Zen 3

4. Generation der Zen-CPU-Mikroarchitektur von AMD

Zen 3 ist eine Prozessor-Mikroarchitektur (x86-64) des Unternehmens AMD. Zen 3 ist nach Zen, dem Refresh Zen+ und Zen 2 die dritte Generation der unter den Markennamen „Ryzen“ und „Epyc“ 2017 eingeführten Zen-Prozessoren. Es wurde gegenüber Zen 2 sowohl die Architektur als auch die Herstellungsprozesstechnologie optimiert, AMD spricht hier von 7nm+. AMD hat diese Prozessorgeneration am 8. Oktober 2020 wegen der Covid-19-Pandemie per Livestream vorgestellt. Die in 7-nm-Prozesstechnologie (N7) bei TSMC hergestellten CPU-Dies bestehen aus 8 Kernen (Core Complex oder „CCX“)-Bausteinen mit 32 MB Level-3-Cache, die über „Infinity Fabric“ genannte serielle Hochleistungsverbindungen gekoppelt werden. Laut AMD hat Zen 3 die bisher größten Anpassungen an der Zen-Architektur erfahren. Insgesamt bietet Zen 3 laut AMD bis zu 24 Prozent mehr Leistung pro Watt als Zen, eine um 19 Prozent höhere IPC und insgesamt rund 26 Prozent mehr Leistung als Zen 2. Erhältlich sind alle genannten Prozessoren seit dem 5. November 2020.

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Produktion: seit 2020
Produzent: TSMC
Fertigung: 7 nm
Befehlssatz: AMD64 (x86-64)
Mikroarchitektur: x86-Prozessor
Sockel: AM4
Namen der Prozessorkerne:
  • Vermeer (Desktop-CPUs)
  • Milan (Server-CPUs)
  • Cezanne (Laptop-CPUs)

Ryzen 5000 sind sockelkompatibel zu den Vorgängern, passen also in Hauptplatinen mit dem Sockel AM4 und sind Board-abhängig nach einem zuvor erfolgten BIOS-Update nutzbar. Die 500er-I/O-Hubs X570, B550 und A520 sind grundsätzlich kompatibel, sofern sie mindestens mit der AGESA-Version 1.0.8.0 versehen sind. Lauffähig sind die Ryzen-5000-Prozessoren allerdings erst mit AGESA 1.1.0.0. Nutzer mit 400er-I/O-Hubs wie dem B450 und X470 können Ryzen 5000 Prozessoren verbauen, wenn passende Updates für das BIOS durch den Mainboard-Hersteller bereitgestellt wurden. Inzwischen (2022) stehen auch BIOS-Updates für einige X370, B350 und A320 Platinen zur Verfügung.[1] Mit der AGESA-Version 1.2.0.7 wurde die Kompatibilität nach anhaltender Kritik durch Nutzer und Presse letztlich sichergestellt, auch wurden einige Fehler ausgebessert – etwa Performance-Einbußen unter Windows 11 durch das integrierte fTMP-Modul. Einige Features – etwa PCIe 4.0 – sind auf den nachgerüsteten Boards ggf. nicht vorhanden.

Neuerungen gegenüber der Generation Zen 2 sind:

  • einzelner 8-Core-Complex mit 32 MiB L3-Cache (Zen 2: 2×16 MiB)
  • höhere Recheneffizienz (mehr Rechenkapazität je Watt Leistungsbedarf) und geringfügig höhere maximale Taktfrequenzen
  • erstmals ist das mit PCIe 2.0 eingeführte Feature "Resizable BAR" verfügbar

Die nächste Generation „Zen 4“ im 5 nm-Fertigungsverfahren wurde 2022 vorgestellt.

ArchitekturBearbeiten

  • Statt zwei Core-Complexes je Chiplet mit jeweils 4 Kernen und 16 MB Level 3 Cache ist jetzt das ganze Chiplet ein Core-Complex mit 8 Kernen und einem gemeinsamen Level 3 Cache von 32 MB Größe. Dadurch werden die Latenzen beim Wechsel zwischen Kernen erheblich (über einen Faktor 3) reduziert.
  • Ryzen-CPUs auf Basis der Zen-3-Mikroarchitektur profitieren, wie auch die Vorgängergeneration, besonders von schnellem Arbeitsspeicher, weil die Taktrate des „Infinity Fabric“ direkt vom Speichertakt abhängt. Schnellerer Arbeitsspeicher bedeutet dadurch auch schnelleren Datenaustausch zwischen zwei Core Complexes bzw. auch zwischen den Chiplets. Es wird bis zu LPDDR4-4267 unterstützt.
  • Low Power DDR4 (LPDDR4) Speicher wird unterstützt mit geringerem Energieverbrauch und höherer Bandbreite
  • eine ganze Reihe von Optimierungen bei Instruktionen und Pipeline, die zusammen einen um 18 % höheren Durchsatz (IPC – Instruktionen pro Taktzyklus) ergeben.
  • Control Flow Enforcement Technologie (CET), um Return Oriented Programming zu verhindern
  • schnellere Wechsel der Kern-Frequenzen
  • Die Kern-Versorgungsspannung kann jetzt je Kern unterschiedlich sein
  • die integrierte Grafikeinheit ist zwar wie beim Vorgänger Zen 2 ebenfalls noch eine Vega 8-Architektur, läuft aber mit höherer maximaler Frequenz von 2,1 GHz gegenüber 1,75 GHz bei Zen 2

Während Zen 3 für bis zu DDR4-3200 spezifiziert ist, liegt der Sweet-Spot vermutlich bei etwa DDR4-3866 bis DDR4-4000 – bei höherem Speichertakt wird Infinity Fabric in einen asynchronen Modus geschaltet, welches die Speicherlatenz erhöht und somit die Performance nachteilig beeinflusst.

Ryzen 5000 „Vermeer“Bearbeiten

 
AMD Ryzen 7 5800X

Die auf Zen 3 basierende Ryzen 5000 Desktop-CPU-Baureihe heißt „Vermeer“ und integriert ein oder zwei CPU-Chiplets (mit jeweils 8 Kernen) und einem I/O-Chiplet in einem AM4-Sockel. Ferner gibt es auch Desktop CPUs in der 5000er-Generation, welche auf die „Cezanne“-Baureihe setzen. Sie ist die letzte Generation von Chips, die den AM4-Sockel verwenden.

Am 5. November 2020 erschienen zunächst vier Prozessormodelle mit 6 bis 16 Kernen. Am 15. März 2022 kündigte AMD den Ryzen 5800X3D an, den ersten Prozessor mit gestapelten Speicherchips. Dies ermöglicht mit 96MB einen wesentlich größeren L3-Cache als üblich, was vor allem die Leistung in Spielen verbessert. Laut AMD ist der 5800X3D um bis zu 15 % schneller als der Ryzen 5900X.

Desktop-CPUs
Name Preise bei
Release
CMOS Kerne/
Threads
Basis-/
Boost-Takt
L2-Cache L3-Cache Sockel PCIe PCIe
lanes
Speicher-
Unterstützung
TDP Kühler
(PIB)
Ryzen 9 5950X 849€ 7nm FinFET 16/32 3,4 / 4,9 GHz 8 MB 64 MB AM4 04.0 24 DDR4-3200 105 W N/A
Ryzen 9 5900X 579€ 12/24 3,7 / 4,8 GHz 6 MB
Ryzen 9 5900 OEM 3,0 / 4,7 GHz 65 W
Ryzen 7 5800X3D $499 8/16 3,4 / 4,5 GHz 4 MB 96 MB 105 W
Ryzen 7 5800X 449€ 3,8 / 4,7 GHz 32 MB
Ryzen 7 5800 OEM 3,4 / 4,6 GHz 65 W
Ryzen 7 5700X $299 3,4 / 4,6 GHz
Ryzen 5 5600X 319€ 6/12 3,7 / 4,6 GHz 3 MB Wraith Stealth
Ryzen 5 5600 $199 3,5 / 4,4 GHz

Ryzen 5000 „Cezanne“Bearbeiten

Am 12. Januar 2021 stellte AMD die Ryzen 5000er Notebook-APUs der Zen 3-Reihe vor.[2] In der folgenden Tabelle sind sie zusammen mit den ebenfalls mit einer 5000er-Nummer versehenen Mobil-APUs der vorhergehenden Generation Zen 2 („Lucienne“) aufgeführt.

Cezanne-APUs für Notebooks[3][4]
Name CMOS Kerne/

Threads

Basis-/

Boost-Takt

L2-Cache L3-Cache CPU-Arch. PCIe GPU GPU-Kerne GPU-Takt TDP
Ryzen 9 5980HX 7nm FinFET 8 / 16 3,3 / 4,8 GHz 4 MB 16 MB Zen 3 3.0 Radeon
Vega
8 2,1 GHz 45+ W
Ryzen 9 5980HS 3,0 / 4,8 GHz 35 W
Ryzen 9 5900HX 3,3 / 4,6 GHz 45+ W
Ryzen 9 5900HS 3,0 / 4,6 GHz 35 W
Ryzen 7 5800H 3,2 / 4,4 GHz 2,0 GHz 45 W
Ryzen 7 5800HS 2,8 / 4,4 GHz 35 W
Ryzen 5 5600H 6 / 12 3,3 / 4,2 GHz 3 MB 6 1,8 GHz 45 W
Ryzen 5 5600HS 3,0 / 4,2 GHz 35 W
Ryzen 7 5800U 8 / 16 1,9 / 4,4 GHz 4 MB 8 2,0 GHz 15 W
Ryzen 7 5700U 1,8 / 4,3 GHz 8 MB Zen 2 1,9 GHz
Ryzen 5 5600U 6 / 12 2,3 / 4,2 GHz 3 MB 16 MB Zen 3 7 1,8 GHz
Ryzen 5 5500U 2,1 / 4,0 GHz 8 MB Zen 2
Ryzen 3 5400U 4 / 8 2,6 / 4,0 GHz 2 MB 8 MB Zen 3 6 1,6 GHz
Ryzen 3 5300U 2,6 / 3,8 GHz 4 MB Zen 2 1,5 GHz

April 2021 kamen auch Cezanne-APUs für Desktoprechner auf den Markt. Im Gegensatz zur vorhergehenden Generation (Renoir) werden sie nicht nur OEMs, sondern zum Teil auch Endkunden angeboten.

April 2022 kam mit dem Ryzen 5 5500 auch eine Cezanne-CPU für Desktoprechner auf den Markt, welche mit deaktiviertem GPU zwar eine APU ist, jedoch nur als CPU genutzt werden kann.[5]

Cezanne-Produkte für Desktop[6]
Name CMOS Kerne/

Threads

Basis-/

Boost-Takt

L2-Cache L3-Cache CPU-Arch. PCIe GPU GPU-Kerne GPU-Takt TDP Kühler

(PIB)

Ryzen 7 5700G 7nm FinFET 8 / 16 3,8 / 4,6 GHz 4 MB 16 MB Zen 3 3.0 Radeon

Vega

8 2,0 GHz 65 W Wraith Stealth
Ryzen 7 5700GE 3,2 / 4,6 GHz 35 W
Ryzen 5 5600G 6 / 12 3,9 / 4,4 GHz 3 MB 7 1,9 GHz 65 W
Ryzen 5 5600GE 3,4 / 4,4 GHz 35 W
Ryzen 5 5500 3,6 / 4,2 GHz 65 W

EPYC Generation 3 „Milan“Bearbeiten

Die auf Zen 3 basierende EPYC-Server-Chipreihe soll „Milan“ heißen und wird die letzte Generation von Chips sein, die den SP3-Sockel verwendet. Es werden bis zu 64 Zen-3-Cores je CPU verbaut. Die Vorstellung ist für den 15. März 2021 geplant.[7][8]

Server-CPUs
Name Kerne/Threads CCD x Kerne3 Basis-/Boost-Takt (GHz) L3-Cache Konfiguration TDP
Epyc 7763 64 / 128 8 x 8 2,45 / 3,50 256 MB
32 MB je CCD
2P 280 W
Epyc 7713 2,00 / 3,675 225 W
Epyc 7713P 1P
Epyc 7663 56 / 112 8 x 7 2,00 / 3,50 2P 240 W
Epyc 7643 48 / 96 8 x 6 2,30 / 3,60 225 W
Epyc 75F3 32 / 64 8 x 4 2,95 / 4,00 280 W
Epyc 7543 2,80 / 3,70 225 W
Epyc 7543P 1P
Epyc 7513 2,60 / 3,65 128 MB
16 MB je CCD
2P 200 W
Epyc 7453 28 / 56 4 x 7 2,75 / 3,45 64 MB
16 MB je CCD
225 W
Epyc 74F3 24 / 48 8 x 3 3,20 / 4,00 256 MB
32 MB je CCD
240 W
Epyc 7443 4 x 6 2,85 / 4,00 128 MB
32 MB je CCD
200 W
Epyc 7443P 1P
Epyc 7413 2,65 / 3,60 2P 180 W
Epyc 73F3 16 / 32 8 x 2 3,50 / 4,00 256 MB
32 MB je CCD
240 W
Epyc 7343 4 x 4 3,20 / 3,90 128 MB
32 MB je CCD
190 W
Epyc 7313 3,00 / 3,70 155 W
Epyc 7313P 1P
Epyc 72F3 8 / 16 8 x 1 3,70 / 4,10 256 MB
32 MB je CCD
2P 180 W
3 Anzahl der CCDs x Anzahl der aktiven Kerne je CCD

Siehe auchBearbeiten

WeblinksBearbeiten

EinzelnachweiseBearbeiten

  1. Andreas Schilling: Chipsätze der 300er-Serie werden offiziell zu Ryzen 5000 kompatibel (4. Update). Abgerufen am 16. Juni 2022.
  2. AMD Announcement. AMD, 21. Januar 2021, abgerufen am 24. Januar 2021 (englisch).
  3. RYZEN MODEL SPECIFICATIONS. AMD, abgerufen am 24. Januar 2021 (englisch).
  4. AMD Ryzen 5000 Mobile 'Cezanne' SoC Deep Dive: Zen 3 Powers Into Notebooks auf Tom’s Hardware vom 26. Januar 2021, abgerufen am 12. April 2021.
  5. Volker Rißka: AMD Ryzen 7 5700X und Ryzen 5 5500 im Test. Abgerufen am 16. Juni 2022.
  6. AMD RYZEN DESKTOP PROCESSORS WITH AMD RADEON GRAPHICS. AMD, abgerufen am 28. November 2021 (englisch).
  7. Andreas Schilling: 68 % schneller: AMD zeigt Benchmarks zu EPYC. Abgerufen am 13. Januar 2021.
  8. 3rd Gen AMD EPYC™ Processors. Abgerufen am 10. März 2021.