | - Corsair MP500 240GB |
| Monitor | - LG 32LD465 |
- Sistema operativo Windows 10 Pro x64.
- Las pruebas fueron realizadas en un ambiente con temperatura de 28ºC aproximadamente.
- La plataforma fue utilizada sin gabinete.
- Los drivers utilizados para las tarjetas gráficas NVIDIA fueron : ForceWare 378.66 WHQL
- Las resoluciones de las pruebas sintéticas son las predeterminadas por cada uno de los benchmarks.
- Las resoluciones de las pruebas reales son de 1920×1080 con todos los gráficos al máximo disponibles en cada juego.
Pruebas 2D.
En estas primeras pruebas de uso de CPU, ya se aprecia que Ryzen está para peleear cosas grandes. El Core i7 5960X queda detrás de el en casi todas las pruebas de esta parte, salvo en las relacionadas al ancho de banda de memoria.
En temas donde la velocidad de reloj es preponderante Intel tiene leve ventaja sobre Ryzen, pero en la otras Ryzen toma la ventaja.
Pruebas 3D.
Se aprecia que en este apartado Ryzen tiene harto que mostrar y pelea codo a codo contra sus contrapartes de Intel, inclusive contra los nuevos Kaby Lake.
Temperatura
Un factor en el que siempre AMD ha traído uno que otro dolor de cabeza, la temperatura puede quitar la gloria de cualquier procesador, aunque tenga un rendimiento excepcional. En esta ocasión AMD ha añadido sistema de refrigeración con un diseño bastante eficiente, para proveer bajas temperaturas y sacar provecho de todo lo que esta nueva generación puede llegar a ofrecer. Para procesadores como el Ryzen 7 1800X el sistema de refrigeración no se encuentra presente, esto porque estamos frente a un procesador que con la activación del XFR las frecuencias aumentarán según lo fresco que se encuentro nuestro procesador, es por esto que un sistema de refrigeración de fábrica no entregará lo necesario para sacar provecho de esto, lo que en ese caso es mejor un sistema avanzado.
Para el AMD Ryzen 7 1800X la temperatura no es su mayor virtud, los elevados números en ciertos estados nos indican que es un procesador con algunos problemas de temperatura, pero nada fuera de lo normal, se nos escapa un poco cuando está en reposo, aunque no cambia mucho cuando está en carga, pero para overclock es necesario un sistema mucho más eficiente que solo un sistema de refrigeración por aire. No debemos olvidar que estamos frente a un procesador 8/16, lo que no es de extrañar que las temperaturas sean altas, de todas formas es un aspecto en el que esperamos que las siguientes mejoras vengan con una mayor eficiencia en este aspecto.
Overclocking.
Llegando a lo que más nos ha sorprendido de este nuevo renacer de AMD, es el apartado de overclocking. AMD Ryzen en su presentación a logrado romper el record de rendimiento en diversos benchmarks dentro de procesadores de 8 núcleos a menor frecuencia que los que tenía Intel hace un tiempo, esto nos demuestra que el modo en que escalan estos nuevos procesadores es mucho mayor a lo que escalan los procesadores Intel.
Software: Ryzen Master.
La necesidad de un software para overclocking en Ryzen era muy necesaria, el software es de fácil uso, te permite medir temperaturas y frecuencias en tiempo real, además de poder mover los multiplicadores por cada núcleos, modificar voltajes y latencias de memoria. Un software bastante completo y sencillo.
En la práctica el software se convierte en una herramienta bastante importante para lograr afinar nuestro overclock, pero nos encontramos que cuando la temperatura no es óptima, el software nos protege y nos impide realizar cambios para no afectar la estabilidad del sistema, lo que para un usuario principiante en esta área es vital.
Con algo de suerte hemos logrado rozar los 4100 MHz, no es una increíble frecuencia luego de subir desde los 3600MHz (como frecuencia base), pero esperamos que esta frecuencia sea la suficiente para mostrar una diferencia notable en el desempeño del procesadores. El tema de la temperatura es algo problemático para lograr aumentar el procesador y llevarlo a una frecuencia similar a los 4.5 Ghz, que es la frecuencia en la que Intel ha logrado llegar y es como una barrera para quienes estamos dentro de este mundo, pero con un sistema de refrigeración por aire es casi imposible llegar.
Ahora corriendo un par de pruebas para ver la ganancia de rendimiento.
Aunque la diferencia entre la frecuencia base y la frecuencia añadida gracias al overclock no fue muy grande, se ve como el rendimiento cambia y bastante. En una prueba multi núcleo, el rendimiento obtenido se hace notar, hemos visto durante esta revisión que el procesador Ryzen obtiene su rendimiento cuando trabaja en conjunto, mientras que en pruebas single, el procesador decae cuando es comparado contra un procesador de la competencia, esto totalmente independiente de la frecuencia.
Conclusión.
Esta más decir que estos nuevos procesadores de AMD han dejado el mundo de los CPU totalmente revolucionado, desde luego, AMD no había ofrecido competencia ya desde hace algunos años y de pronto, ha demostrado estar por sobre su «enemigo» en ciertas pruebas y no solo en rendimiento, sino que también en precio.
Obviamente por estar frente a una tecnología totalmente nueva los primeros meses veremos cómo esta irá madurando y afinando ciertos detalles como lo son las memorias, temperatura, etc. Como todo nuevo siempre nos encontraremos con ciertos detalles.
Para nosotros como usuarios finales, AMD abre el mercado de procesadores a un mercado más competitivo ofreciendo una mayor diversidad de modelos y tecnologías, lo que no veíamos ya desde hace varios años. Este es un primer paso muy importante y uno bien dado, la competencia vuelve y eso nos beneficia a nosotros, ya que la arquitectura Zen resulta ser un cambio radical en cuanto a lo que venía haciendo AMD desde hace mucho tiempo, y con esto han demostrado que Zen tiene mucho que dar. Ryzen es el primer paso, luego se viene Naples en servidores y posteriormente veremos Zen en notebooks y APUs, mas lo que AMD nos tiene que mostrar en sus GPUs con VEGA.
Ryzen desde luego es un procesador excepcional, tanto en rendimiento como en precio, AMD logró crear un procesador totalmente nuevo y con un rendimiento a la altura de la demanda de hoy en día, el modo en que escala por frecuencia es bastante impresionante, dentro de su sistema «boost» el procesador entrega de un momento a otro un salto enorme en rendimiento lo que agiliza ciertos procesos en tan solo un parpadeo.
Esta familia de procesadores Ryzen 7 es el puntapie inicial de la revolución que AMD está creando bajo su arquitectura Zen, pronto llegará Ryzen 5 y Ryzen 3 los cuales estan enfocados en el segmento de mercado bajo los $300USD, algo muy atractivo para esta parte del mundo.
Le falta pulido, es claro y es por ello que no sale vencedor en todas las pruebas, y en algunos casos se ha comportado de forma errática, sobretodo en lo relativo a las memorias, pero como primera iteración en 14nm y con una microarquitectura completamente nueva, este es un gran paso de AMD hacia el buen camino.
Hace mucho tiempo que no hacíamos esto con un procesador de AMD, y es que Ryzen ha demostrado a lo largo de esta revisión que es un producto revolucionario en términos de rendimiento versus su precio contra sus generaciones anteriores, y es por ello que se hace merecedor de nuestro reconocimiento.
