AMD Ryzen 7 3700X & Ryzen 9 3900X review: Intel voorbij?!

Zo zit een Ryzen 3000-CPU in elkaar

Zoals geschreven worden de nieuwe 3^e generatie Ryzen processors geproduceerd middels een state-of-the-art 7nm-procedé. AMD werkt hiervoor samen met de Taiwanese chipfabrikant TSMC. Het 7nm procedé is qua transistorgrootte vergelijkbaar met Intels nieuwe 10nm-procedé, maar waar Intel grote moeite heeft om überhaupt chips op dit procedé te fabriceren, lijkt TSMC het nieuwe proces goed in de vingers te hebben. De opbouw van de nieuwe Ryzen-processors is echter compleet anders dan bij de vorige generaties.

De 1^ste en 2^e generatie Ryzen processors waren respectievelijk een 14nm of 12nm chip met 8 cores aan boord. Wie de heatspreader van een 3^e generatie Ryzen processor verwijdert, komt afhankelijk van het type twee of zelfs drie chips tegen. Voor de nieuwe processors maakt AMD namelijk gebruik van een zogenaamd chiplet-ontwerp: relatief kleine chips met specifieke functionaliteit, die binnen een processor naast elkaar geplaatst worden.

De 12- en 16-core Ryzen 3000-chips hebben twee 7nm CPU-chiplets (bovenin)
en een 12nm I/O-chip aan boord.

Afhankelijk van het type hebben de Ryzen 3000-processors een of twee op 7 nm geproduceerde cpu-chiplets aan boord. Deze kleine cpu-chiplets (CCD ofwel core complex die in jargon) bevatten elk acht cores en dus twee CCX’en van elk vier cores, met elk 512 kB L2-cache en 32 MB gedeelde L3-cache. Daarnaast bevatten de processors een op 12nm bij Global Foundries gebaseerde I/O-chip. In de I/O-die (om het juiste jargon te gebruiken: coherent I/O die ofwel cIOD) zitten vervolgens onder meer de geheugen- en pci-express controllers.

De chiplets communiceren middels AMD’s Infinity Fabric-technologie met de I/O-die. Die Infinity Fabric communicatie biedt een snelheid van 32 bytes per klokslag. In de I/O-die (om het juiste jargon te gebruiken: coherent I/O die ofwel cIOD) zitten vervolgens onder meer de geheugen- en pci-express controllers.

Er zijn meerdere redenen om voor deze opbouw te kiezen. Allereerst: zaken als geheugen- en I/O-controllers schalen in de praktijk minder goed naar kleinere transistors en kunnen weinig profiteren van een nieuw productieprocedé. Door deze functionaliteit te implementeren middels een bestaand procedé, kan veel geld worden bespaard: 12nm chips zijn immers veel goedkoper om te fabriceren van 7nm chips en de yields (het percentage chips dat volledig werkend van de band rolt) liggen ook hoger. De cpu cores en caches kunnen juist wél profiteren van de voordelen van 7 nm. Door het chiplet-concept zijn deze chips relatief klein, wat de yields weer ten goede komt. Daar komt bij dat AMD een stuk flexibeler is: in de modellen met maximaal 8 cores wordt één cpu-chiplet geplaatst, in de modellen met 12 of 16 cores zitten er twee.

Als AMD voor de conventionele methode had gekozen van alle functionaliteit in één chip, had men vermoedelijk slechts één exemplaar kunnen maken en waren de uiteindelijke kosten per processor veel hoger geweest. Het 7nm-procedé is volgens AMD onder andere duur qua productie omdat er voor veel lagen in het chipontwerp wel tot vier lithografiemaskers nodig zijn.

Volgens AMD’s CTO Mark Papermaster biedt het 7nm-procedé ten opzichte van de bestaande 14nm/12nm procedé’s eerst en vooral een verdubbeling van het aantal transistors dat op een bepaald oppervlak geplaatst kan worden. Dat maakt dat het nieuwe procedé voldoende mogelijkheden biedt om functionaliteit of cachegeheugen uit te breiden. Een andere belangrijke stap is er op het vlak van efficiëntie: volgens Papermaster gebruikt een op 7 nm gefabriceerde processor op een identiek prestatieniveau slechts de helft van de energie van een 14nm-exemplaar. Wanneer juist het energieverbruik gelijkgetrokken wordt, zou een 7nm-processor ruim 25% beter kunnen presteren.

AMD geeft verder aan aangenaam verrast te zijn met hoe TSMC’s 7nm-procedé uiteindelijk presteert. Toen het jaren geleden met de nieuwe Zen 2 architectuur begon, hield men er rekening mee dat 7 nm problemen zou kunnen geven om hoge klokfrequenties te bereiken. Op oude, interne roadmaps stond de Zen 2 architectuur zodoende enkel op de planning voor serverchips met veel cores, maar een relatief lage klokfrequentie.

Toen bleek dat het 7nm-procedé qua klokfrequentie niet onderdeed voor 12nm en zelfs misschien wel iets hogere klokfrequenties zou kunnen bieden, kwamen ook desktopproducten in beeld. Waar AMD bij de eerste generatie Ryzen (14nm) een maximale klokfrequentie van 4,1 GHz kon behalen en bij de tweede generatie Ryzen (12nm) een maximale klokfrequentie van 4,35 GHz, gaat er bij de 3^e generatie Ryzen nog eens 250 MHz bovenop: 4,6 GHz dus. En een klein aantal van de chips gaat zelfs nog iets verder, waardoor de 16-core Ryzen 9 3950X een officiële turbofrequentie van 4,8 GHz kan krijgen.

Overigens lijkt Intel met zijn 10nm-procedé wél tegen deze uitdaging aan te lopen: vandaar ook dat op uitgelekte roadmaps voor de komende twee jaar alleen nog 14nm desktop-cpu’s bij Intel op de planning staan.

Kortom, dankzij de overstap naar 7 nm krijgt AMD alleen al dankzij de nieuwe transistors een prestatietoename cadeau. Daar blijft het niet bij: dankzij de verbeterde Zen 2-architectuur gaan de prestaties nog verder omhoog.