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Plus 19 Prozent IPC-Leistung: Die Details der Zen-3-Architektur

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zen3Soeben hat AMD die Ryzen-5000-Serie vorgestellt und dabei auch die ersten Details zur Zen-3-Architektur veröffentlicht. Mit Zen 3 verspricht AMD den größten Wechsel in Aufbau und Architektur seit der ersten Zen-Generation. Mit dem Ryzen 9 5950X, der 16 Kerne bei einem maximalen Takt von 4,9 GHz zu bieten hat, wurde das vorläufige Spitzenmodell der neuen Serie vorgestellt.

Hier findet ihr alle technischen Details zu den neuen Ryzen-Prozessoren: Anzahl der Kerne, Takt, Thermal Design Power und natürlich Preise und Verfügbarkeit.

Basis der neuen Modelle bildet die Zen-3-Architektur. Für diese sieht AMD einen geringfügig höheren Boost-Takt vor. Vor allem aber will man die IPC-Leistung (Instructions per Cycle) um 19 % erhöht haben. Bei gleichem Takt, ist ein Zen-3-Kern also um 19 % schneller als ein Zen-2-Kern.

Dazu erhalten die CCD (Compute-Dies) ein neues Layout. Wie im Vorfeld bereits mehrfach berichtet, gibt es in einem CCD keine Unterteilung in zwei CCX (Core Complex Cluster) mit je vier Kernen mehr. Der insgesamt 32 MB große L3-Cache ist in zweimal 16 MB aufgeteilt. Dies war schon bei den Zeppelin-Dies der Fall. Die CCDs auf Basis von Zen 3 verzichten auf die CCX-Aufteilung. Der L3-Cache wird zusammengelegt, bleibt aber weiterhin bei 32 MB. Die Kerne können nun aber gemeinsam auf diese 32 MB zugreifen – über alle acht Kerne hinweg. Durch die geringeren gegenseitigen Zugriffe soll es zu kürzeren Latenzen kommen, was die Spieleleistung maßgeblich beeinflussen soll.

Gegenüberstellung der Zen-Generationen
  Zen 1 Zen 2 Zen 3 Zen 4
Fertigung 14 nm 7 nm 7 nm 5 nm
Kerne pro CCD 8 Kerne pro CCD 8 Kerne pro CCD 8 Kerne pro CCD -
CCD / L3-Cache 2x 8 MB L3-Cache 2x 16 MB L3-Cache 1x 32 MB L3-Cache -
L2-Cache pro Kern 512 kB 512 kB 512 kB -

Am L2-Cache gibt es weiterhin keinerlei Änderungen. Pro Kern sind 512 KB vorhanden. Ob es hier Änderungen an der Anbindung gibt und ob AMD beim L1-Cache Anpassungen vorgenommen hat, hat man heute nicht verraten.

Die 19 % IPC-Leistungsplus sind allerdings eine Kombination aus mehrere Maßnahmen. Auch die Branche Prediction, also die Funktion der Sprungvorhersagen wurde verbessert. Front- und Backend haben bisher unbekannte Anpassungen erhalten und auch der Micro-Op-Cache und die eigentlichen ALUs sind nun schneller. Die Load- und Store-Einheiten können pro Cycle nun einen Befehl mehr ausführen. Von eins (Store) und zwei (Load) kommend sind nun drei Loads und zwei Stores pro Cycle möglich, was ein größerer Schritt ist, als es zunächst klingen mag.

Die Größen des Caches sind das Eine, AMD hat aber auch Änderungen im Layout vorgenommen, so dass die Latenzen der Cache-Zugriffe geringer sind, was unabhängig von der Zusammenlegung zu sehen ist. Der Infinity Fabric wurde nicht runderneuert, sondern nur in einigen Details angepasst. Auch hier geht es hauptsächlich um die Reduzierung der Latenzen.

Durch die höhere IPC-Leistung ergibt sich bei gleicher Leistungsaufnahme natürlich auch eine höhere Effizienz. Im Vergleich zu Zen 1 konnte AMD diese mit Zen 2 um den Faktor zwei erhöhen. Zen 3 legt im Vergleich zur ersten Generation nun um Faktor 2,4 zu. Der Sprung ist also nicht mehr ganz so groß, aufgrund der gleichbleibenden Fertigung in 7 nm war aber nicht davon auszusehen, dass es hier noch einmal einen derart großen Sprung wie zwischen Generation eins und zwei geben wird.

Aufgrund der Fertigung in 7 nm hat man es wohl auch nicht über die 5-GHz-Grenze geschafft. Laut AMD wäre dies zwar möglich gewesen, man hat sich zu Gunster einer besseren Verfügbarkeit aber dagegen entschieden. Intel hatte lange Zeit mit der Verfügbarkeit des Core i9-10900K (Test) zu kämpfen und schob den Core i9-10850K (Test) nach, um überhaupt einen schnellen Zehnkerner anbieten zu können.

Der I/O-Die bleibt gleich

Keinerlei Änderungen gibt es beim I/O-Die. Er wird weiterhin in 12 nm bei GlobalFoundries gefertigt und bietet die identischen Funktionen wie bei den Ryzen-Prozessoren auf Basis von Zen 2. Das heißt wir werden keinerlei Änderungen bei der Anzahl der PCI-Express-Lanes, SATA- und USB-Anschlüsse sehen.

Auch erste Benchmarks hatte AMD im Angebot. Je nach Spiel soll eine Ryzen 9 5900X um 5 bis 50 % schneller sein, als ein Ryzen 9 3900XT. Den großen Sprung in der Single-Threaded-Leistung demonstriert AMD anhand eines Vergleichs mit dem Core i9-10900K, also dem aktuellen Spitzenmodell von Intel. Dieser erreicht in Cinebench R20 1T, also dem Single-Threaded-Test des Benchmarks, einen Wert von 544 Punkten. Der Ryzen 9 5900X kommt hier auf 631 Punkte und durchbricht damit erstmals die Marke von 600 Punkten. Ein Ryzen 9 5950X soll sogar mehr als 640 Punkte erreichen.

Cinebench R20

Single-Threaded

Punkte
Mehr ist besser

Wir haben den Wert von AMD zum Ryzen 9 5900XT mit unseren Werten für die verschiedenen Modelle zusammengestellt.

Für weitere Details zur Architektur werden wir bis zu Markteinführung der neuen Modelle warten müssen. Diese soll am 5. November erfolgen. Wann dann die Tests erscheinen wird, ist derzeit nicht bekannt. Es ist aber davon auszugehen, dass AMD die Tests der Prozessoren vor dem Marktstart sehen will.