بررسی عمیق معماری Zen 2 پیشرفت ها و ویژگی های آن در قسمت اول
علمی و تکنولوژی › رایانه و سخت افزار
- 98/04/25
در بخش اول این مقاله، ضمن آشنایی بیشتر با آخرین پردازندههای AMD با معماری Zen 2، نگاهی دقیق به ساختار و خصوصیات معماری ۲۰۱۹ شرکت AMD و تغییرات و شگردهای آن خواهیم انداخت.AMD به‌دنبال رونمایی پردازندههای سری ۳۰۰۰ رایزن در رویداد کامپیوتکس ۲۰۱۹، جزئیات بیشتری از معماری استفاده‌شده در این تراشه‌ها با نام Zen 2 و بهبودهای اعمال‌شده در آن ارائه داد. این معماری باعث توانمندی بیشتر پردازندههای جدید AMD در دو بخش پردازندههای خانگی و سازمانی می‌شود. Zen 2 شگفتی‌آفرینی ۲۰۱۹ تراشه‌ساز آمریکایی معماری‌ای نیست که به‌یک‌باره و از صفر AMD صحنه‌گردانی کرده باشد. معماری جدید در واقع بلوغ اولین نسل از معماری Zen به شمار می‌رود. معماری‌های تکامل یافته مهندسان را قادر به کنارگذاردن قسمت‌های کم‌ثمر معماری پایه و بازکردن گره‌هایی با ظرفیت ایجاد گلوگاه و تمرکز بر ترانزیستورهای باقیمانده برای افزایش هرچه‌بیشتر از سطح عملکرد می‌کند.
AMD در ساخت تراشه‌های Zen 2 از ساختار چندچیپلتی استفاده می‌کند. در شرایطی که ساخت تراشه‌های بزرگ با فرکانس‌های بالا روی نودهای سیلیکون تولیدشده با فرایندهای ساخت فشرده‌تر با دشواری فزاینده‌ای روبه‌رو است، سری جدید پردازندههای رایزن با به‌کارگیری چیپلت‌های مجزا، سطح عملکرد و مقیاس‌پذیری تراشه‌های رایزن را به‌طور اساسی دگرگون کرده است. AMD قصد دارد الگوی بکارگیری چیپلت‌ها را در تمام سبد محصولاتش از پردازندههای دسکتاپ سری ۳۰۰۰ تا پردازندههای سرور EPYC Rome گسترش دهد. هر یک از چیپلت‌هایی که AMD در این پردازنده‌ها استفاده می‌کند، شامل ۸ هسته با معماری Zen 2 است.
برای آشنایی بهتر با آخرین پردازندههای AMD، گفتنی است سبد جدید محصولات AMD که در ساخت آن‌ها از هسته‌هایی با معماری Zen 2 استفاده می‌شود، شامل دو بخش مجزا است:
- پردازندههای مصارف عام (دسکتاپ) نسل سوم رایزن که با نام سری ۳۰۰۰ نیز شناسایی می‌شوند؛
- پردازندههای سرور نسل جدید EPYC که با نام Rome شناخته می‌شوند.
AMD جزئیات کاملی درباره‌ی ۶ پردازنده‌ی سری ۳۰۰۰ شامل تعداد هسته‌ها، سرعت کلاک، حجم حافظه‌ی قابل پشتیبانی و توان مصرفی آن‌ها ارائه کرده است. با وجود این، ویژگی‌های پردازندههای سرور EPYC Rome به‌جز برخی مقادیر حداکثری ارائه نشده و انتظار می‌رود در ماه‌های آینده جزئیات بیشتری از این تراشه‌های سازمانی منتشر شود. پردازندههای EPYC Rome با حداکثر ۶۴ هسته نسل دوم پردازندههای EPYC در نقشه‌ی راه محصولات AMD است که این‌بار با معماری Zen 2 تقویت شده است. نسل قبلی این محصولات با معماری Zen که از سال ۲۰۱۷ در بازار‌های اینترپرایز حضور دارد، با عنوان EPYC Naples شناخته می‌شود و حداکثر ۳۲ هسته‌ی پردازشی دارد. در جدول زیر، اطلاعات پردازندههای سری ۳۰۰۰ رایزن (مدل‌های دسکتاپ) درج شده که به‌طور رسمی AMD اعلام کرده است. پردازندههای معرفی‌شده ۶ تا ۱۶ هسته دارند و توان طراحی حرارتی آن‌ها حداکثر ۱۰۵ وات است. قیمت‌ها نیز از ۱۹۹ دلار برای پردازنده‌ی ۶ هسته‌ای Ryzen 5 3600 شروع می‌شود و تا ۷۴۹ دلار برای پردازنده‌ی ۱۶ هسته‌ای ادامه می یابد. تمامی پردازندههای زیر از چیدمان PCIe نسل چهارم ۴+۴+۱۶ و حافظه‌های DDR4 با فرکانس ۳۲۰۰ مگاهرتز پشتیبانی می‌کنند.
شیوه‌ی طراحی Zen 2 در مقایسه با نسل اول Zen تغییر اساسی یافته است. در معماری جدید روش پیاده‌سازی هسته‌ها در تراشه دگرگون شده و این بار هر ۸ هسته در یک چیپلت که با فناوری ساخت ۷ نانومتری TSMC تولید می‌شود، گنجانده شده است. برای مثال، پردازنده‌ای با ۱۶ هسته دربرگیرنده‌ی دو چیپلت محاسباتی است که هر یک ۸ هسته دارد. پردازندههای ۶ تا ۸ هسته‌ای رایزن ۳۰۰۰، تنها یک چیپلت داشته و سایر مدل‌ها دربردارنده‌ی دو چیپلت است. سطح مقطع هر چیپلت ۷۴ تا ۸۰ میلی‌متر مربع است. در هر چیپلت، هسته‌ها به‌صورت دو گروه ۴ تایی بازآرایی می‌شود که به هر یک از این گروه‌ها یک کامپلکس هسته یا CCX اطلاق می‌شود. هر CCX علاوه بر داشتن ۴ هسته، دربرگیرنده حافظه‌ی کش L3 نیز است. گفتنی است میزان کش L3 در معماری Zen 2 در مقایسه با Zen دوبرابر شده است. هر پردازنده علاوه بر چیپلت‌های محاسباتی، دربرگیرنده‌ی یک Die ورودی/خروجی (I/O) واحد بوده، ارتباط میان چیپلت‌ها و این Die از طریق لینک‌های Infinity Fabric (یا IF) برقرار می‌شود. Die ورودی خروجی به‌عنوان گذرگاهی مرکزی برای برقراری تمامی ارتباطات میان تراشه‌ی پردازنده و منابع سیستم عمل می‌کند. این Die میزبان تمامی مسیرهای ارتباطی PCIe و همچنین کانال‌های حافظه و لینک‌های Infinity Fabric برای ارتباط میان چیپلت‌ها یا بین پردازنده‌هاي مجزا است. Die ورودی/خروجی در پردازندههای سرور EPYC Rome بر پایه‌ی فناوری ساخت ۱۴ نانومتری Global Foundries تولید شده؛ اما در پردازندههای سری ۳۰۰۰ رایزن برای ساخت این Die از فناوری ساخت ۱۲ نانومتری این شرکت استفاده می‌شود. با وجود یک Die ورودی/خروجی، هر پردازنده‌ی رایزن مبتنی بر Zen 2 به ۲۴ مسیر ارتباطی PCIe 4.0 (با چیدمان ۴+۴+۱۶) دو کانال حافظه دسترسی دارد.
در مقابل، پردازندههای EPYC Rome نیز با طراحی مشابه و چیپلت‌های Zen 2 ساخته شده، حداکثر از ۸ چیپلت در ساختار خود برخوردار هستند که تعداد هسته‌های پردازنده را به ۶۴ هسته می‌رساند. در اینجا نیز، چیپلت‌های محاسباتی امکان برقراری بی‌واسطه‌ی ارتباط با یکدیگر را نداشته و هر چیپلت به‌طور مستقیم تنها با Die ورودی/خروجی مرکزی در ارتباط است. Die ورودی/خروجی این بار به ۸ کانال حافظه دسترسی داشته و از ۱۲۸ مسیر ارتباطی PCIe 4 پشتیبانی می‌کند.
