Ein letztes Hurra auf AM4: Der Ryzen 7 5800X3D im Test

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ryzen7-5800x3dVor etwas mehr als einer Woche erschienen die ersten Tests des Ryzen 7 5800X3D, dem ersten Prozessor mit 3D V-Cache, der explizit auf Spiele ausgelegt ist und hier seine Stärken haben soll. Inzwischen ist der Prozessor auch im Handel verfügbar. Heute wollen wir unseren Test des Einhorns für AM4 präsentieren, denn es dürfte das letzte Hurra für den Sockel AM4 sein, bevor AMD alles auf die neue Plattform umstellt. Der Ryzen 7 5800X3D dürfte auch eine Art Testballon für die Zen-4-Generation sein, denn AMD wird die 3D-V-Cache-Strategie fortsetzen und sogar ausbauen wollen. In welchen Marktsegmenten dies aber Sinn macht, dürften aktuelle Erfahrungen festlegen.

Zur Computex 2021 präsentierte AMD den ersten Ryzen-Prozessor mit 3D V-Cache. Damals war noch nicht ganz klar, in welchem Umfang AMD die neue Technik einsetzen wird. Die ersten Prozessoren war für Ende 2021 angedacht. Es sollte nun aber bis zum 20. April 2022 dauern, bis der Ryzen 7 5800X3D als erstes Modell in den Handel gekommen ist – zehn Monate nach der ersten Vorstellung. Diese lange Wartezeit und frühe Ankündigungsphase ist sicherlich einer der Hauptkritikpunkte am Produkt selbst, denn es kommt reichlich spät und kann nicht mehr alle Vorteile in der Form ausspielen, wie dies noch Ende 2021 der Fall gewesen wäre.

AMD Ryzen 7 5800X3D Artikel

Für eine erste Ryzen-Generation mit 3D V-Cache hat sich AMD für die Umsetzung eines Modells mit nur einem CCD entschieden. Acht Kerne sind also das Ziel und für einen Gaming-Prozessor reicht dies wohl auch aus. Im vergangenen Jahr präsentierte man die 3D-V-Cache-Technik noch mit einem Modell mit 12 Kernen und nutzte dazu auch entsprechend zwei CCDs, am Ende aber dürfte die knappe Verfügbarkeit hier auch eine Rolle gespielt haben, denn die EPYC-Prozessoren mit mehr Cache sind ebenfalls bereits verfügbar und versprechen eine bessere Marge. Im Rahmen der Modellpalette stellt sich der Ryzen 7 5800X3D wie folgt dar:

Die Ryzen-5000-Serie
  Kerne Basis / Boost L3-Cache TDP Preis
Ryzen 9 5900X 12 3,7 / 4,8 GHz 64 MB 105 W 439 Euro
Ryzen 7 5800X3D 8 3,4 / 4,5 GHz 96 MB 105 W 489 Euro
Ryzen 7 5800X 8 3,8 / 4,7 GHz 32 MB 105 W 339 Euro

Der Ryzen 7 5800X3D hat genau wie das 5800X-Gegenstück acht Zen-3-Kerne, diese arbeiten aber mit einem geringeren Basis- und Boost-Takt. Die TDP von 105 W bleibt unverändert und somit dürfte die Leistungsaufnahme des zusätzlichen Caches sowie die Temperaturen der Grund dafür sein, dass AMD hier nicht mit den identischen Taktraten aufwarten kann. Die 32 MB L3-Cache des CCDs im Ryzen 7 5800X werden um 64 MB an 3D V-Cache ergänzt, sodass man beim Ryzen 7 5800X3D auf 96 MB kommt. Somit hat dieser Prozessor sogar mehr Cache zur Verfügung, als die Modelle mit zwei CCDs (wie zum Beispiel der Ryzen 9 5900X).

Ansonsten gibt es keinerlei Unterschiede in der Ausstattung. Der Ryzen 7 5800X3D unterstützt weiterhin DDR4 über zwei Speicherkanäle und stellt PCI-Express-4.0-Lanes zur Verfügung. Der zusätzliche Cache ist das Alleinstellungsmerkmal des Prozessors.

Preislich positioniert AMD den Ryzen 7 5800X3D mit 489 Euro natürlich deutlich über dem Ryzen 7 5800X und sogar über dem 12-Kern-Modell. Die direkte Konkurrenz sind aber eher der Core i7 12700K (Test) für 380 Euro sowie der Core i9-12900K (Test), der aktuell noch 590 Euro kostet. Der fast 800 Euro teure Core i9-12900KS (Test) spielt preislich in einer ganz anderen Liga. Wie sich das Verhältnis aus Preis und Leistung final darstellen wird, werden wir am Ende des Tests sehen.

Die 3D-V-Cache-Technik im Detail

Wir wollen die Gelegenheit nutzen, die Technik hinter dem 3D V-Cache noch einmal zu erläutern. Als Ausgangspunkt sieht AMD in der Entwicklung die neuen Packaging-Techniken, die man seit einigen Jahren anstrebt und auch ausführt. Sei es der Einsatz von HBM bei den GPUs, der Wechsel auf eine Multichip-Strategie im CPU-Segment oder die Einführung der Chiplet-Strategie – AMD kann sich eine gewisse Vorherrschaft beim Einsatz solcher Techniken auf die Fahnen schreiben. Allerdings sei an dieser Stelle auch noch einmal gesagt, dass AMD dazu auf externe Partner angewiesen ist. Nur im Zusammenspiel mit diesen konnte AMD die Produkte in dieser Form auch ausführen und auf den Markt bringen.

AMD Ryzen 7 5800X3D Artikel
AMD Ryzen 7 5800X3D Artikel

Das 3D-Stacking ist der vorerst letzte Schritt in dieser fortschreitenden Entwicklung. Das Stapeln einer Lage SRAM auf dem Chip stellt aber wiederum nur den ersten Schritt dar. Für zukünftige Generationen werden mehrschichtige SRAM-Chips erwartet, welche die Kapazität des Caches dann deutlich erhöhen sollen.

Der 3D V-Cache ist mittels der 3D-Packaging-Technologie direkt über TSVs (Through-silicon Via) mit dem CCD verbunden. AMD nutzt hier die Packaging-Techniken von TSMC. Der in 7 nm gefertigte CCD wird um 180 ° gedreht und 95 % des Chips werden abgeschliffen. Am Ende bleiben nur noch 20 µm des ansonsten 400 µm dicken Chips als aktives Silizium übrig. Auf diese dünne Schicht wird dann der 3D V-Cache (L3D) gestapelt. Auch dieser wird in 7 nm hergestellt und bringt es auf 41 mm².

TSVs aus Kupfer stellen bekanntermaßen die Verbindung zwischen dem CCD und SRAM her. Laut AMD reicht die Adhäsion der Kupfer-Kontaktpunkte der TSVs auf beiden Seiten aus, um die beiden Chips miteinander zu verbinden.Die Datenrate dieser Verbindung beträgt mehr als 2 TB/s. Sogenanntes "Structural Silicon" (D1A und D1B) baut den Bereich höher auf, wo sich kein 3D V-Cache befindet, sodass die Bauhöhe des CCDs wieder gleichmäßig ist.

Vergleich der Fertigung, Größe und Anzahl der Transistoren
  FertigungDie-Größe Anzahl Transistoren
CCD 7 nm80,7 mm² 4,15 Milliarden
IOD 12 nm125 mm² 2,09 Milliarden
L3D 7 nm41 mm² 4,7 Milliarden

Wie sich die Größe und die Anzahl der Transistoren im Verhältnis zu den restlichen Chiplets darstellt, erläutert obige Tabelle. Der CCD mit seine acht Zen-3-Kernen und 32 MB L3-Cache kommt auf 80,7 mm² und 4,15 Milliarden Transistoren. Der IOD fügt eine Fläche von 125 mm² und 2,09 Milliarden Transistoren hinzu. Ein IOD und ein oder zwei CCDs zusammen ergeben die Komplexität und den Aufbau der Ryzen-Prozessoren ohne den 3D V-Cache. Kommt noch der L3D hinzu, wird auf dem rund 80 mm² großen CCD in etwa die Hälfte durch den zusätzlichen Cache bedeckt. Ebenfalls hinzu kommen 4,7 Milliarden Transistoren. Diese setzen sich wiederum aus dem reinen SRAM, aber auch der Cache Control Logic, Tags, Power Management und vielen anderen Komponenten zusammen.

Der Aufbau eines CCDs mit L3D scheint also klar zu sein. Aber offenkundig gibt es Unterschiede zwischen dem, was AMD in den Schaubildern zeigt und der tatsächlichen Umsetzung.

AMD EPYC Milan-X Delided
AMD EPYC Milan-X Delided

Das Informationsmaterial für den informierten Endkunden zeigt den Aufbau dermaßen, dass auf dem CCD der SRAM platziert wird und zwar genau mittig dort, wo sich der Bereich des L3-Caches befindet. Links und rechts werden dann Structural Silicon aufgebracht, um den Höhenunterschied an diesen Stellen auszugleichen. Seit der Präsentation auf der ISSCC 2022 wissen wir aber, dass sich darüber eine weitere Schicht Silizium befindet. Dieses Support Silicon bringt den gesamten CCD wieder auf die gleiche Bauhöhe wie den CCD ohne 3D V-Cache, sodass das Package in seinen Dimensionen kompatibel zueinander ist.

Obige Fotos zeigen einen AMD EPYC 7473X der geköpft und entsprechend zerschnitten wurde, um den Aufbau des Chips zu analysieren. Das rechte Foto zeigt einen einzelnen CCD mit dem Support Silicon als oberste Schicht. Für den Wärmeübergang spielt dies natürlich eine Rolle, wenngleich der CCD ohne 3D V-Cache ebenfalls so dick ist und zum Heatspreader hin ebenfalls über viel passives Silizium verfügt. Die Fotos stammen von Twitter-Nutzer @wassickt, der solche Analysen von Chips professionell durchführt.


Zweites System für DDR4:

Intel LGA1200 (Rocket Lake-S):

Intel LGA1200 (Comet Lake-S):

Intel LGA1151:

Für die Tests der Prozessoren verwenden wir folgende Testsystem-Konfigurationen:

AMD Ryzen-5000-Serie:

AMD Ryzen-3000-Serie:

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Für die unterschiedlichen Prozessoren von AMD und Intel gibt es natürlich auch unterschiedliche Vorgaben für den Arbeitsspeicher.

DDR-Taktraten für die Prozessoren
Prozessor Takt
Intel LGA1700 (12. Core-Generation) DDR4-3200 / DDR5-4800
Intel LGA1200 (11. Core-Generation) DDR4-3200
Intel LGA1200 (10. Core-Generation) DDR4-2666/DDR4-2933
Intel LGA1151 (bis. Core-9 Generation) DDR4-2666
Intel LGA2066 (bis Core-9. Generation) DDR4-2666
Intel LGA2066 (10. Core-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

Cinebench R11

Single Threaded

Cinebench Punkte
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Cinebench R11

Multi Threaded

Cinebench Punkte
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Cinebench R15

Single Threaded

Cinebench Punkte
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Cinebench R15

Multi Threaded

Cinebench Punkte
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Cinebench R20

Single Threaded

Cinebench-Punkte
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Cinebench R20

Multi Threaded

Cinebench-Punkte
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Cinebench R23

Single Threaded

Cinebench-Punkte
Mehr ist besser

Cinebench R23

Multi Threaded

Cinebench-Punkte
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AIDA64

Lesedurchsatz

MB/s
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AIDA64

Schreibdurchsatz

MB/s
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AIDA64

Kopierdurchsatz

MB/s
Mehr ist besser

AIDA64

Speicherverzögerung

in ns
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Y-Chruncher

1T (500M)

Sekunden
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Y-Chruncher

nT (500M)

Sekunden
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DigiCortex

Small 64 Bit

x real-time avg
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Blender

bmw27

Sekunden
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Blender

classroom

Sekunden
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V-Ray

Rendering

in Punkte
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Corona

Benchmark

Sekunden
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Handbrake

SuperHQ 1080p30

Sekunden
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VeraCrypt

AES

GB/s
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7-Zip

Komprimierung

MIPS
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7-Zip

Dekomprimierung

MIPS
Mehr ist besser

7-Zip

Gesamt

MIPS
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3DMark

Time Spy Extreme CPU

Futuremark Punkte
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Leistungsaufnahme

Idle (Package)

in Watt
Weniger ist besser

Die Leistungsaufnahme im Idle-Betrieb liegt in einem typischen Bereich der Ryzen-5000-Prozessors – vielleicht etwas mehr, was aber nicht auf den zusätzlichen Cache zurückzuführen ist, sondern in den Messungen könnte auch die Änderung in der Plattform (Stichwort AGESA 1.2.0.6b) eine Rolle gespielt haben.

Leistungsaufnahme

Last (Package)

in Watt
Weniger ist besser

Schon interessanter ist da ein Blick auf die Leistungsaufnahme unter Last. Mit 122,6 W liegt diese fast 10 W unter der eines Ryzen 7 5800X mit 132,9 W. Die TDC und/oder EDC greifen aber ein, bevor der Ryzen 7 5800X3D seinen theoretischen Maximalverbrauch von 142 W erreicht.

Temperatur

Last

Grad Celsius
Weniger ist besser

Zwar fällt der Verbrauch etwas niedriger aus, dennoch aber kommt der Ryzen 7 5800X3D am heißesten Punkt auf eine Temperatur von 91 °C und wird unter den Ryzen-5000-Prozessoren am wärmsten. Besorgniserregend sind diese 91 °C allerdings nicht.

Cinebench R23

Multi-Threaded-Leistung pro Watt

Punkte/Watt
Mehr ist besser

Ein geringerer Verbrauch bei fast gleicher Multi-Threaded-Leistung beschert dem Ryzen 7 5800X3D eine recht gute Effizienz. Ob dies für die Praxis eine große Rolle spielt steht sicherlich auf einem anderen Blatt.


DOOM Eternal

1.280 x 720 Pixel (Hoch)

458.8XX


312.2XX
453.1XX


298.6XX
441.2XX


299.6XX
437.7XX


301.3XX
434.2XX


300.1XX
432.4XX


287.1XX
428.8XX


263.2XX
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289.1XX
416.7XX


294.6XX
413.4XX


274.5XX
412.8XX


289.1XX
411.7XX


286.3XX
411.7XX


283.9XX
405.2XX


263.8XX
400.4XX


254.3XX
387.2XX


229XX
373XX


229.4XX
370.4XX


230.6XX
359.5XX


214.5XX
349.7XX


209.2XX
338.2XX


221.1XX
335.8XX


208XX
282.5XX


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DOOM Eternal

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