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Zen 4 mit DDR5

Ryzen 9 7950X und Ryzen 7 7700X im Test (Update)

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Heute ist es soweit. Mit dem Ryzen 9 7950X und dem Ryzen 7 7700X schauen wir uns die ersten beiden Vertreter der Ryzen-7000-Serie an. Zen-4-Architektur, neue Fertigung, neues CPU-Package, neuer Sockel, DDR5, PCI-Express 5.0 – die Neuerungen rund um AMDs Plattform sind vielfältig. Entsprechend werden wir uns jedem der Themen auch ausgiebig auf den nun folgenden Seiten widmen.

Es wird ein heißer Herbst werden und das gleich aus vielerlei Hinsicht. Einerseits werden uns AMD, Intel und NVIDIA mit zahlreichen Neuerungen aus den Bereichen Prozessoren und Grafikkarten beglücken, andererseits sind trotz aller Aufrufe an die Nutzer, Energie einzusparen diese Rufe offenbar noch nicht bei den Hardware-Herstellern angekommen – zumindest für die Spitzenverbräuche. AMD macht mit den Ryzen-7000-Prozessoren heute also den Anfang.

Doch AMDs heutige Angriff auf den CPU-Markt wird nicht lange unbeantwortet bleiben. Bei Intel stehen die Raptor-Lake-Prozessoren in den Startlöchern. Diese sollen das Performance-Hybrid-Design noch einmal verstärken. Zum aktuellen Zeitpunkt kennen wir hier aber noch keine Zahlen im Vergleich zu den Ryzen-7000-Prozessoren. Bis zu einem vollständigen Bild wird man sich also noch etwas gedulden müssen.

Nun aber ohne Umschweife zu den ersten technischen Details:

Die neuen Ryzen-Prozessoren in der Übersicht
  Kerne / Threads Basis / Boost L3-Cache L2-Cache TDP Preis
Ryzen 9 7950X 16 / 32 4,5 / 5,7 GHz 64 MB 16 MB 170 W 849 Euro
Ryzen 9 5950X 16 / 32 3,4 / 4,9 GHz 64 MB 8 MB 105 W 799 Euro
Ryzen 9 7900X 12 / 24 4,7 / 5,6 GHz 64 MB 12 MB 170 W 669 Euro
Ryzen 9 5900X 12 / 24 3,7 / 4,8 GHz 64 MB 6 MB 105 W 549 Euro
Ryzen 7 7700X 8 / 16 4,5 / 5,4 GHz 32 MB 8 MB 105 W 479 Euro
Ryzen 7 5800X 8 / 16 3,8 / 4,7 GHz 32 MB 4 MB 105 W 449 Euro
Ryzen 5 7600X 6 / 12 4,7 / 5,3 GHz 32 MB 6 MB 105 W 359 Euro
Ryzen 5 5600X 6 / 12 3,7 / 4,6 GHz 32 MB 3 MB 65 W 299 Euro

Das neue Spitzenmodell ist der Ryzen 9 7950X, der genau wie seine beiden Vorgänger satte 16 Kerne zu bieten hat. AMD verzichtet an dieser Stelle also auf eine weitere Erhöhung der Kernanzahl und dürfte damit auch richtig liegen, denn 16 Kerne sind in 2022 und darüber hinaus mehr als ausreichend. Der Ryzen 9 7950X ist zugleich auch der Prozessor mit den höchsten Taktraten, wenngleich man erwarten könnte, dass aufgrund des engen Power-Budgets hier weniger Spielraum zur Verfügung steht. Aber die 16 Kerne kommen auf einen Basis-Takt von 4,5 GHz und die besten sollen bei entsprechender Last auf 5,7 GHz kommen. Ob und wie nahe die Prozessoren per PBO den 6 GHz kommen, werden wir sehen müssen. 

Da AMD den L2-Cache pro Kern von 512 kB auf 1 MB vergrößert, kommen insgesamt 80 MB an kombiniertem L3- und L2-Cache zum Einsatz. Die TDP wird von 105 auf 170 W angehoben. Für das PPT (Package Power Target) geht es von 142 auf 230 W. 699 US-Dollar ruft AMD für den Ryzen 9 7950X auf und damit ist die unverbindliche Preisempfehlung sogar um 100 US-Dollar gegenüber dem Ryzen 9 5950X gefallen.

Auf zwölf Kerne kommt der Ryzen 9 7900X, die einen Takt von 4,7 bis 5,6 GHz erreichen sollen. Der L3-Cache ist mit 64 MB identisch zum Topmodell, wegen der zwölf Kerne ist der L2-Cache natürlich etwas kleiner. Auch hier sieht AMD eine TDP von 170 W vor, der Preis ist mit 549 US-Dollar auf Niveau der vorherigen Generation.

 

Gegenüberstellung der Power-Limits
  Ryzen 9 7950X Ryzen 9 7900X Ryzen 7 7700X Ryzen 5 7600X
Thermal Design Power (TDP) 170 W 170 W 105 W 105 W
Max Socket Power (PPT) 230 W 230 W 142 W 142 W
Max Current (EDC) 225 A 225 A 170 A 170 A
Max Current, thermally limited (TDC) 160 A 160 A 110 A 110 A
TjMax 95 °C 95 °C 95 °C 95 °C
Auto Voltage Range 0,65 - 1,475 V 0,65 - 1,475 V 0,65 - 1,475 V 0,65 - 1,475 V

Für die Mittelklasse vorgesehen ist der Ryzen 7 7700X. Dieser bietet acht Kerne und ist als Nachfolger des Ryzen 7 5800X anzusehen. 4,5 bzw. 5,4 GHz sind die Werte für den Takt. Da nur ein CCD (Core Complex Die) zum Einsatz kommt, halbiert sich der L3-Cache auf 32 MB. Die TDP liegt mit 105 W auf der gleichen Ebene wie die High-End-Modelle der Vorgänger-Generation. Mit 399 US-Dollar wird der Ryzen 7 7700X zum Start günstiger sein, als der Ryzen 7 5800X.

Den vorläufigen Schlusspunkt setzt der Ryzen 5 7600X. Dieser verfügt über sechs Kerne, die einen Basis-Takt von 4,7 GHz und einen Boost-Takt von 5,3 GHz erreichen. Die TDP liegt bei 105 W, der Preis ist mit 299 US-Dollar wiederum identisch zum Start der Ryzen-5000-Serie.

Die Zen-4-Architektur

Im Vorfeld wurde die Zen-4-Architektur als ein möglicher Zen 3+ verschrien – die Änderungen sollten sich in Grenzen halten. Zumindest uns liegen auch noch keine detaillierten Informationen zu den Änderungen vor. Aber, es gibt durchaus zahlreiche und auch weitreichende Verbesserungen, die letztendlich dazu führen, dass AMD ein IPC-Plus von 13 % erreicht hat. Zusammen mit dem höheren Takt soll sich daraus eine Single-Threaded-Leistung von +29 % ergeben.

Hinsichtlich der Änderungen in der Zen-4-Architektur nennt AMD vor allem ein neues Front-end, welches in der Lage sein soll, die Funktionseinheiten effektiver zu befüttern. Die 13 % IPC-Plus teilen sich zudem noch auf die verbesserte Sprunghvorhersage, den größeren L2-Cache und Verbesserungen in den Load/Store-Einheiten auf.

Die 13 % IPC-Plus teilen sich zu etwa 40 % auf die Änderungen im Front-End, 20 % fallen auf die Load/Store-Einheiten, weitere 20 % kann AMD durch die verbesserte Sprunghvorhersage entwickeln. Jeweils 10 % fallen auf die Verbesserungen in den Ausführungseinheiten und den größeren L2-Cache.

Unangetastet bleibt der L3-Cache, der pro CCX 32 MB groß ist. Im Falle des Ryzen 9 7950X mit zwei CCDs sind demnach 64 MB vorhanden, beim Ryzen 7 7700X sind es bei einem CCD 32 MB. Möglicherweise wird AMD noch Prozessoren mit 3D V-Cache nachreichen, dazu gibt es aktuell aber keinerlei gesicherte Informationen.

Die Zen-4-Architektur wird erstmals einige AVX-512-Befehlssatzerweiterungen unterstützen. Während Intel diese Funktion bei den Desktop-Prozessoren also deaktiviert, liefert AMD nun Prozessoren, die 512 Bit breite AVX-512-Befehlssätze in 2x 256 Bit breiten Pipelines verarbeiten können. Auf dem Desktop mag die Unterstützung von AVX-512 keine große Rolle spielen, abseits von Benchmarks und Konsolen-Emulatoren, Zen 4 kommt aber nicht nur bei den Ryzen-7000-Prozessoren zum Einsatz, sondern auch bei den kommenden EPYC-Prozessoren auf dem Genoa-Design. Im Serverbereich spielt AVX-512 sehr wohl noch eine Rolle und hier wird AMD den Vorteil auch besser ausspielen können, als bei den Ryzen-Prozessoren.

Fertigung in 5 nm

Die CCDs der Ryzen-7000-Prozessoren mit den Zen-4-Kernen und den 32 MB L3-Cache für jeweils acht Kerne des CCDs werden in 5 nm bei TSMC gefertigt. Der CCD kommt in 5 nm gefertigt auf eine Fläche von 70 mm². Auch der IOD kommt nun direkt von TSMC, wird aber in 6 nm gefertigt. Mit 122 mm² ist er deutlich größer, besitzt mit 3,4 Milliarden aber immerhin mehr als halb so viele Transistoren, wie der CCD.

Der Vergleich der CCDs und IODs mit den vorherigen Generationen zeigt sehr schön die Entwicklung, die AMD hier gemeinsam mit seinem Partner TSMC durchgemacht hat.

Vergleich der Fertigung, Größe und Anzahl der Transistoren
  Fertigung Die-Größe Transistoren Dichte
Zen (Zeppelin) 14 nm 212 mm² 4,8 Milliarden 22,6 MTr/mm²
Zen+ (Zeppelin) 12 nm 212 mm² 4,8 Milliarden 22,6 MTr/mm²
CCD (Ryzen 3000) 7 nm 74 mm² 3,9 Milliarden 52,7 MTr/mm²
IOD (Ryzen 3000) 12 nm 125 mm² 2,09 Milliarden 16,7 MTr/mm²
CCD (Ryzen 5000) 7 nm 80,7 mm² 4,15 Milliarden 51,4 MTr/mm²
IOD (Ryzen 5000) 12 nm 125 mm² 2,09 Milliarden 16,7 MTr/mm²
CCD (Ryzen 7000) 5 nm 70 mm² 6,5 Milliarden 92,9 MTr/mm²
IOD (Ryzen 7000) 6 nm 122 mm² 3,4 Milliarden 27,9 MTr/mm²

Der CCD der Ryzen-7000-Prozessoren besitzt also 58 % mehr Transistoren, was einerseits am pro Kern verdoppelten L2-Cache liegen dürfte. Aber auch die weiteren Änderungen an der Zen-4-Architektur spielen hier sicherlich eine Rolle. In 5 nm gefertigt verdoppelt sich die Transistordichte im Vergleich zu den Ryzen-5000-Prozessoren mit in 7 nm gefertigten CCDs fast. Durch die kleinere Chipfläche bekommt AMD pro Wafer mehr Chips, was die Kosten reduzieren dürfte. Nicht mit eingerechnet sind hier aber die höheren Kosten für einen 5-nm-Wafer sowie die Ausbeute.

Fast schon imposant ist der IOD, der mit 3,4 Milliarden inzwischen auf eine Komplexität kommt, die Prozessoren und GPU vor einigen Jahren noch nicht erreicht haben. Im IOD befindet sich auch die integrierte Grafikeinheit, weswegen AMD sicherlich auch auf eine 6-nm-Fertigung bei TSMC gewechselt ist und nicht mehr bei GlobalFoundries fertigen lässt. Der IOD der EPYC-Prozessoren wird sicherlich ein anderer sein.

Stolz ist man bei AMD auf den Umstand, dass man gemeinsam mit TSMC eine Fertigung erreicht hat, in der ein Zen-4-Kern um etwa 50 % kleiner als ein Performance-Kern von Intel ist, dabei aber nach eigenen Messungen auch um 50 % effizienter arbeitet. Was die Effizienz betrifft, werden wir hier noch eigene Messungen vornehmen, hinsichtlich der Fertigung hat sich AMD gemeinsam mit TSMC sicherlich in die richtige Richtung entwickelt.

Neues Package und ein neuer Sockel

Neben neuen Prozessoren auf Basis der Zen-4-Architektur kommen diese auch in einem neuen Package mit einem neuen Sockel daher. Anstatt wie bisher einem μOPGA-ZIF mit 1.331 Pins, bei dem die Pins am Prozessor sitzen, ist der AM5 nun ein LGA-ZIF – die Federkontakte sitzen also im Sockel, während der Prozessor nur über die notwendigen Kontaktflächen verfügt.


Die Kontaktfläche sieht 1.718 Kontakte vor. Das Plus von 387 Kontakten gegenüber dem AM4 wird weitestgehend für DDR5 und PCI-Express 5.0 aufgewendet. Aber auch die stärkere Versorgung des größeren Ryzen-7000-Modelle spielt hier sicherlich eine Rolle.

Das Einsetzen in den Sockel gestaltet sich recht einfach. Der Bügel am Sockel wird gelöst und nach oben geklappt. Dann wird der Prozessor mit der Dreiecks-Markierung entsprechend ausgerichtet einfach nur in den Sockel eingelegt. Der ILM kann dann wieder geschlossen werden. Die Schutzabdeckung des Mainboards löst sich dann. Beschädigungen der Pins im Sockel sind unbedingt zu vermeiden. Die empfindlichen Elemente wechseln von AM4 zu AM5 also vom Prozessor zum Sockel.

Die meisten Kühler für den Sockel AM4 sind weitestgehend auch kompatibel zum Sockel AM5. In unseren News findet ihr zahlreiche Beiträge von den verschiedenen Herstellern zu diesem Thema.


Der Heatspreader der neuen Prozessoren ist sicherlich einen genaueren Blick wert. Gerne wird dies als Spinnen-Design bezeichnet, denn neben der zentralen Fläche sind an den Seiten acht Beine vorhanden. Zwischen den Aussparungen sitzen einige SMD-Widerstände. Diese waren sonst gerne auf der Unterseite des Package zu finden. Dort ist nun aber kein Platz mehr und so hat sich AMD für dieses Design entschieden.

In der Praxis unproblematisch ist das Aufbringen der Wärmeleitpaste. Wenn man es mit der Menge nicht übertreibt, quillt die Wärmeleitpaste auch nicht über. Interessanterweise sind die SMD-Bauteile teilweise mit einem Schutzlack überzogen – dies gilt aber nicht für alle.

Quellen und weitere Links

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