Der König ist bezwungen: AMD Ryzen 9 5900X und Ryzen 5 5600X im Test

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amd ryzen 9 5900x 5600x review-teaserSeit heute sind die ersten Ableger der neuen Ryzen-5000-Familie erhältlich. Mit ihnen will AMD die letzte Intel-Bastion zu Fall bringen und endlich auch bei der Spieleleistung wieder ganz vorne mitspielen, nachdem man dem Konkurrenten mit seinen Matisse-Ablegern in Sachen Preis und Multicore-Performance bereits gehörig auf die Pelle gerückt war und diesen sogar zu einem Konter zwang. Ob AMD nun endlich der endgültige Führungswechsel gelingen wird, das soll unser heutiger Testartikel auf den nachfolgenden Seiten klären. Wir haben den AMD Ryzen 9 5900X und Ryzen 5 5600X pünktlich zum NDA-Fall auf den Prüfstand gestellt.

Im Juli 2019 blies AMD zum Großangriff und schickte seine ersten Prozessoren auf Basis der Zen-2-Architektur ins Rennen. Sie sollten nach Zen 1 und Zen+, die beide über Jahre hinweg mit stetigen Verbesserungen die Grundlage schafften, endlich wieder eine leistungs- und vor allem konkurrenzfähige Alternative zu Intel werden. Tatsächlich konnten die Matisse-Prozessoren wie der AMD Ryzen 9 3950X, Ryzen 9 3900X und Ryzen 5 3600X sowie die kleineren Ryzen-3-Modelle nach jahrelanger Durstrecke gleichziehen – in Sachen Preis und Multicore-Leistung hatten die AM4-CPUs mit ihren bis zu 16 Kernen sogar selbst nach dem Intel-Konter in Form des Core i9-10900K die Nase vorn. Einzig bei der Spieleleistung mussten die AMD-Modelle weiter zurückstecken und die Konkurrenz vorbeiziehen lassen. Nun soll endlich auch die letzte Intel-Bastion fallen. 

Mit seinen heute verfügbaren, ersten Modellen der neuen Ryzen-5000-Familie will AMD seinen Erzfeind endlich komplett in die Flucht schlagen und auch bei Spielern zur Nummer Eins der schnellsten Prozessoren werden. Dass dies nun endlich gelingen soll, wird schon am Namen deutlich, denn AMD überspringt im Desktop die Ryzen-4000-Familie, welche eigentlich als nächstes vorgesehen wurde. Sie gibt es vereinzelt nur im Notebook-Bereich als Renoir. Das Flaggschiffmodell unter den AM4-Prozessoren wechselt also vom Ryzen 9 3950X zum Ryzen 9 5950X. 

AMD Ryzen 9 5900X und Ryzen 5 5600X im Test
AMD Ryzen 9 5900X und Ryzen 5 5600X im Test
AMD Ryzen 9 5900X und Ryzen 5 5600X im Test
AMD Ryzen 9 5900X und Ryzen 5 5600X im Test
AMD Ryzen 9 5900X und Ryzen 5 5600X im Test
AMD Ryzen 9 5900X und Ryzen 5 5600X im Test
AMD Ryzen 9 5900X und Ryzen 5 5600X im Test
AMD Ryzen 9 5900X und Ryzen 5 5600X im Test
AMD Ryzen 9 5900X und Ryzen 5 5600X im Test
AMD Ryzen 9 5900X und Ryzen 5 5600X im Test
AMD Ryzen 9 5900X und Ryzen 5 5600X im Test
AMD Ryzen 9 5900X und Ryzen 5 5600X im Test
AMD Ryzen 9 5900X und Ryzen 5 5600X im Test
AMD Ryzen 9 5900X und Ryzen 5 5600X im Test
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AMD Ryzen 9 5900X und Ryzen 5 5600X im Test
AMD Ryzen 9 5900X und Ryzen 5 5600X im Test
AMD Ryzen 9 5900X und Ryzen 5 5600X im Test
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Während der ersten öffentlichen Ankündigung sprach AMD von einem Leistungszuwachs in Höhe von etwa 9 und 39 %, wobei es im Mittel etwa 19 % werden sollten. Hierfür hat man seine Zen-Architektur abermals weiterentwickelt und vor allem am Frontend sowie den Caches, aber auch am Backend einige Änderungen vorgenommen, die den doch deutlichen Leistungszuwachs ermöglichen sollen. Da es fortan in einem CCX die doppelte Kernanzahl gibt und somit teilweise die Kommunikation über den externen I/O-Die entfällt, sollen die Latenzzeiten bei der Kommunikation untereinander deutlich sinken, wovon vor allem Spiele und Single-Core-Anwendungen profitieren sollen. Zudem wird der L3-Cache zusammengelegt, was ebenfalls durch die selteneren, gegenseitigen Zugriffe zu kürzen Latenzen sorgen soll. 

Auf dem Papier fallen die Unterschiede jedoch deutlich geringer aus: Auch AMDs Ryzen 5000 unterstützt wie sein Vorgänger DDR4-3200 im Dualchannel-Betrieb, hat 24 PCIe-Gen4-Lans bei einer TDP von bis zu 105 W und wird weiterhin im 7-nm-Verfahren produziert. Je nach Modell gibt es auch bei Vermeer sechs bis 16 Kerne, wobei die kleineren Quadcore-Versionen der Ryzen-3-Familie erst in den nächsten Wochen folgen dürften. In Sachen Taktrate geht es im Generationsvergleich beim Boost nur leicht nach oben, wobei sich AMD aufgrund zahlreicher Optimierungen eine höhere Leistung pro Takt verspricht. 

Vier Modelle zum Release, zwei für den Test

Die neuen Ryzen-Prozessoren in der Übersicht
 Kerne / ThreadsBasis / BoostL3-CacheL2-CacheTDPPreis
Ryzen 9 5950X16 / 323,4 / 4,9 GHz64 MB8 MB105 W799 Euro
Ryzen 9 3950X16 / 323,5 / 4,7 GHz64 MB8 MB105 Wetwa 669 Euro
Ryzen 9 5900X12 / 243,7 / 4,8 GHz64 MB6 MB105 W549 Euro
Ryzen 9 3900XT12 / 243,8 / 4,7 GHz64 MB6 MB105 Wetwa 429 Euro
Ryzen 9 3900X12 / 243,8 / 4,6 GHz64 MB6 MB105 Wetwa 399 Euro
Ryzen 7 5800X8 / 163,8 / 4,7 GHz32 MB4 MB105 W449 Euro
Ryzen 7 3800XT8 / 163,9 / 4,7 GHz32 MB4 MB105 Wetwa 309 Euro
Ryzen 7 3800X8 / 163,9 / 4,5 GHz32 MB4 MB105 Wetwa 299 Euro
Ryzen 7 3700X8 / 163,6 / 4,4 GHz32 MB4 MB65 Wetwa 279 Euro
Ryzen 5 5600X6 / 123,7 / 4,6 GHz32 MB3 MB65 W299 Euro
Ryzen 5 3600XT6 / 123,8 / 4,5 GHz32 MB3 MB95 Wetwa 199 Euro
Ryzen 5 3600X6 / 123,8 / 4,4 GHz32 MB3 MB95 Wetwa 199 Euro
Ryzen 5 36006 / 123,6 / 4,2 GHz32 MB3 MB65 Wetwa 179 Euro

Zum Start von Ryzen 5000 gibt es zunächst vier verschiedene Modelle. Der AMD Ryzen 9 5950X führt mit seinen 16 Kernen und 32 Threads das Feld künftig an und macht sich bei einer TDP von 105 W mit einem Basis- und Boost-Takt von 3,4 bis 4,9 GHz ans Werk. Beim nächst kleineren Modell, dem Ryzen 9 5900X, sinkt die Kernanzahl auf zwölf, die Taktraten hingegen auf 3,7 bis 4,8 GHz. Aufgrund der geringeren Kernanzahl reduziert sich außerdem der L2-Cache von 8 auf 6 MB, der Zwischenspeicher in dritter Reihe bleibt jedoch weiterhin mit 64 MB bestehen, genau wie die TDP von 105 W. Der AMD Ryzen 7 5800X bietet acht Kerne und 16 Threads, die sich mit 3,8 bis 4,7 GHz ans Werk machen. Eine Absenkung bei der TDP bringt erst der AMD Ryzen 5 5600X auf 65 W mit sich. Dafür stehen ihm nur noch sechs Kerne und zwölf Threads mit Taktraten von 3,7 bis 4,6 GHz zur Verfügung. 

Je nach Modell müssen zwischen 299 und 799 Euro bezahlt werden, womit sich AMD an den Release-Preisen der Vorgänger orientiert. Vorerst laufen die neuen Vermeer-Modelle auf den X570- und B550-Mainboards, im nächsten Jahr sollen auch ausgewählte X470- und B450-Boards per BIOS-Update fit gemacht werden. Vereinzelt haben die Hersteller allerdings schon jetzt entsprechende Beta-Versionen veröffentlicht.

Für unseren Launch-Test haben wir den AMD Ryzen 9 5900X und den AMD Ryzen 5 5600X mit zwölf und sechs Kernen erhalten. Das Topmodell und der mittlere Ableger sollen uns heute im Laufe des Tages erreichen, womit wir in Kürze alle vier Neueinsteiger im Test haben werden. Die Eckdaten beider Modelle können den entsprechenden CPUz-Screenshots entnommen werden:

CPUz des AMD Ryzen 9 5900X und Ryzen 5 5600X
CPUz des AMD Ryzen 9 5900X und Ryzen 5 5600X
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Wir haben den AMD Ryzen 9 5900X und den AMD Ryzen 5 5600X ausführlich auf den Prüfstand gestellt. Wie sich AMDs neueste Prozessor-Generation in Sachen Spiele-Performance, Leistungsaufnahme, Overclocking-Verhalten und anderen Anwendungen schlägt, das erfährt man in diesem Hardwareluxx-Test auf den nachfolgenden Seiten.


Zen/Zen+ war der erste große Schritt, der ein IPC-Plus von 52 % lieferte und AMD auf den aktuellen Weg brachte. Zen 2 war ein Zwischenschritt bei den Verbesserungen, die es nicht mehr in Zen/Zen+ geschafft hatten, aber dennoch einen deutlich größeren Leistungssprung ermöglicht haben, als man dies erwartet hatte. Plus 15 % IPC, eine Fertigung in 7 nm und damit verbunden ein Boost-Takt von bis zu 4,7 GHz waren die Früchte dieser Anstrengungen und aufgrund des bereits vielfach gelobten Chiplet-Designs sah sich AMD vor allem in Multi-Threaded-Anwendungen auf Augenhöhe mit Intel – inzwischen vielfach belegt durch unzählige Tests.

AMD Ryzen 5000: Zen 3 Deep Dive
AMD Ryzen 5000: Zen 3 Deep Dive
AMD Ryzen 5000: Zen 3 Deep Dive
AMD Ryzen 5000: Zen 3 Deep Dive
AMD Ryzen 5000: Zen 3 Deep Dive
AMD Ryzen 5000: Zen 3 Deep Dive
AMD Ryzen 5000: Zen 3 Deep Dive
AMD Ryzen 5000: Zen 3 Deep Dive
AMD Ryzen 5000: Zen 3 Deep Dive
AMD Ryzen 5000: Zen 3 Deep Dive
AMD Ryzen 5000: Zen 3 Deep Dive
AMD Ryzen 5000: Zen 3 Deep Dive
AMD Ryzen 5000: Zen 3 Deep Dive
AMD Ryzen 5000: Zen 3 Deep Dive
AMD Ryzen 5000: Zen 3 Deep Dive
AMD Ryzen 5000: Zen 3 Deep Dive
AMD Ryzen 5000: Zen 3 Deep Dive
AMD Ryzen 5000: Zen 3 Deep Dive
AMD Ryzen 5000: Zen 3 Deep Dive
AMD Ryzen 5000: Zen 3 Deep Dive
AMD Ryzen 5000: Zen 3 Deep Dive
AMD Ryzen 5000: Zen 3 Deep Dive
AMD Ryzen 5000: Zen 3 Deep Dive
AMD Ryzen 5000: Zen 3 Deep Dive
AMD Ryzen 5000: Zen 3 Deep Dive
AMD Ryzen 5000: Zen 3 Deep Dive
AMD Ryzen 5000: Zen 3 Deep Dive
AMD Ryzen 5000: Zen 3 Deep Dive
AMD Ryzen 5000: Zen 3 Deep Dive
AMD Ryzen 5000: Zen 3 Deep Dive
AMD Ryzen 5000: Zen 3 Deep Dive
AMD Ryzen 5000: Zen 3 Deep Dive
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Während es zwischen Zen/Zen+ und Zen 2 noch viele Gemeinsamkeiten gibt, beschreibt AMD Zen 3 als erste vollständige Neuentwicklung nach der ersten Zen-Generation. Natürlich wirkt vieles auf den ersten Blick sehr ähnlich, schaut man jedoch tiefer auf die einzelnen Bestandteile, werden die vielen Detailverbesserungen und grundsätzlichen Änderungen deutlich. Zentraler Bestandteil ist ein neuer 8-Kern-Core-Complex (CCX), der sich einen gemeinsamen, 32 MB großen L3-Cache mit weiteren CCX-Ausbaustufen teilt. Es bleibt bei der Fertigung in 7 nm, wenngleich AMD beim Takt durch die Designänderungen und kleineren Verbesserungen in der Fertigung ebenfalls leicht zulegen kann.

AMD Ryzen 5000: Zen 3 Deep Dive
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Für Zen 3 gab es drei Designziele:

Die Zen-3-Architektur in der Übersicht

In den kommenden Absätzen schauen wir uns die Zen-3-Architektur im Detail an.

AMD Ryzen 5000: Zen 3 Deep Dive
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Ein Zen-3-Kern kann weiterhin zwei Threads (SMT2) ausführen. Aller Anfang ist wie bei allen modernen Architekturen ein Branch Predictor, also die Sprungvorhersage. Eine Sprungvorhersage ist in aktuellen Architekturen unabdingbar, um die Pipelines der Recheneinheiten möglichst voll auszulasten. Ohne diese Maßnahme wären moderne Prozessoren deutlich langsamer. Sie sind aber auch Fluch und Segen zugleich, denn viele der Sicherheitslücken in Prozessoren sind darauf zurückzuführen, dass über Sprungvorhersagen Zugriffe auf Daten möglich sind, die eigentlich geschützt sein sollten.

AMD Ryzen 5000: Zen 3 Deep Dive
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Sowohl AMD als auch Intel arbeiten in immer ausgefeilteren Methoden der Sprungvorhersage. Im Grunde geht es darum, nach dem aktuellen Befehl schon den nächsten zu kennen, um diesen ebenfalls bereits auszuführen, bevor das Ergebnis des vorherigen Befehls bekannt ist. Über verschiedene Algorithmen ist es möglich, eine gewisse Wahrscheinlichkeit zu bestimmen, was dies für ein Befehl sein wird. Dies ist natürlich abhängig von der jeweiligen Anwendung. So kann die Hit-Rate, also die Treffergenauigkeit einer Sprungvorhersage, fast 98 % betragen, aber auch weit unter 50 % liegen. Dementsprechend unterschiedlich ist die Rechenleistung des Kerns in den verschiedenen Anwendungen.

Nicht nur die Genauigkeit spielt eine Rolle, auch die Anzahl der Sprungvorhersagen ist von Bedeutung. Mit der Zen-3-Architektur kann AMD mehr Sprungvorhersagen pro Taktzyklus machen. Bei einer fehlerhaften Sprungvorhersage muss an den vorherigen Status zurückgesprungen werden und auch diesen Prozess hat AMD hinsichtlich der Latenz beschleunigt.

Auf den Branch Predictor folgen zwei Wege, wie Befehle zum eigentlichen Kern gelangen. Es gibt einen 32 KB großen Instruction Cache (L1-Cache), der einen x86-Decoder mit vier Instruktionen pro Taktzyklus füttert. Dieser Instruktion Cache wurde optimiert und soll besser ausgelastet, bzw. ausgenutzt werden. Die Instruktionen werden in einer Op-Queue abgelegt. Tauchen Instruktionen immer wieder auf, können diese im Op-Cache abgelegt werden und mit acht sogenannten Macro-Ops pro Taktzyklus in die Op-Queue gelegt werden. Über den Dispatcher wird festgelegt, welche Instruktionen oder Macro-Ops in die Integer- oder Floating-Point-Pipeline übergeben werden. Bei Zen/Zen+ und Zen 2 hat AMD einige ineffiziente Prozesse identifiziert, die dazu Gefährt haben, dass der Dispatcher aus den zwei Pipelines (x86-Instruktionen und Op-Cache) nicht ideal zusammengeführt und in eine Ordnung gebracht wurde.

AMD Ryzen 5000: Zen 3 Deep Dive
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Es gibt weiterhin vier Integer-Einheiten mit acht Pipelines, die mit dedizierten Branch- und Store-Einheiten versehen wurden, so dass der Durchsatz an Integer-Rechenoperationen deutlich gesteigert werden konnte. Der Integer-Scheduler wurde von 92 auf 96 Einträge erweitert – aufgeteilt in 4x 24 AKU/AGU-Scheduler. Das dazugehörige Register File als Speicher wurde von 180 auf 192 Einträge aufgebohrt. Pro Taktzyklus können zehn anstatt sieben (4x ALUs, 3x AGUs, 1x Branch, 2x Store) Operationen durchgeführt werden.

Es bliebt bei vier ALUs und drei AGUs, allerdings teilen sich diese die Ressourcen mit Branch- und Store-Data-Units. Bei gleicher oder ähnlicher Anzahl an Recheneinheiten erhöht sich damit auch hier der Durchsatz. AMD balanciert die Integer-Einheiten an den Workloads, die auftreten, und erreicht damit eine höhere Effizienz. Dabei spielen auch die Shared Scheduler eine Rolle, die natürlich wissen müssen, welche Berechnungen sie parallel ausführen und bestmöglich aufteilen können.

AMD Ryzen 5000: Zen 3 Deep Dive
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Auf Seite der Floating-Point-Einheiten sind sechs Recheneinheiten vorgesehen. Man hat die einzelnen Einheiten (MUL, ADD, MAC, …) jedoch etwas breiter aufgeteilt, um diesen mehr Zeit zu geben und die Instruktionen besser verteilen zu können. So gibt es separate Einheiten für Stores und Floating Point Register File Moves. Hier soll es nun ebenfalls eine bessere Balance in den verschiedenen Einheiten geben, damit bestimmte Berechnungen mit einem höheren Durchsatz ablaufen können. Weiterhin ist Zen 3 in der Lage, zwei 256 Bit breite Multiply-Accumulate (FMAC) durchzuführen. Zen 2 benötigt für eine solche Berechnung fünf Taktzyklen, bei Zen 3 sind es nun nur noch vier.

AMD Ryzen 5000: Zen 3 Deep Dive
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In der Zen-2-Architektur konnten drei Speicheroperationen pro Taktzyklus ausgeführt werden – zwei Loads und ein Store. Mit Zen 3 sind es jetzt drei Loads sowie zwei Stores pro Taktzyklus, die zwar nicht gleichzeitig möglich sind, dennoch jeweils eine Steigerung von 33, bzw. 50 % ermöglichen, was dem Durchsatz ebenfalls zuträglich ist.

Darüber hinaus wurde die Store Queue von 48 auf 64 Einträge erweitert. Der L1-Data-Cache bleibt bei 32 kB (genau wie der L1-Instruction-Cache), kann jedoch dreimal mehr Speicher-Operationen pro Taktzyklus umsetzen. Aus den drei Load- und zwei Store-Einheiten kann pro Taktzyklus jeweils ein Datensatz übernommen werden – handelt es sich um 256 Bit große Datensätze (Floating Point) sind allerdings nur zwei Loads und ein Store möglich.

Zen 2 vs. Zen 3

In der Hierarchie einer Architektur beginnend sind die größten Unterschiede ein doppelt so großer Branch Target Buffer (BTB). Im Frontend ebenfalls verbessert wurden die Bandbreite der Sprungvorhersage und die Mobilität in den verschiedenen Schritten des Fronends, wozu eine schnellere Reaktion auf falsche Sprungvorhersagen gehört, aber auch der schnellere und präzisere Wechsel zwischen der x86- und Op-Cache-Pipeline.

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Auf Seiten der ausführenden Recheneinheiten gibt es nun dedizierte Branch- und Store-Einheiten für die Integer-Pipeline, wo zuvor eine Branch-Einheit als Shared-Ressource nicht exklusive zur Verfügung stand. Dies soll den Durchsatz der Integer-Einheiten verbessern. Auch die Latenzen wurden hier verbessert. Für die Floating-Point-Operationen wurde die Anzahl der Pipelines von vier auf sechs aufgebohrt und die Berechnung von Floating Point Multiply-Accumulate (MAC) um einen Taktzyklus beschleunigt.

Die Steigerung von zwei Loads und einem Store auf drei Loads oder zwei Stores pro Taktzyklus erhöht im Speicherbereich den Durchsatz. Im Translation Lookaside Buffer (TLB) können nun sechs anstatt nur zwei Zeiger im Buffer nach den Einträgen suchen.


Im Detail gibt es also viele kleine Änderungen, die teilweise substantieller Natur sind. Schaut man auf den Prozessor als Ganzes und nur auf den Die, sieht alles eigentlich wie gehabt aus. Aber auch hier gibt es teils große Unterschiede.

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Ein CCD bestand bisher aus zwei CCX mit jeweils vier Kernen. Die vier Kerne haben sich 16 MB an L3-Cache geteilt, sodass wir von 2x 16 MB L3-Cache pro CCD sprechen. Für Zen 3 wechselt AMD auf ein CCX mit acht Kernen, die sich insgesamt 32 MB an L3-Cache teilen. Es gibt vor allem keine Crossbar mehr zwischen den zwei L3-Cache-Clustern, wenn Kerne aus einem anderen CCX auf den Speicher zugreifen wollen. Dies reduziert die Latenz bei Zugriffen im L3-Cache. Je mehr Kerne auf einen gemeinsamen Cache zugreifen, desto höher werden die Latenzen. Acht Kerne für 32 MB sieht man als derzeitigen Sweet Spot. Alle Kerne im CCX-Complex sind direkt miteinander verbunden. Es gibt acht Slices zu jeweils 4 MB pro Kern.

AMD Ryzen 5000: Zen 3 Deep Dive
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In der Cache-Hierarchie beginnt alles mit Daten aus dem 32 kB großen L1-Instruction-Cache. Über die Load- und Store-Einheiten können Daten aus dem L1-Data-Cache (ebenfalls 32 kB groß) gelesen oder in diesen geschrieben werden. Pro Taktzyklus können hier 32 Byte gelesen, bzw. geschrieben werden. Zwischen dem L1- und L2-Cache werden die Daten ebenfalls mit 32 Byte pro Takt ausgetauscht. Jedem Kern stehen 512 kB an privatem L2-Cache zur Verfügung, der für Daten und Instruktionen genutzt werden kann.

Zwischen dem L2- und L3-Cache werden die Daten wieder mit 32 Byte pro Taktzyklus ausgetauscht, sodass die hohe Bandbreite vom L3-, über den L2- bis in den L1-Cache weitergegeben wird. Der L3-Cache wird per Shadow Tags so aufgeteilt, dass Kerne die Daten untereinander austauschen können.

AMD Ryzen 5000: Zen 3 Deep Dive
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Wie bei den Ryzen-3000-Prozessoren gibt es eine bestimmte Topologie der Ryzen-5000-Prozessoren, die allerdings weitestgehend identisch ist. Ein CCD besteht nun allerdings aus einem CCX und nicht mehr aus bis zu zwei. Es bleibt jedoch bei den acht Kernen und 32 MB an L3-Cache. Die Zusammenführung zweier CCX in ein solches Cluster ist der Kernpunkt. Das Chiplet-Design bleibt also identisch und dies gilt auch für den IOD und dessen Anbindung. Per Infinite Fabric kann mit 16 Byte pro Taktzyklus vom CCD an den IOD geschrieben und vom IOD zum CCD mit 32 Byte pro Taktzyklus gelesen werden. Dies führt natürlich wieder dazu, dass bei nur einem CCD (wie beim Ryzen 7 5800X und Ryzen 5 5600X) die Schreibrate gegenüber der Leserate weiterhin nur halb so hoch ist. Intern kann über den Infinite Fabric mit 32 Byte pro Taktzyklus zum Speichercontroller kommuniziert werden, allerdings erfüllen die Prozessoren mit nur einem CCD die Anforderungen an die Bandbreite für das Schreiben nicht.

Kommen zwei CCDs zum Einsatz (Ryzen 9 5900X und Ryzen 9 5950X), schreiben diese mit 2x 16 Byte pro Taktzyklus in den Speichercontroller, gelesen werden kann trotz theoretischen 2x 32 Byte aber nur mit insgesamt 32 Byte pro Taktzyklus.

Der IOD ist vollständig identisch zur Ryzen-3000-Serie, im Detail kann es kleinere Detailverbesserungen in der Fertigung gegeben haben. Der IOD dürfte sparsamer arbeiten können, weil weniger Daten von den CCX/CCDs übertragen werden müssen. Dieses – wenn auch kleine Power-Budget des IOD – steht letztendlich wieder dem oder den CCDs zur Verfügung. Ob man die geringere Leistungsaufnahme des IOD aber überhaupt praxisrelevant aufzeigen kann, ist fraglich.

+19 % IPC

Nur durch die Verbesserungen in der Architektur erreicht AMD ein IPC-Plus von 19 %. Über die vergangenen zwei Seiten haben wir diese genauer beschrieben und versucht, deutlich zu machen, was AMD hier für Änderungen in die Zen-3-Architektur hat einfließen lassen.

AMD Ryzen 5000: Zen 3 Deep Dive
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Die +19 IPC-Leistung ermittelt AMD aus einem Mittel verschiedener Benchmarks bei einem identischen Takt von 4 GHz und acht Kernen für Zen 2 und Zen 3. In der Grafik ist gut zu erkennen, wie AMD die Zugewinne in etwa auf die verschiedenen Bereiche aufteilt. In Kombination aus den Verbesserungen im Cache, den einzelnen Funktionseinheiten, dem Micro-Op-Cache, dem Frontend insgesamt und den Load/Store-Einheiten ergeben sich die Leistungszuwächse von Zen 3. Eine einzelne Maßnahme hätte natürlich nicht den gleichen Effekt, wie er im einzelnen dargestellt wird, da all diese Schritte zusammengreifen müssen, damit der positive Effekt zum Tragen kommt.

AMD Ryzen 5000: Zen 3 Deep Dive
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Aufgeschlüsselt auf die einzelnen Anwendungen zeigen sich die Vorteile, die sich für die Zen-3-Architektur ergeben. Einige profitieren nur um Bereich von etwa +10 %, andere wiederum deutlich mehr als 20 %. Hier tauchen dann vermehrt Spiele auf und dies ist eben die Kategorie von Anwendungen, die AMD mit Zen 3 in den Fokus rückt.


Die Ryzen-5000-Prozessoren sind grundsätzlich zur bestehenden AM4-Plattform kompatibel, wer ein Mainboard mit 500-Series-Chipsatz besitzt, kann die Prozessoren nach einem BIOS-Update sofort einsetzen. Solche mit 400-Series-Chipsatz haben entweder bereits ein BIOS-Update erhalten, oder werden dies in den kommenden Wochen und Monaten bekommen.

Wir wollen noch etwas auf die Plattform und das Verhalten der Ryzen-Prozessoren eingehen, denn schon bei den Ryzen-3000-Prozessoren gab es hier Fragestellungen, die sich nun erneut ergeben.

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Zunächst einmal arbeiten auch die Ryzen-5000-Prozessoren mit einem Precision Boost 2, der schon mit den Ryzen-2000-Prozessoren eingeführt wurde. Am grundsätzlichen Verhalten des Boosts ändert sich nichts. Dynamisch und angepasst an die laufenden Anwendungen wird der maximale Boost-Takt durch die verwendeten Threads, die Stromversorgung des Mainboards, die Leistungsabgabe des Mainboards, die CPU-Temperatur, die Dauer der Last und vieles mehr.

Kernaussage soll sein: Jeder Prozessor verhält sich anders. Ein Ryzen 9 5900X kann bei genau 4,8 GHz an seine Grenzen kommen, kann jedoch auch 50 MHz darüber liegen. Es gibt keine vordefinierten Boost-Tabellen, sondern eine Dynamik, die eben viel Spielraum für variable Ergebnisse lässt.

AMD Ryzen-5000-Plattform
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Das Auslesen der Taktraten und Abhängigkeiten ist nicht ganz einfach. Precision Boost 2 arbeitet in einem Zyklus von 1 ms und damit viel kürzer, als dies viele Sensor-Tools auslesen können.

AMD Ryzen-5000-Plattform
AMD Ryzen-5000-Plattform
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Die Ryzen-5000-Prozessoren arbeiten laut AMD mit einer Spannung von 0,2 und 1,5 V. Im Idle-Betrieb sollen es 0,9 bis 1,2 V sein. Für Standard-Desktop-Anwendungen 1,1 bis 1,35 V und in kurzen Last-Szenarien bis zu 1,5 V. Werden alle Kerne ausgelastet, liegen 1,35 V an. In Spielen erreichen die Prozessoren auch 1,5 V. Die Spannung ist abhängig davon, welchen Boost-Takt die Kerne erreichen. In Spielen und kurzen Last-Szenarien werden die maximalen Boost-Taktraten und demnach 1,5 V erreicht.

Bei der Beurteilung der Spannungen muss man allerdings den C6 Sleep State mit einberechnen. Wird ein Kern nicht verwendet, wird dieser komplett abgeschaltet. Via Power-Gating wird er komplett von der VID-Spannungsebene getrennt. AMD nennt als Beispiel die Möglichkeit, dass die VID zwar mit 1,283 V gemeldet wird, sich einzelne Kerne aber im C6 Power State befinden und diese abhängig von der Zeit in der sich der Kern in diesem befindet eben ein niedrigerer Wert angenommen werden muss.

Im Ryzen Master wird eine durchschnittliche Kernspannung (ACV) gemeldet, die diesen Effekt des C6 Power State mit einbezieht. Damit alle Boost-Mechanismen und Stromspartechniken funktionieren, muss der Chipsatz-Treiber installiert sein. Den Ryzen Balanced Power Plan gibt es nicht mehr.

Übertaktung des Speichers und der Infinity Fabric

Einmal mehr betont AMD, dass es auf mehr als den reinen Prozessortakt ankommt. Doch zunächst einmal ein paar Begrifflichkeit: MCLK ist der Takt des Speichers. Beim UCLK handelt es sich um den Takt des Speichercontrollers, also wie oft dieser Befehle an den Speicher ausgeben und empfangen kann. Der FCLK ist der Takt des Infinity Fabric. Dieser ist für die Kommunikation zwischen den CCD(s) und dem IOD verantwortlich. All dies kennen wir schon von der vorherigen Generation.

Für die Ryzen-Prozessoren gibt es zwei Modi, in denen ein Zusammenhang dieser Takt-Domänen festzuhalten ist. Bis zu einem Takt von DDR4-3733 arbeiten die internen Teiler in einem Verhältnis von 1:1:1 (MCLK = UCLK = FCLK = 1.866 MHz). Darüber hinaus kommen verschiedene Teiler ins Spiel. AMD nannte bisher DDR4-3600 bzw. einen Takt  des Infinity Fabric von 1.800 MHz als Sweet-Spot für die Ryzen-Prozessoren (Matisse), welcher in der Regel auch alle Prozessoren erreichen. Den IF-Takt höher als 1.800MHz zu übertakten, ist keine leichte Aufgabe. Manche haben Glück und erreichen problemlos 1.900 MHz, andere scheitern schon an 1.833 MHz. 

AMD Ryzen-5000-Plattform
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Für die Ryzen-5000-Prozessoren spricht AMD offenbar von der Möglichkeit, selbst DDR4-4000 noch im 1:1:1-Betrieb arbeiten zu lassen. Dies würde bedeuten, dass sich der Takt des Infinity Fabric auf 2.000 MHz erhöhen lässt – wenn es der Prozessor denn zulässt. DDR4-4000 in 1:1:1 soll mit den Vermeer-Modellen (Ryzen-5000-Prozessoren) das sein, was DDR4-3800 in 1:1:1 für die Ryzen-3000-Serie war, bzw. ist.

Demzufolge haben Detailverbesserungen offenbar dazu geführt, dass die Takt-Domains etwas stabiler arbeiten können. DDR4-3800 sollten mit den Ryzen-5000-Prozessoren nahezu immer möglich sein, in Ausnahmen eben auch DDR4-4000. Unsere Ergebnisse dazu findet ihr auf der Seite zum RAM-OC.


Uns stand für die Tests der Ryzen-Prozessoren folgende Hardware zur Verfügung:

AMD Ryzen-5000-Serie:

AMD Ryzen-3000-Serie:

AMD Ryzen-2000- und Ryzen-1000-Serie:

AMD Ryzen-Threadripper-Prozessoren:

AMD Ryzen Threadripper 3. Generation:

Intel LGA1200:

Intel LGA1151:

Intel LGA2066

Auf allen Systemen installiert ist ein Windows 10 in der Version 2004 mit allen Patches für die Sicherheitslücken. Außerdem installierten wir die aktuellen Chipsatz-Treiber für AMD und Intel.

DDR-Taktraten für die Prozessoren
Prozessor Takt
Intel LGA1200 (10. Geneartion) DDR4-2666/DDR4-2933
Intel LGA1151 (bis. 9 Generation) DDR4-2666
Intel LGA2066 (bis 9. Generation) DDR4-2666
Intel LGA2066 (10.  Generation) DDR4-2933
AMD Ryzen 1. und 2. Generation DDR4-2933
AMD Ryzen 3. Generation DDR4-3200
AMD Ryzen 5. Generation DDR4-3200
AMD Ryzen Threadripper 1. und 2. Generation DDR4-2933
AMD Ryzen Threadripper 3. Generation DDR4-3200
AMD Ryzen-3000G-Serie DDR4-2933
AMD Athlon-Serie DDR4-2666
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Der Cinebench ist ein Klassiker um die Multi- und Single-Threaded-Leistung eines Prozessors zu beurteilen. Er skaliert auch über mehrere Dutzend Kerne noch ganz gut und zeigt über den Single-Threaded-Test auch die Single-Core-Leistung eines Prozessors auf.

Cinebench R20

Multi-Threaded

Punkte
Mehr ist besser

Cinebench R20

Single-Threaded

Punkte
Mehr ist besser


Über AIDA64 kann die Lese- und Schreibleistung des Arbeitsspeichers beurteilt werden. Außerdem wird die Kopierleistung aufgenommen und die Latenzen können gemessen werden.

AIDA64

Lese- und Schreibdurchsatz

84455XX


73179XX
78476XX


68080XX
78229XX


67993XX
78025XX


67224XX
63637XX


58373XX
49039XX


47222XX
48819XX


47320XX
48135XX


47312XX
46202XX


25537XX
46121XX


25546XX
46086XX


25546XX
46042XX


25549XX
45994XX


25547XX
45970XX


25547XX
45959XX


25545XX
45821XX


25547XX
45674XX


25544XX
44487XX


43625XX
43240XX


44037XX
43049XX


44435XX
42056XX


44938XX
38820XX


40930XX
38775XX


40891XX
37968XX


40137XX
37887XX


40772XX
37858XX


40777XX
37828XX


40756XX
37604XX


40875XX
37452XX


40774XX
37440XX


40722XX
37022XX


40629XX
30798XX


32931XX
MB/s
Mehr ist besser

AIDA64

Kopierdurchsatz

MB/s
Mehr ist besser

AIDA64

Speicherverzögerung

in ns
Weniger ist besser


Der Y-Cruncher berechnet PI auf auf die gewählte Stelle und verwendet dabei alle ihm zur Verfügung stehenden Kerne. Auch hier zeigt sich sehr gut, wie über die schiere Anzahl der Kerne gearbeitet werden kann. Digicortex simuliert die Synapsenaktivität des Gehirns einer Seegurke. Die Ausgabe erfolgt als Geschwindigkeit der Simulation als Echtzeit-Faktor.

Y-Cruncher

500M

Sekunden
Weniger ist besser

DigiCortex

Small 64 Bit

x real-time avg
Mehr ist besser


Blender, Corona und V-Ray sind allesamt Rendering-Benchmarks, die für Workstation-Anwendungen in diesem Bereich stehen. Üblicherweise skalieren diese Benchmarks allesamt ganz gut über die Anzahl der Kerne.

Blender

bmw27

Sekunden
Weniger ist besser

Blender

classroom

Sekunden
Weniger ist besser

V-Ray

Benchmark

Sekunden
Weniger ist besser

Corona

Benchmark

Sekunden
Weniger ist besser


In Handbrake haben wir ein 4K-Video in 1080p mit 60 Hz H.264 kodiert und die Zeit aufgenommen, die dazu benötigt wird. Über VeraCrypt schauen wir uns die AES-Leistung der Prozessoren an und 7-Zip zeigt die Leistung für die Dekomprimierung und Komprimierung von Daten auf.

Handbrake

UHD Demo Nature

Sekunden
Weniger ist besser

VeraCrypt

AES

GB/s
Mehr ist besser

7-Zip

32M - Gesamtwertung

MIPS
Mehr ist besser

7-Zip

32M - Dekomprimierung/Komprimierung

160208XX


84428XX
149543XX


114248XX
148907XX


110724XX
136767XX


80428XX
135185XX


76973XX
132475XX


107701XX
127279XX


101024XX
109943XX


77147XX
108072XX


76160XX
94038XX


66186XX
93474XX


63348XX
92880XX


64631XX
88484XX


57296XX
86553XX


72916XX
86298XX


65421XX
82603XX


55960XX
78735XX


47737XX
71017XX


52526XX
70989XX


52342XX
67987XX


50160XX
61276XX


47048XX
60964XX


52921XX
57826XX


46136XX
57541XX


46432XX
54179XX


47824XX
43501XX


34602XX
43159XX


35110XX
42842XX


37877XX
42182XX


38486XX
39357XX


32420XX
39237XX


32710XX
30904XX


26814XX
MIPS
Mehr ist besser


Für den Test der Compiling-Leistung haben wir den Mozilla Firefox in der aktuellen Version für den Desktop in 64 Bit compiled. Hier spielen die Single-Threaded- und die Multi-Threaded-Leistung eine Rolle, wobei ein Prozessor mit vielen Kernen deutliche Vorteile hat.

Compiling

Firefox-Browser

Sekunden
Weniger ist besser


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UL 3DMark

TimeSpy Extreme - CPU

Futuremark-Punkte
Mehr ist besser

UL 3DMark

TimeSpy Extreme - Overall

Futuremark-Punkte
Mehr ist besser

UL 3DMark

TimeSpy Extreme - Graphics

Futuremark-Punkte
Mehr ist besser


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Battlefield V

1.920 x 1.080

200.2XX


140.8XX
198.3XX


138.9XX
195.1XX


135.1XX
192.7XX


147.1XX
190.5XX


131.6XX
188.7XX


137.0XX
188.4XX


123.5XX
188.1XX


137.0XX
187.1XX


129.9XX
186.6XX


129.9XX
183.8XX


156.3XX
182.6XX


128.2XX
181.5XX


166.7XX
179.8XX


122.0XX
176.8XX


140.8XX
175.3XX


135.1XX
172.3XX


138.9XX
171.4XX


137.0XX
170.8XX


129.9XX
169.7XX


133.3XX
169.4XX


135.1XX
168.8XX


129.9XX
166.2XX


99.0XX
165.3XX


107.5XX
164.9XX


109.9XX
164.4XX


112.4XX
164.3XX


98.0XX
164.2XX


100.0XX
162.5XX


126.6XX
151.7XX


119.0XX
150.6XX


105.3XX
148.5XX


87.7XX
Bilder pro Sekunde
Mehr ist besser

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The Division 2

1.920 x 1.080

192.7XX


153.9XX
192.6XX


158.7XX
190.4XX


147.1XX
189.8XX


163.9XX
185.8XX


123.6XX
185.6XX


140.8XX
183.1XX


138.9XX
182.7XX


138.9XX
181.2XX


116.3XX
176.6XX


112.3XX
172.3XX


135.2XX
172.3XX


133.3XX
171.8XX


135.1XX
171.4XX


131.6XX
170.6XX


135.1XX
169.9XX


116.3XX
169.9XX


112.4XX
168.7XX


95.2XX
168.2XX


112.3XX
166.4XX


133.3XX
164.0XX


93.4XX
163.6XX


125.0XX
162.7XX


131.6XX
159.4XX


103.1XX
152.5XX


120.4XX
146.2XX


111.1XX
146.0XX


96.2XX
145.8XX


82.6XX
138.4XX


104.2XX
138.0XX


79.4XX
105.2XX


48.7XX
Bilder pro Sekunde
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Metro Exodus

1.920 x 1.080

169.03XX


75.28XX
149.12XX


72.48XX
148.4XX


74.9XX
147.9XX


73.9XX
142.73XX


72.71XX
142.49XX


71.66XX
141.68XX


72.28XX
141.3XX


70.93XX
140.92XX


69.33XX
139.82XX


68.36XX
138.8XX


71.2XX
138.31XX


68.58XX
137.7XX


70.5XX
136.97XX


69.23XX
136.3XX


69.7XX
135.48XX


66.38XX
132.8XX


66.3XX
131.8XX


65.2XX
128.02XX


66.34XX
117.98XX


61.02XX
111.8XX


49.4XX
106.4XX


50.9XX
105.6XX


56.0XX
105.5XX


49.8XX
Bilder pro Sekunde
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The Shadow of the Tomb Raider

1.920 x 1.080

192.7XX


153.8XX
192.6XX


158.7XX
190.4XX


147.1XX
189.8XX


163.9XX
185.8XX


123.5XX
185.6XX


140.8XX
183.1XX


138.9XX
182.7XX


138.9XX
181.2XX


116.3XX
176.6XX


112.4XX
172.3XX


135.1XX
172.3XX


133.3XX
171.8XX


135.0XX
171.4XX


131.6XX
170.6XX


135.1XX
169.9XX


116.3XX
169.9XX


112.4XX
168.7XX


95.2XX
168.2XX


112.4XX
166.4XX


133.0XX
164.0XX


93.5XX
163.6XX


125.0XX
162.7XX


131.6XX
159.4XX


103.1XX
152.5XX


120.5XX
146.2XX


111.1XX
146.0XX


96.2XX
145.8XX


82.6XX
138.4XX


104.2XX
138.0XX


79.4XX
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48.8XX
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Mehr ist besser


Anno 1800

1.920 x 1.080

63.3XX


51.5XX
53.5XX


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Bilder pro Sekunde
Mehr ist besser

Control

1.920 x 1.080

133.7XX


100.5XX
131.3XX


97.3XX
Bilder pro Sekunde
Mehr ist besser

Death Stranding

1.920 x 1.080

181.5XX


157.9XX
179.6XX


150.7XX
Bilder pro Sekunde
Mehr ist besser

Doom Ethernal

1.920 x 1.080

306.9XX


207.6XX
304.3XX


194.7XX
Bilder pro Sekunde
Mehr ist besser

F1 2020

1.920 x 1.080

183.7XX


148.5XX
183.7XX


148.5XX
Bilder pro Sekunde
Mehr ist besser

The Shadow of Tomb Raider

1.920 x 1.080

144.6XX


126.4XX
142.9XX


116.2XX
Bilder pro Sekunde
Mehr ist besser

Watch Dogs: Legion

1.920 x 1.080

79.7XX


68.2XX
78.1XX


67.1XX
Bilder pro Sekunde
Mehr ist besser


Leistungsaufnahme

Nur CPU

in W
Weniger ist besser

Trotz einer teils deutlichen Leistungssteigerung fällt die Leistungsaufnahme der neuen Ryzen-5000-CPUs geringer als beim jeweiligen Vorgänger aus. Beim AMD Ryzen 9 5900X sinkt der Stromhunger von knapp über 160 W auf nur noch etwa 148,8 W, beim Ryzen 5 5600X sind es mit 81,2 W knapp 10 W weniger. Damit sind die neuen Ryzen-Modelle deutlich sparsamer als die Intel-Ableger der Comet-Lake-Reihe, die es teils auf über 200 W bringen. Ermittelt wurde die reale Leistungsaufnahme während eines Multi-Threded-Durchlaufs von Cinebench R20.

Leistungsaufnahme

Gesamtsystem

in W
Weniger ist besser

Betrachtet man die Leistungsaufnahme des Gesamtsystems, so fallen die Unterschiede im Generationsvergleich nicht mehr ganz so groß aus. Hier beträgt der Vorsprung nur noch wenige Watt, das Gesamtbild bleibt jedoch identisch.


Benchmarks und Messungen der Leistungsaufnahme sind das eine. Ein vollständiges Bild ergibt sich jedoch erst, wenn man einige der wichtigen Kennzahlen zusammenbringt. In den Multi-Threaded-Disziplinen Rendering und Encoding skalieren die Prozessoren mit der Anzahl ihrer Kerne. Also haben wir uns einmal angeschaut, welches Verhältnis aus nT-Leistung pro Watt sich daraus ergibt.

Multi-Threaded-Leistung pro Euro

Cinebench nT

in Punkte/Euro
Mehr ist besser

Zum Start der ersten vier Ryzen-5000-Modelle verlangt AMD zwischen 299 und 799 Euro, was gegenüber den Straßenpreisen der alten Generation durchaus ein deutlicher Aufschlag ist. Während man für den AMD Ryzen 9 5900X 549 Euro bezahlen soll, gibt es den Vorgänger derzeit schon für unter 400 Euro und damit für etwa 150 Euro weniger. Zwischen dem Ryzen 5 5600X und Ryzen 5 3600X liegen etwa 100 Euro. Damit fällt das Preis-Leistungs-Verhältnis trotz besserer Effizienz und höherer Leistung etwas schlechter als bei der Matisse-Generation aus, liegt jedoch noch immer deutlich vor der Konkurrenz in Form des Intel Core i9-10900K oder gar i9-9900K.

Multi-Threaded-Leistung pro Watt

Cinebench nT