AMD Ryzen Mobile 4000: AMD greift bei den Notebooks an

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renoir-dieAMD sieht sich in der Situation, nicht mehr nur das Desktop- und HEDT-Segment sowie den Servermarket zu bedienen, sondern will nun auch bei den mobilen Chips den Branchenprimus Intel angreifen. Zwar gab es auch schon mobile Varianten der Ryzen-Prozessoren, diese aber konnten noch nicht den gewünschten Effekt in Form von Marktanteilen bewirken. Dies lag sicherlich auch daran, dass AMD den Fokus noch nicht darauf richten konnte. Mit den Ryzen-Mobile-Prozessoren der 4000-Serie soll sich dies nun ändern. Wir schauen uns die Details der Renoir-Prozessoren an.

Anfang Januar auf der CES stellte AMD die mobile Ryzen-4000-Serie erstmals vor. Schon damals wurden die wichtigsten Eckdaten genannt. Inzwischen sind aber einige weitere Modelle hinzugekommen, die AMD im Januar noch nicht erwähnte. Im ersten Quartal 2020 sollte es eigentlich losgehen, doch das Coronavirus macht auch AMD in dieser Hinsicht einen Strich durch die Rechnung, denn die geplanten Notebook-Modelle haben es nicht bis zum Start geschafft. Demzufolge widmen wir uns heute zunächst der Theorie.

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Leider haben wir die nun folgenden Informationen von AMD nicht im Vorfeld erhalten. Daher haben wir uns auch etwas mehr Zeit genommen diese aufzuarbeiten und bieten euch heute einen ausführlichen Artikel dazu.

Zunächst einmal lassen sich AMDs Ambitionen im Notebook-Segment in zwei Kategorie unterteilen:

Die Serien umfassen die folgenden Modelle:

Ryzen 4000 Mobile U-Serie
Modell Kerne/Threads Basis/BoostL3-Cache GPUGPU-Takt TDP
Ryzen 7 4800U 8 / 16 1,8 / 4,2 GHz8 MB Vega 81.750 MHz 15 W
Ryzen 7 4700U 8 / 8 2,0 / 4,1 GHz8 MB Vega 71.600 MHz 15 W
Ryzen 5 4600U 6 / 12 2,1 / 4,0 GHz8 MB Vega 61.500 MHz 15 W
Ryzen 5 4500U 6 / 6 2,3 / 4,0 GHz8 MB Vega 61.500 MHz 15 W
Ryzen 3 4300U 4 / 4 2,7 / 3,7 GHz4 MB Vega 51.400 MHz 15 W

In der U-Serie bietet AMD vier bis acht Kerne, wobei nicht immer auch ein SMT (Simultaneous Multithreading) aktiv ist. Grundsätzlich lässt sich zudem sagen, je höher die Modellnummer ist, desto größer die Ausbaustufe der GPU und deren Takt. Allesamt bieten die Modelle der U-Serie eine Thermal Design Power von 15 W, wobei die Notebookhersteller auch einen gewissen Konfigurationsspielraum haben, sodass auch weniger als 15 W möglich sind.

Eine kleine Besonderheit gibt es bei den Caches. Pro CPU-Kern sind 512 kByte an L2-Cache vorhanden. Der L3-Cache ist hingegen ist bei den Modellen mit acht und sechs Kernen immer 8 MB groß. Der Ryzen 3 4300U mit seinen vier Kernen bietet jedoch nur die Hälfte an L3-Cache.

Ryzen 4000 Mobile H- und HS-Serie
Modell Kerne/Threads Basis/BoostL3-Cache GPUGPU-Takt TDP
Ryzen 9 4900H 8 / 16 3,3 / 4,4 GHz8 MB Vega 81.750 MHz 45 W
Ryzen 9 4900HS 8 / 16 3,0 / 4,3 GHz8 MB Vega 81.750 MHz 35 W
Ryzen 7 4800H 8 / 16 2,9 / 4,2 GHz8 MB Vega 71.600 MHz 45 W
Ryzen 7 4800HS 8 / 16 2,9 / 4,2 GHz8 MB Vega 71.600 MHz 35 W
Ryzen 5 4600H 6 / 12 3,0 / 4,0 GHz8 MB Vega 61.500 MHz 45 W
Ryzen 5 4600HS 6 / 12 3,0 / 4,0 GHz8 MB Vega 61.500 MHz 35 W

Die H- und HS-Serie bietet sechs oder acht Kerne. Ein SMT ist immer aktiviert und der L3-Cache ist immer 8 MB groß. Für den Ryzen 5 4600H und und Ryzen 7 4800H gibt es jeweils einen HS-Ableger, der die exakt gleichen Taktraten besitzt, aber mit 10 W weniger auskommen soll. Beim Spitzenmodell Ryzen 9 4900HS gibt es in der Taktung allerdings einen kleinen Unterschied, denn das HS-Modell weist einen geringeren Basis- und Boost-Takt auf, um die geringere TDP einzuhalten.

Auf den folgenden Seiten schauen wir uns die einzelnen Komponenten der neuen Ryzen-Mobile-Prozessoren an und gehen dabei auf die Änderungen ein, die man für den Zen-2-Kerne, die Vega-GPU sowie die Subsysteme vorgenommen hat.


Genau wie bei den aktuellen Ryzen-Prozessoren für den Desktop, den EPYC-Prozessoren für die Server und auch den GPUs setzt AMD für die Renoir-Prozessoren auf eine Fertigung in 7 nm. Dabei greift man auf ein Verfahren namens "Deep Ultraviolet (DUV) Photolithography" zurück – man kommt also noch ohne EUV-Belichtung (Extreme ultraviolet) aus. Der Chip besteht aus 13-Metalllayern, die einzeln gefertigt werden müssen. Ein Renoir-Prozessor besitzt schlussendlich 9,8 Milliarden Transistoren. Die Größe des Chips beläuft sich auf 156 mm².

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AMD hat aber nicht nur einfach die Blöcke bestehender CPUs und GPUs genommen und diese zusammengeführt. Für Renoir kommt noch kein Chiplet-Design zum Einsatz, sondern ein monolithischer Chip. Das Baukastensystem lässt sich also nicht 1:1 anwenden. Schaut man sich die Details aus Chipgröße und Anzahl der Transistoren an, wird ein interessantes Detail deutlich.

Ein Renoir-Chip kommt auf 62,82 Millionen Transistoren pro Quadratmillimeter (MTr/mm²). Ein CCD der Ryzen-Prozessoren für den Desktop kommt auf 52,7 MTr/mm² (3,9 Milliarden Transistoren auf 74 mm²) und die Navi-10-GPU auf 41 MTr/mm² (10,3 Milliarden Transistoren auf 251 mm²). AMD hat es also geschafft, die Transistoren auf den Renoir-Chips deutlich enger zu packen. Bereits hier sei angemerkt, dass AMD die Vega-Architekur auf 7 nm gebracht hat.

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AMD hat einige Anpassungen an den Komponenten vorgenommen. So verwenden die Renoir-Prozessoren zwar ein CCD mit acht Zen-2-Kernen, von denen vier bis acht aktiv sind, der L3-Cache ist aber nur noch 4 MB pro Quad-Core-Gruppe groß. Sprich: Maximal geboten werden 8 MB, statt der 32 MB, wie es bei den Ryzen-, Ryzen-Threadripper- und EPYC-Prozessoren der Fall ist.

Der auf ein Viertel reduzierte L3-Cache wird natürlich auch Auswirkungen auf die gesamte Cache-Hierarchie haben. Der Renoir-Prozessor wird mehr Daten aus dem L3-Cache in den Arbeitsspeicher auslagern müssen. Wie groß der Leistungsunterschied aufgrund dieser Maßnahme ist, lässt sich aber nur schwer abschätzen. AMD spart am L3-Cache, um Chipfläche und Leistungsaufnahme einzusparen. Hier musste AMD also gewisse Kompromisse eingehen.

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Im Bereich der CPUs nehmen die Renoir-Prozessoren natürlich die Verbesserungen der Zen-2-Architektur auf. Dies wird einen deutlichen Schub hinsichtlich der Leistung bedeuten. Hinzu kommt ein Taktplus gegenüber den vorherigen mobilen Prozessoren, denn diesen liefen mit maximal 4 GHz – nun sind es 4,4 GHz.

Unterstützung von DDR4-3200 und LPDDR4-4266

Für die Desktop-Prozessoren bietet AMD bereits die Unterstützung von DDR4-3200. Für die Notebook-Varianten kommt der Support für LPDDR4-4266 hinzu. Davon profitiert insbesondere die U-Serie, die bisher nur sehr langsamen Speicher unterstützte.

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Die Unterstützung von LPDDR4 ist vor allem im Hinblick auf die Akkulaufzeit wichtig, da dieser Speicher mit deutlich weniger Spannung auskommt. Die höhere Speicherbandbreite von DDR4-3200 und LPDDR4-4266 hilft vor allem der integrierten GPU deutlich mehr Leistung abzurufen.


Auf Seiten der integrierten GPU hat man die Vega-Architektur in der Form überarbeitet, dass sie in einem mobilen Prozessor möglichst effektiv ist. Die Anzahl der CUs (Compute Units) wurde von maximal 11 auf 8 gesenkt – sprich anstatt maximal 704 Shadereinheiten sind nun nur noch 512 vorhanden. Allerdings will man die Leistung der einzelnen CUs um 59 % verbessert haben.

Die Leistung steigt somit trotz reduzierter Anzahl an Funktionseinheiten um 27 %. In Zahlen ausgedrückt von 1,41 TFLOPS auf 1,79 TFLOPS für FP32-Berechnungen.

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Die Leistungssteigerung der Vega-Architektur um 59 % wird durch zahlreiche Maßnahmen erreicht. Teilweise spielt hier die Fertigung in 7 nm eine Rolle, aber es gibt Änderungen an der physikalischen Umsetzung.

So steigt der Takt von maximalen 1.400 MHz auf 1.750 MHz – also um 25 %. Die Renoir-Prozessoren unterstützen aber auch den schnellen LPDDR4X-4266 mit 68,3 GB/s, was ebenfalls Auswirkungen auf die Leistung der integrierten Grafikeinheit hat. Die Vorgänger-Prozessoren unterstützten nur DDR4-2400 und dieser bot nur eine Speicherbandbreite von 38,4 GB/s. Die geringere Speicherbandbreite ist einer der limitierenden Faktoren in den älteren Prozessoren, die mit der LPDDR4-Unterstützung nun gelockert wurde.

Es gibt zudem Verbesserungen im Data Fabric des Infinity Fabric. AMD hat diesen doppelt so breit gemacht, was den Datenverkehr zu den einzelnen CUs weitet und effektiver macht. Dies erhöht natürlich die Leistungsaufnahme, auch im Idle-Betrieb. AMD ist diesen Kompromiss aber eingegangen, um die Leistung der integrierten Vega-Grafikeinheit zu erhöhen.

Bei den Renoir-Prozessoren entkoppelt AMD zudem den Takt des Infinity Fabric von dem des Speichers. Dies ist möglich, weil es sich bei den Renoir-Prozessoren um ein monolithisches Design handelt. Bei den Chiplet-Designs der Ryzen-, Ryzen-Threadripper- und EPYC-Prozessoren ist dies in dieser Form und Flexibilität nicht möglich.

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Der Infinity Fabric der Renoir-Prozessoren soll um 75 % effektiver sein, als bei der Vorgänger-Generation. Zwar steigt mit zunehmender Bandbreite auch die Spannung und damit die Leistungsaufnahme an, dies geschieht aber in einem überschaubaren Rahmen. Für eine höhere Bandbreite nimmt AMD dies in Kauf.


Durch die kleinere Fertigung in 7 nm und weiteren Bemühungen verspricht sich AMD eine deutliche Verbesserung hinsichtlich der Leistungsaufnahme der Renoir-Prozessoren und damit auch der Akkulaufzeit. Insgesamt spricht AMD von einer um 20 % geringeren SoC-Power. Die Angaben der TDP bewegen sich mit 15, 35 und 45 W im üblichen Bereich für Notebook-Prozessoren. Es dürfte klar sein, dass es nicht die Dauerlast ist, welche typischerweise den größten Einfluss hat. Es geht darum die CPU-Kerne und GPU schnell reagieren zu lassen. Nur so viel Takt und so viel Spannung wie möglich sind das Motto.

Der System Management Controller (SMC) ist ein zentraler Bestandteil innerhalb der Strategie eines schnellen und flexiblen Taktwechsels. Dieser muss natürlich an die Anforderungen der laufenden Anwendungen angepasst sein. Die Firmware des Controllers soll 33 % schneller sein, als dies zuvor der Fall war. Damit soll der Prozessor schneller auf einen Anstieg oder ein Absenken der Last reagieren können, was die Leistung erhöht, aber auch Strom einsparen kann. Der SMC bezieht aber auch mit ein, ob das Notebook am Netzteil betrieben wird oder auf den Akku zurückgreift. Außerdem wird die Auslastung der I/O-Komponenten mit einbezogen – beispielsweise wenn der Akku über Power Delivery (USB) geladen oder ein externes Display betrieben wird.

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Um eine möglichst genaue Kontrolle des Taktes und der Spannungen zu ermöglichen, hat AMD zahlreiche Sensoren im Renoir-Prozessor verteilt. Diese sitzen an den wichtigen IP-Blöcken des Chips und überwachen die Auslastung der einzelnen Komponenten. Aus diesen Daten wird auch eine Interaktivität zwischen den verschiedenen Blöcken abgeleitet. AMD hat die Anzahl der Takt-Domänen, also der Bereiche die einen unterschiedlichen Takt aufweisen können, erhöht.

Bei alle diesen Maßnahmen wird deutlich, dass die Komplexität in der Zusammenarbeit zwischen Hard- und Software steigt. BIOS, Treiber, Windows, Firmware – dies alles spielt in die Steuerung der Renoir-Prozessoren mit hinein. In Form Power State Definitionen (AMD verwendet hier nun ACPI 6.3) spielt dies für das Betriebssystem eine besondere Rolle.

Per ACPI 6.3 wird es dem System ermöglicht, deutlich schneller und flexibler in den Cstates zur bringen. So ist es für einen tieferen Idle-Modus nicht mehr notwendig über mehrere Schritte bis auf die Höchstleistung zu springen. Stattdessen ermöglicht ACPI 6.3 drei unterschiedlich komplexe Festlegungen der Cstates, was auch einen schnelleren Wechsel je nach Anwendungslast ermöglicht.

Ein schnellerer und flexiblerer Wechsel macht das System schneller und zugleich sparsamer – je nachdem welche Lastanforderungenn gerade gestellt werden. Dabei muss immer wieder unterschieden werden, welche Komponenten benötigt werden und welche nicht.

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Anhand eigener Benchmarks im Vergleich zu den Ryzen-3000-Prozessoren für Notebooks wird dann auch die Zahl zur Einsparung von 59 % dargestellt. 


Gerade in Notebooks stellt die Kühlung den entscheidenden Faktor für die Systemleistung dar. Auch wenn die TDP noch nicht ausgeschöpft ist, kann eine schlechte Kühlung bedeuten, dass nicht die gewünschte Leistung erreicht wird. Auf der anderen Seite kann eine gute Kühlung auch mehr Leistungspotenzial bedeuten – auch über die TDP hinaus.

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Das Smart Temperature Tracing v2 (or STTv2) soll den Renoir-Prozessoren ermöglichen, ihren Boost-Takt länger zu halten. Dazu benötigt das System aber mehr Informationen über die restlichen Komponenten. Eine diskrete GPU kann diese Informationen über den Infinity Fabric an den System Management Controller weiterleiten. Wird die diskrete GPU beispielsweise nicht benötigt, die CPU-Kerne sollen aber ein Rendering ausführen, gibt die GPU ihr ungenutztes thermisches Potenzial an die CPU weiter. Thermische Dioden werden dazu auch im Gehäuse verbaut, wo weitere Hotspots zu erwarten sind.

AMD SmartShift

Während das STTv2 auf die Temperatur bezogen arbeitet. hat AMD zur CES bereits die SmartShift-Technologie vorgestellt. Auch diese ermöglicht eine Zusammenarbeit zwischen den CPU-Kernen, der integrierten GPU, aber auch einer diskreten GPU. Sony verwenden für den Custom-Prozessor der PlayStation 5 ebenfalls SmartShift, um die Leistung des Chips möglichst ideal zu gestalten.

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Nicht jede Anwendung lastet die verschiedenen Komponenten einer APU gleichermaßen aus. Ein CPU-Rendering erfolgt, wie der Name schon sagt, fast ausschließlich auf den CPU-Kernen. Ein Spiel hingegen lastet nicht immer alle acht Kerne aus, benötigt aber möglichst viel der GPU-Leistung.

SmartShift arbeitet über den Scalable Control Fabric (SCF) als Teil des Infinity Fabric und gibt darüber die notwendigen Informationen zwischen den verschiedenen Komponenten weiter. SmartShift funktioniert innerhalb der APU (zwischen CPU und integrierter GPU), aber auch zwischen einer APU und einer diskreten Grafikkarte – so lange es sich hier um eine AMD-GPU handelt. Ob dies nur für die mobilen Navi-GPUs gilt oder auch ältere mit einbezieht, ist aktuell noch unklar.


Ein paar Worte zur I/O-Funktionalität der Renoir-Prozessoren wollen wir auch noch verlieren. So unterstützen die neuen Modelle USB 3.1. nicht aber den schnelleren 3.2-Standard. Sämtliche externen Komponenten werden über PCI-Express 3.0, nicht aber PCI-Express 4.0 angebunden. Zum einen sieht AMD im mobilen Segment nicht die Notwendigkeit der höhere Bandbreite in PCI-Express 4.0, zum anderen spart man damit auch Akkulaufzeit ein, denn ein PCI-Express-4.0-Controller hat eine deutlich höhere Leistungsaufnahme.

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Insgesamt 20 PCI-Express-3.0-Lanes stehen zur Verfügung und darüber werden beispielsweise auch schnelle NVMe-SSDs angebunden.

Noch offen ist die Frage, ob wir Thunderbolt 3 in Notebooks mit Renoir-Prozessoren sehen werden. Zwar ist Thunderbolt 3 in der Theorie lizenzfrei, dennoch hat Intel einige Hürden aufgebaut, die eine Nutzung der Schnittstellen in Notebooks ohne Intel-Prozessor zumindest erschwert. Lenovo ist dennoch an einer Umsetzung interessiert. Ob es soweit kommt, wird man abwarten müssen.

Einschätzung zu Renoir

Derzeit fällt es noch sehr schwer, eine finale Einschätzung der Renoir-Prozessoren zu versuchen. Auf dem Papier hat AMD die richtigen Hebel umgelegt und zumindest die Ankündigungen der Notebookhersteller zeigen, dass man auf dem richtigen Weg ist.

Die bis zu acht Zen-2-Kerne bieten dank der Desktop-Erfahrungen damit ein hohes Potenzial, es mit Intels Comet-Lake-Prozessoren nicht auf aufnehmen, sondern diese auch überbieten zu können. Wie Intels Reaktion in Form der Comet-Lake-H-Prozessoren ausfallen wird, bleibt noch abzuwarten.

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Im Hinblick auf die integrierte GPU konnte Intel die Lücke mit der Gen11-Grafik zwar schließen, AMD wird mit den Renoir-Prozessoren aber wieder einen Schritt nach vorne machen und wieder etwas Abstand gewinnen. In der Kombination mit den diskreten GPUs sind die Notebooks dann ohnehin auf Augenhöhe.

Was die Effizienz der Renoir-Prozessoren betrifft, wird man die ersten Tests abwarten müssen. Ginge es nach AMD, wären die ersten Notebooks mit den neuen Prozessoren schon im Handel und demzufolge gäbe es auch schon die ersten Tests. Aufgrund des Coronavirus verzögert sich die Markteinführung aber um einige Wochen und dementsprechend müssen wir hier noch etwas Geduld haben, bevor belastbare Tests gemacht werden können.

Preise und Verfügbarkeit
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