AMD:n uusi Zen x86-arkkitehtuuri ja clock-to-clock-suorituskyky

Tutustumme tässä artikkelissa AMD:n uuden Zen-koodinimellisen x86-arkkitehtuurin historiaan ja ominaisuuksiin sekä testaamme clock-to-clock-testeissä Ryzen 7 -sarjan prosessorin suorituskykyä 4 GHz:n kellotaajuudella.

AMD kehitti Zen-arkkitehtuuria neljän vuoden ajan ja käytti siihen yli 2 miljoonaa miestyötuntia. Projektin parissa on työskennellyt samanaikaisesti parhaimmillaan 300 yrityksen insinööriä.

Toimitusjohtaja Lisa Sun mukaan AMD:n oli lopulta pakko kehittää uusi suorituskykyinen x86-arkkitehtuuri, jotta sen heterogeeniseen laskentaan eli prosessori- ja grafiikkaytimien yhdistämiseen nojautuva strategia onnistuisi kääntämään yrityksen kurssin voitolliseksi seuraavan viiden vuoden aikana.

Zen-arkkitehtuurin historia

Elokuu 2012 AMD:n uuden x86-arkkitehtuurin tarina alkoi, kun yritys sai palkattua riveihinsä tietokonearkkitehti Jim Kellerin Applelta johtamaan uusien vähävirtaisten ja suorituskykyisten prosessoriytimien suunnittelua täysin puhtaalta pöydältä.

Tuolloin 53-vuotias Keller on alalla veteraani ja suunnitellut useita prosessoriarkkitehtuureita muun muassa AMD:n, Applen ja Broadcomin tuotteisiin. Keller työskenteli aikoinaan AMD:lla tiimissä, joka suunnitteli K7- ja K8-koodinimelliset arkkitehtuurit, joita käytettiin Athlon- ja Opteron-prosessoreissa. Jälkimmäinen oli ensimmäinen 64-bittinen x86-arkkitehtuuri, jonka kehityksessä Keller toimi pääarkkitehtina.

Toukokuu 2014 Virallisesti Kellerin uusista arkkitehtuureista kuultiin ensimmäisen kerran, kun AMD ilmoitti Core Innovation Update -tapahtumassa julkaisevansa vuonna 2016 kokonaan uudet 64-bittiset ARM- ja X86-ytimet. Samalla paljastettiin K12-koodinimi uudelle Kellerin alaisuudessa kehitettävälle 64-bittiselle ARMv8-prosessoriytimelle.

Ennen uusiin arkkitehtuureihin perustuvia prosessoreita AMD suunnitteli vuodelle 2015 Skybridge-projektia, jonka ajatuksena oli lanseerata 20 nanometrin viivanleveydellä valmistettava ARM- ja x86-prosessori, jotka sopisivat samaan prosessorikantaan. X86-APU-piirissä oli tarkoitus käyttää Puma+-ytimiä ja ARM-järjestelmäpiirissä vähävirtaisia 64-bittisiä A57-ytimiä. Projekti haudattiin kuitenkin lopulta alle vuodessa, sillä Globalfoundries peruutti 20 nanometrin valmistusprosessinsa.

Syyskuu 2014 Muutamaa kuukautta myöhemmin vuorossa oli uuden x86-arkkitehtuurin koodinimen paljastus Deutsche Bank 2014 Technology Conference -tapahtumassa. Silloinen toimitusjohtaja Rory Read mainitsi Zen-arkkitehtuurin K12:n rinnalla ja totesi suoraan, että edellinen vuonna 2011 julkaistu Bulldozer-arkkitehtuuri ei ollut onnistunut tuomaan toivottua mullistavaa muutosta prosessorimarkkinoille.

Tammikuu 2015 Ruotsalainen Sweclockers.com-sivusto julkaisi ensimmäisenä maailmassa skuupin, jonka mukaan ensimmäinen Zen-arkkitehtuuriin perustuva prosessori olisi 8-ytiminen, koodinimeltään Summit Ridge ja valmistettaisiin 14 nanometrin viivanleveydellä.

Toukokuu 2015 Kunnolla AMD:n tulevaisuuden suunnitelmista ja uudesta x86-arkkitehtuurista kerrottiin keväällä järjesetyssä Financial Analyst Day -tapahtumassa. Yrityksen teknologiajohtaja Mark Papermaster kertoi perustiedot ja aikataulun Zen-ytimiä käyttävälle uudelle AM4-kantaiselle ja DDR4-muisteja tukevalle FX-prosessorille, jonka tavoitteeksi ilmoitettiin 40 % parannus IPC-suorituskyvyssä pohjimmiltaan Bulldozer-arkkitehturiin perustuvaan Excavator-ytimeen verrattuna.

Lisäksi Zen-ytimen kerrottiin tukevan Intelin Hyper-Threading-ominaisuuden kaltaista SMT- eli Simultaneous Multithreading -ominaisuutta, jonka avulla pystyttäisiin käsittelemään yhdellä fyysisellä ytimellä samanaikaisesti kahta säiettä. Tulevaisuuden roadmapissa esiteltiin jo Zenin jälkeen julkaistavia entistä suorituskykyisempiä Zen+-ytimiä.

Syyskuu 2015 AMD ilmoitti yllättäen, että Jim Keller jättäisi yrityksen kolmen vuoden työrupeaman jälkeen ja siirtyisi Teslalle johtamaan autopilot-ominaisuuden rautapuolen kehitystä. AMD:n mukaan Kellerin lähtö ei kuitenkaan vaikuttaisi yrityksen tuotejulkaisuihin, jolla viitattiin siihen, että Keller oli saanut työnsä valmiiksi uusien arkkitehtuurien suunnittelun suhteen ja nyt ne siirtyisivät suunnittelupöydältä tuotantoon.

Vuosi 2016 Kesän aikana käynnistyivät huhut, että Zen-arkkitehtuuri viivästyisi vuoden 2017 puolelle ja AMD vahvisti elokuussa, että Summit Ridge -koodinimellinen Zen-prosessori julkaistaisiin vasta seuraavana vuonna. Joulukuussa yritys ilmoitti, että Summit Ridge -työpöytäprosessori julkaistaisiin virallisesti Ryzen-brändinimellä.

Maaliskuu 2017: Ensimmäiset Zen-arkkitehtuuriin perustuvat 8-ytimiset Ryzen 7 -sarjan työpöytäprosessorit saapuvat myyntiin ja ne on hinnoiteltu erittäin kilpailukykyisesti. Suorituskykyisin Ryzen 7 1800X -malli on puolet halvempi kuin Intelin vastaava Core i7-6900K -malli.

Q2/2017 AMD aikoo julkaista Zen-arkkitehtuuriin perustuvat Naples-koodinimelliset palvelinprosessorit 1-2 prosessorin järjestelmiin.

H2/2017 AMD aikoo julkaista Zen-ytimiin ja Vega-grafiikka-arkkitehtuuriin perustuvat Raven Ridge -koodinimelliset APU-piirit kannettaviin tietokoneisiin.

K12? Kaikessa hiljaisuudessa AMD:n itse kehittämä ARM-pohjainen K12-ydin on vaipunut unholaan eikä sen mahdollisesta julkaisuaikataulusta ole tällä hetkellä tarkkaa tietoa.

Zen-arkkitehtuurin yksityiskohdat

Pelkästään paremman suorituskyvyn sijaan sama Zen-arkkitehtuuri suunniteltiin skaalautuvaksi myös vähävirtaisiin prosessoreihin. Aikaisemmin AMD oli kehittänyt rinnakkain kahta eri arkkitehtuuria, jota olivat Excavator suorituskykyisiin prosessoreihin ja APU-piireihin sekä Jaguar vähävirtaisiin mobiiliprosessoreihin.

Merkittävin Zen-arkkitehtuurin suhteen tehty lupaus oli alusta alkaen 40 % parannus Instructions Per Clock- eli IPC-suorituskykyyn Bulldozer-arkkitehtuurin Excavator-ytimeen verrattuna, mutta samaan aikaan suorituskyky/tehonkulutus-suhdetta täytyisi parantaa merkittävästi, jotta prosessori saataisiin mahtumaan 95 watin TDP-arvon raameihin.

Suorituskyvyn ja virrankulutuksen parantamiseksi yleisellä tasolla Zen-arkkitehtuurin suunnittelussa on keskitytty kolmeen kokonaisuuteen, jotka ovat suorituskykyisempi prosessoriydin, parempi välimuistihierarkia sekä alhaisempi virrankulutus. Kyseiset kokonaisuudet ovat pilkottavissa useisiin yksittäisiin uudistuksiin ja ominaisuuksiin.

IPC- eli Instructions Per Clock -suorituskyky tarkoittaa, kuinka monta käskyä prosessorin liukuhihna kykenee suorittamaan yhden kellojakson aikana. Mitä enemmän prosessori kykenee suorittamaan käskyjä per kellojakso, sitä parempi sen suorituskyky on ja näkyy erityisesti yhden säikeen suorituskyvyssä.

Yksinkertaisimmillaan prosessorin liukuhina rakentuu neljästä vaiheesta, jotka ovat Fetch eli käskyn hakeminen keskusmuistista, Decode eli käskyn tulkinta, Execute eli käskyn suorittaminen ja Writeback eli tuloksen kirjoittaminen rekisteriin tai muistiin. Käytännössä liukuhihnan vaiheet on kuitenkin pilkottu pienempiin vaiheisiin ja esimerkiksi moderneissa AMD:n, Intelin ja Qualcommin prosessoreissa liukuhihnassa on tulkintavasta riippuen noin 10-20 vaihetta.

Jos IPC-suorituskyky ja prosessorin liukuhihnan toiminta kiinnostavat, kannattaa ehdottomasti katsoa yllä oleva Android Authorityn erittäin selkokielinen opetusvideo aiheesta.

Zen-arkkitehtuuri kykenee noutamaan ja dekoodaamaan neljä x86-käskyä per kellojakso ja jokaisessa ytimessä on neljä kokonaislukuyksikköä, kaksi luku- ja kirjoitusyksikköä ja kaksi liukulukuyksikköä (2 x Fadd & 2 x Fmul).

Jokaisella ytimellä on oma 64 kilotavun L1-käskyvälimuisti, 32 kilotavun L1-datavälimuistia ja 512 kilotavun L2-välimuisti sekä kaikkien ytimien kesken jaettu isompi L3-välimuisti.

Kun kaikki arkkitehtuurin uudistukset ja parannukset lopulta yhdistettiin ja valmista Ryzen-prosessoria verrataan edellisten sukupolvien Piledriver-ytimiin perustuvaan FX-8300-sarjan prosessoriin sekä Excavator-ytimiin perustuvaan A12-9800-APU-piiriin, AMD kertoo saavuttaneensa Zen-arkkitehtuurilla yli 52 % parannuksen IPC-suorituskyvyssä ja 3,7-kertaisen parannuksen suorituskyky/wattia-suhteessa.

Summit Ridge -koodinimellinen Ryzen-prosessori

Käytännön tasolla Zen-arkkitehtuuriin pohjautuva tuote rakentuu CPU-kompleksista eli CCX:stä, joita voidaan yhdistää toisiinsa ja esimerkiksi 8-ytimisessä Ryzen-prosessorissa on käytössä kaksi CPU-kompleksia. CCX:stä on mahdollista kytkeä pois käytöstä yksittäisiä ytimiä ja AMD on toistaiseksi virallisesti julkaissut tai ilmoittanut julkaisevansa 6- ja 8-ytimiset versiot, mutta teoriassa kahdella CCX:llä on mahdollista toteuttaa myös 2- ja 4-ytimiset Ryzen-mallit.

CCX käsittää neljä prosessoriydintä, jotka kykenevät käsittelemään SMT-tuen ansiosta kahdeksaa säiettä. Jokaisella ytimellä on oma 512 kilotavun L2-väimuisti sekä kaikkien ytimien kesken jaettu kahdeksan megatavun L3-välimuisti. Jokainen ydin voi hakea tietoa jokaisesta välimuistista keskimäärin samalla latenssilla.

CPU-kompleksit kommunikoivat prosessorin sisällä keskenään uudella Infinity Fabric -liitäntärajapinnalla, jonka avulla prosessorin eri osat ja IP:t voivat siirtää tietoa toistensa välillä. Samaa liitäntärajapintaa tullaan käyttämään muun muassa Raven Ridge -koodinimellisissä APU-piireissä, joissa Infinity Fabric yhdistää Zen-prosessoriytimet ja Vega-grafiikkaohjaimen.

8-ytiminen Summit Ridge -koodinimellinen piisiru rakentuu yhteensä 4,8 miljardista transistorista. Ryzen 7- ja 5 -sarjan prosessoreiden Summit Ridge -koodinimelliset piisirut valmistetaan Globalfoundersin 14 nanometrin FinFet-prosessilla (density-optimized)  ja niiden TDP-arvo on mallista riippuen 65 tai 95 wattia. AMD ei ole virallisesti kertonut piisirun pinta-alaa, mutta arvioiden mukaan se on noin 195 neliömillimetriä.

Zenin neljä Simultaneous Multithreading- eli SMT-ominaisuutta tukevaa ydintä yhdessä välimuisteineen vievät piisirulta tilaa 44 mm², kun Skylakessa sama määrä ytimiä välimuisteineen vaatii tilaa 49 mm². AMD:n prosessorissa on käytössä 12 metallikerrosta, kun Intelillä niitä on 13. Kumpikin käyttää metallikerroksissaan MiM-kondensaattoreita (Metal-insulator-Metal).

Huolimatta heikommasta prosessista AMD on onnistunut tiivistämään sekä L2- että L3-välimuistin Inteliä pienempään tilaan suhteutettuna muistin määrään. Zenin 512 kilotavun L2-välimuistit vaativat tilaa 1,5 mm² per ydin, kun Skylakessa 256 kt L2-välimuistia vie 0,9 mm² per ydin. Molemmista prosessoreista löytyy 8 megatavua L3-välimuistia per neljä ydintä, mutta AMD on saanut sen ahdettua 16 neliömilliin kun Skylakessa sama määrä muistia vie tilaa 19,3 mm².

Kuten aiemmin mainittiin, AMD kykenee tarvittaessa kytkemään CCX:stä pois käytöstä ytimiä, SMT-ominaisuuden tai L3-välimuistia tarjotakseen sopivan tuotteen eri hintaluokkiin. Näin hyötykäyttöön ja markkinoille saadaan julkaistua valmistusprosessissa osin vioittuneet piisirut.

AM4-prosessorikanta, DDR4-muistituki & PCI Express -ohjain

Ryzen-prosessorit käyttävät uutta 1331-pinnistä AM4-prosessorikantaa ja AMD suunnittelee käyttävänsä samaa kantaa ainakin vuoteen 2020 asti. Uudet teknologiat, kuten DDR5-muististandardi ja PCI Express 4.0 tulevat kuitenkin tulevaisuudessa vaatimaan kannan uudistamisen.

Tällä hetkellä samaan AM4-kantaan Ryzen-prosessoreiden kanssa sopivat 7. sukupolven Bristol Ridge -koodinimelliset APU-piirit ja tämän vuoden toisella puoliskolla julkaistavat Raven Ridge -koodinimelliset APU-piirit, joissa on käytössä Zen-prosessoriytimet ja Vega-grafiikka-arkkitehtuuri.

AMD:n lähitulevaisuuden prosessorit, kuten Zen2- ja Zen3-koodinimelliset arkkitehtuuripäivitykset tulevat todennäköisesti olemaan taaksepäin yhteensopivia nykyisten AM4-emolevyjen kanssa UEFI BIOS -päivityksellä ja uudet emolevyt tulevat toimimaan vanhojen prosessoreiden kanssa.

Prosessorikannan ympäriltä löytyvät muoviset kiinnikkeet ovat samat kuin edellisessä AM3-kannassa, joten klipsumalliset coolerit sopivat myös AM4-kannalle. Emolevyn läpi menevät reiät ovat kuitenkin AM4-emolevyissä eri kohdissa kuin AM3-emolevyissä, joten emolevyn läpi asennettavien coolereiden kanssa tarvitaan uudet AM4-yhteensopivat kiinnikkeet.

Asuksen Crosshair VI Hero -emolevystä löytyy kahdet reiät, joten sen kanssa voi käyttää huoletta niin AM3- kuin AM4-coolereita.

Ryzenin DDR4-muistiohjain tukee virallisesti JEDECn standardien mukaisesti 1333 MHz:n kellotaajuudella toimivia muisteja eli DDR4-2667-nopeutta. Muistikerroin on kuitenkin nostettavissa DDR4-3200-nopeudelle asti ja sitä korkeammat muistitaajuudet on saavutettavissa korottamalla Ref_clk-taajuutta.

Ryzen-prosessoriin integroitu PCI Express -ohjain tukee 3.0-standardia ja käytettävissä on 24 linjaa. Näytönohjaimelle on pyhitetty 16 linjaa ja ne voidaan jakaa kahden näytönohjaimen SLI- ja Crossfire-konfiguraatioissa kahdeksi x8-nopeudella toimivaksi PCI Express väyläksi. Neljä linjaa soveltuu käytettäväksi NVMe SSD:lle tai vaihtoehtoisesti linjat voidaan jakaa kahdelle SATA-väylälle ja 2 linjan NVMe SSD:lle. Lisäksi Ryzeniin on integroitu väylät neljälle USB 3.1 Gen 1 -liittimelle.

SenseMI

”SenseMI, a set of sensing and adapting technologies, including an artificial network inside every “Zen” processor to anticipate future decision, preload instructions, and choose the best path through the CPU”

Ryzen-prosessoreissa on käytössä AMD esittelemä SenseMI-tekniikka, joka käsittää joukon prosessorin suorituskykyyn ja toimintaan liittyviä ominaisuuksia. Vähemmän yllättäen jokaisella SenseMI-tekniikan ominaisuudella on oma markkinointinimensä, joten uusista termeistä ei tule olemaan pulaa.

Virransäästöstä on vastuussa Pure Power -ominaisuus, joka tarkkailee prosessorin lämpötilaa, kellotaajuutta ja käyttöjännitettä. Jos mahdollista, Pure Power optimoi reaaliajassa prosessorin parametreja alhaisemman virrankulutuksen saavuttamiseksi ylläpitäen tarvittavan suorituskyvyn.

Precision Boost on AMD:n uusi markkinointinimi perinteiselle Turbo-ominaisuudelle ja kellotaajuutta pystytään säätämään rasituksessa huomattavasti aiempaa tarkemmin. Precision Boost toimii rinnakkain Pure Power -ominaisuuden kanssa eli lämpötila, kellotaajuus ja käyttöjännite ovat jatkuvasti tarkkailtavana. Tarpeen ja mahdollisuuksien mukaan prosessorin kellotaajuutta voidaan säätää 25 MHz:n askelin tuhat kertaa sekunnissa eli yhden millisekunnin välein, kun perinteisesti prosessoreissa Turbo-tasot ovat olleet minimissään 100 MHz:n askelein.

Extended Frequency Range eli XFR mahdollistaa prosessorin kellotaajuuden nostamisen automaattisesti yli maksimiksi määritellyn Precision Boost -taajuuden, jos prosessorin jäähdytys on kunnossa ja lämpötila sekä tehonkulutus riittävän alhainen. Teoriassa tämä tarkoittaa, että prosessori toimii herkemmin ja kauemmin XFR-kellotaajuudella, mitä parempaa jäähdytystä prosessorilla käytetään.

Ryzen 7 -sarjan prosessoreissa XFR tarkoittaa 1-2 ytimen rasituksessa X-malleissa +100 MHz kellotaajuutta ja ei-X-mallissa +50 MHz kellotaajuutta.

Neural Net Prediction on sovellusten käyttäytymisestä oppiva ja tulevia päätöksiä ennustava tekoäly, joka valmistelee tärkeitä prosessorikäskyjä aloittamaan uuden työkuorman prosessoinnin.

Smart Prefetch on puolestaan joukko oppivia algoritmeja, jotka ymmärtävät sovellusten tapaa käyttää dataa ja ennakoivat, mitä tarvitaan suoritettavaksi tulevaisuudessa. Smart Prefetch lataa tiedot etukäteen välimuisteihin nopeamman ja responsiivisemman laskennan saavuttamiseksi.

Clock-to-clock-suorituskyky @ 4 GHz

Prosessoriarkkitehtuurin suorituskykyä mittaavissa clock-to-clock-testeissä neljän gigahertsin kellotaajuudella olivat mukana AMD:n Zen- ja Piledriver-arkkitehtuurit eli Ryzen 7 1800X- ja FX-8370 -prosessorit sekä Intelin Kaby Lake-, Broadwell-E- ja Haswell-E-arkkitehtuurit eli Core i7-7700K-, 6900K- ja 5960X-prosessorit.

Käytännössä relevantein vertailu käydään 8-ytimisten Zen-, Broadwell-E- ja Haswell-E-arkkitehtuurien kesken. Vertailu vuoksi mukana olivat myös AMD:n edellisen sukupolven arkkitehtuuri, jotta nähdään kuinka paljon AMD on onnistunut kehittämään omaa arkkitehtuuriaan sekä Intelin Kaby Lake edustamassa yrityksen nykyistä arkkitehtuuria.

Kaikilla prosessoreilla käytettiin DDR4-2400-muistinopeutta, paitsi FX-8370:llä oli käytössä DDR3-2400-muistit.

Zen testattiin X370-piirisarjaan perustuvalla Asuksen Crosshair VI Hero -emolevyllä ja käytössä oli kahdeksan gigatavua DDR4-2400-nopeudella toimivaa muistia.

Broadwell-E- ja Haswell-E X99-piirisarjaan perustuvalla Asuksen X99 Deluxe-II -emolevyllä ja käytössä oli 16 gigatavua DDR4-2400-nopeudella toimivaa muistia.

Kaby Lake testattiin Z270-piirisarjaan perustuvalla Asuksen Maximus IX Formula -emolevyllä ja käytössä oli kahdeksan gigatavua DDR4-2400-nopeudella toimivaa muistia.

Piledriver testattiin 990FX-piirisarjaan perustuvalla Asuksen Crosshair V Formula Z -emolevyllä ja käytössä oli kahdeksan gigatavua DDR3-2400-nopeudella toimivaa muistia.

Muiden komponenttien osalta avonaisessa testikokoonpanossa oli käytössä NVIDIAn GeForce GTX 1080 -referenssinäytönohjain ja 1920×1080- eli Full HD -resoluution näyttö. 64-bittinen Windows 10 Pro -käyttöjärjestelmä oli asennettuna Corsairin 120 gigatavun Force GT -SSD-asemalle. Virransyötöstä vastasi Silverstonen 750 watin Strider Gold -virtalähde.

AM4-alusta:

• AMD Ryzen 7 1800X (8/16 ydintä/säiettä)
• Asus Crosshair VI Hero (X370)
• 16 Gt Corsair Vengeance LPX DDR4-2400

AM3-alusta:

• AMD FX-8370 (8/8 ydintä/säiettä)
• Asuis Crosshair V Formula-Z (990FX)
• 8 Gt ADATA XPG V2 DDR3-2400

LGA 2011 -alusta:

• Intel Core i7-6900K (8/16 ydintä/säiettä)
• Intel Core i7-6800K (6/12 ydintä/säiettä)
• Intel Core i7-5960X (8/16 ydintä/säiettä)
• Asus X99-Deluxe II (X99)
• 16 Gt Corsair Vengeance LPX DDR4-2400

LGA 1151 -alusta:

• Intel Core i7-7700K (4/8 ydintä/säiettä)
• 8 Gt Corsair Vengeance LPX DDR4-2400
• Asus ROG Maximus XI Formula (Z270)

Muut komponentit:

• NVIDIA GeForce GTX 1080 Founders Edition (378.49-ajurit)
• Kingston 480 Gt HyperX Predator PCIe
• Corsair HX1000 (1000W)
• Microsoft Windows 10 Pro 64-bit

Prosessoritestit

Cinebench R15 -renderöintitesti testattiin kaikilla prosessorin käytössä olevilla säikeillä ja vain yhdellä säikeellä.

Blender-renderöintitestissä oli käytössä AMD:n julkaisema RyzenGraphic_27-tiedosto (150 samples) ja ohjelma osaa hyödyntää kaikkia prosessoriytimiä.

Geekbench 4:n CPU Benchmark -testi antaa tulokset kaikille ytimille ja yhdelle ytimelle. Testi skaalautuu hyvin prosessorin arkkitehtuurin, ytimien ja kellotaajuuden mukaan.

Handbrake-ohjelmalla enkoodattiin Fast 1080p30-presetillä ja H.264-koodekilla (x264) 6,3 gigatavun kokoinen 3840×1714-resoluution .mov-video .mp4 -containeriin. Ohjelma osaa hyödyntää kaikkia prosessoriytimiä. Aikataulusyistä mukana ovat vain Zen- ja Broadwell-E-arkkitehtuurit (8C/16T).

X265 HEVC Benchmark osaa hyödyntää kaikkia prosessoriytimiä ja käytössä olevia käskykantoja videon enkoodauksessa.

3DMark Fire Striken fysiikkatesti käyttää Bulletin avoimen lähdekoodin fysiikkakirjastoa ja hyödyntää kaikkia prosessoriytimiä simulaatioissaan.

Selainpohjainen Octane 2.0 mittaa Javascript-suorituskykyä kehittyneissä webbisovelluksissa ja testi ajettiin Chromella (Version 55.0.2883.87 m). Testi osaa hyödyntää vain yhtä ydintä.

7-Zip-ohjelman testi hyödyntää kaikkia prosessoriytimiä ja mittaa prosessorin suorituskykyä LZMA-algoritmilla pakkauksessa ja purussa.

3D-testit

Pelitestit suoritettiin 1920×1080-resoluutiolla ja käytössä oli suorituskykyinen GeForce GTX 1080 -näytönohjain. Mukaan on valittu pelejä ja testejä, joissa on nähtävissä prosessorin vaikutus suorituskykyyn, eikä näytönohjain olisi pullonkaulana. Korkeammilla 1440p- ja 2160p-näyttöresoluutioilla prosessorin merkitys vähenee merkittävästi, suorituskyvystä tulee entistä enemmän näytönohjainriippuvainen ja erot tasoittuvat.

ARMA 3 testattiin Yet Another ARMA Benchmark -testin avulla. Käytössä oli parhaat kuvanlaatuasetukset ja SMAA Ultra -reunojenpehmennys.

Battlefield 1 testattiin High-kuvanlaatuasetuksilla pelaamalla peliä 60 sekunnin ajan ja tallentamalla OCAT-ohjelmalla keskimääräinen ruudunpäivitysnopeus ja 99. persentiili Over the Top -kentässä.

Watch Dogs 2 testattiin High-kuvanlaatuasetuksilla pelaamalla peliä 60 sekunnin ajan ja tallentamalla OCAT-ohjelmalla keskimääräinen ruudunpäivitysnopeus ja 99. persentiili.

Total War: Warhammerissa käytettiin pelin sisäistä Benchmark-ominaisuutta.

Civilization VI:ssa käytettiin pelin sisäistä Benchmark-ominaisuutta, joka mittaa viiteen simuloituun vuoroon kuluneen keskimääräisen ajan.

Ashes of Singluarity: Escalation testattiin käyttämällä pelin sisäistä Benchmark-toimintoa ja CPU Focused -testiä.

Grand Theft Auto V testattiin pelin sisäisellä Benchmark-toiminnolla ja testiosioiden ruudunpäivitysnopeuksista laskettiin keskiarvo.

Ryzen 7 -pelitestit SMT-tuella ja ilman

Ajoimme nopeasti kokeilumielessä Battlefield 1-, Watch Dogs 2-, ARMA 3-, Total War: Warhammer- ja GTA V -pelitestit läpi 1920×1080-resoluutiolla, kun SMT oli kytketty pois käytöstä eli Ryzen 7 -prosessorissa oli käytössä ainoastaan 8 fyysistä ydintä. Prosessori ylikellotettiin toimimaan neljän gigahertsin kellotaajuudella, muistit asetettiin toimimaan DDR4-3200-nopeudella ja näytönohjaimena oli GeForce GTX 1080.

Battlefield 1-, Watch Dogs 2- ja GTA V -peleissä nähtiin vain 1-2 FPS parempi ruudunpäivitysnopeus, mutta Total War: Warhammerissa suorituskyky parani jopa 10 FPS:llä, kun SMT oli pois käytöstä. ARMA 3:ssa puolestaan SMT:n pois päältä kytkeminen heikensi tulosta 3 FPS:llä.

Mittasimme myös Battlefield 1- ja Watch Dogs 2 -peleillä 99. persentiilin eli minimi ruudunpäivitysnopeuden, kun 1 % huonoimpia ruutuja on jätetty huomioimatta:

Battlefield 1:

99. persentiili

• SMT on: 104,2 FPS
• SMT off: 116,3 FPS

Watch Dogs 2:

99. persentiili

• SMT on: 86,2 FPS
• SMT off: 87,7 FPS

Battlefield 1:ssä SMT pois päältä kytkemällä 99. persentiili oli jopa 12 FPS:ää parempi, kuin SMT päällä. Watch Dogs 2:ssa ero jäi 1,5 FPS:ään.

Yhteenveto

Nyrkkisäännön mukaan uuden prosessoriarkkitehtuurin kehittämiseen kuluu noin neljä vuotta. AMD palkkasi Jim Kellerin elokuussa 2012 ja Ryzen 7 -sarjan prosessorit julkaistiin myyntiin 4,5 vuotta myöhemmin 2. maaliskuuta 2017. Alun perin tavoitteena oli julkaista Zen vuoden 2016 aikana.

Kun huomioidaan, että AMD ei itse valmista piisiruja ja Ryzen 7 -prosessoreiden julkaisun myötä sen täytyi työskennellä muun muassa emolevyvalmistajien kanssa kokonaan uuden ekosysteemin luomiseksi, aikataulua voidaan pitää kohtalaisen onnistuneena.

AMD:n tavoitteena oli saavuttaa Zen-arkkitehtuurilla 40 % parannus IPC-suorituskykyyn ja samalla yhdistää aikaisemmin käytetyt kaksi erillistä eli vähävirtainen ja suorituskykyinen arkkitehtuuri yhdeksi skaalautuvaksi arkkitehtuuriksi. Lopputuloksena yritys ilmoittaa saavuttaneensa yli 52 % parannuksen IPC-suorituskyvyssä ja suorituskyky/tehonkulutus-suhteen parantuneen 3,7-kertaisesti edelliseen sukupolveen verrattuna.

Koska Zen on täysin uusi tyhjältä pöydältä suunniteltu arkkitehtuuri, eivät sovellus- ja pelikehittäjät ole vielä juurikaan ehtineet optimoida koodiaan tai kääntäjiä, jotta arkkitehtuurista saataisiin puristettua kaikki tehot irti. Totuuden nimissä AMD ei ole viime vuosina ollut kovinkaan merkittävässä roolissa suorituskykyisten x86-prosessoreiden pelikentällä, joten käytännössä kaikki koodit on optimoitu Intelin prosessoreille ja Hyper-Threading-ominaisuudelle.

Esimerkiksi io-techin testeissä mukana olleiden Ashes of the Singularity- ja Total War: Warhammer -pelien kehittäjät Oxide Games ja Creative Assembly ovat todenneet optimoivansa pelimoottorinsa hyödyntämään Ryzen 7 -sarjan prosessoreiden 8 ydintä ja 16 säiettä tulevissa päivityksissä. Myös AMD:n toimitusjohtaja Lisa Su painotti julkaisupäivänä Redditissä järjestetyssä AMA-kyselyssä, että pelisuorituskyvyn odotetaan paranevan ajan myötä, kunhan kehittäjät saavat vietettyä enemmän aikaa Zenin kanssa.

Muutamat lähikuukaudet kertovat, miten Zen-arkkitehtuuri otetaan alalla vastaan ja seuraavan 1-2 vuoden kuluessa voidaan tehdä lopullinen johtopäätös ensimmäisen Zen-arkkitehtuurin onnistumisesta, kun sen vaikutus AMD:n liiketoimintaan konkretisoituu.

Zen-arkkitehtuuri on suunniteltu kestämään ainakin seuraavat 4-5 vuotta ja sitä tullaan päivittämään matkan varrella Zen 2- ja Zen 3 -arkkitehtuureilla. Toistaiseksi ei ole tarkemmin tiedossa, mitä päivitykset tuovat mukanaan ja millä aikataululla, mutta ainakin jossain vaiheessa valmistusprosessi päivittyy nykyisestä 14 nanometristä 7 nanometrin viivanleveyteen.