Zen 2

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Zen2 Microarchitektur.svg
Schemazeichnung der Zen-2 Microarchitektur
Produktion: seit 7. Juli 2019
Produzenten:
Fertigung: 12 nm bis 7 nm
Befehlssatz: AMD64 (x86-64)
Mikroarchitektur: x86-Prozessor
Sockel:
Namen der Prozessorkerne:
  • Matisse (Desktop-CPUs)
  • Rome/Epyc (Server-CPUs)
  • Castle Peak (Workstation-CPUs)

Zen 2 ist eine Prozessor-Mikroarchitektur (x86-64) des Unternehmens AMD. Zen 2 ist die dritte Generation der unter den Markennamen „Ryzen“ und „Epyc“ 2017 eingeführten ersten Generation Zen-Prozessoren. Es wurde sowohl die Herstellungsprozesstechnologie (von 14 nm / 12 nm auf 7 / 12 nm) verbessert als auch die eigentliche CPU-Mikroarchitektur. AMD hat diese Prozessorgeneration im Juni 2019 auf der Computex in Taiwan vorgestellt. Wie schon bei den Zen-1-Server bzw. -Hochleistungsprozessoren Epyc und Threadripper kommen Multi-Chip-Module zum Einsatz, diesmal auch bei den Ryzen-Arbeitsplatz-Prozessoren: Alle Ein-/Ausgabefunktionen sind in ein getrenntes E/A-„Chiplet“ (I/O-Die) ausgelagert, welches wie bisher in 12-nm-Prozesstechnologie (12LP, 12 nm Leading-Performance) bei Globalfoundries hergestellt wird. Die in 7-nm-Prozesstechnologie (N7) bei TSMC hergestellten CPU-Dies bestehen wie bei Zen-1-Zeppelin aus 2 × 4 Kernen (Core Complex oder „CCX“)-Bausteinen mit jeweils 2 × 16 MB Level-3-Cache, die über „Infinity Fabric“ genannte serielle Hochleistungsverbindungen gekoppelt werden. Der Verkauf der Ryzen-3000-Prozessoren (Codename „Matisse“) begann in Anspielung auf die 7-nm-Technologie am 7. 7. 2019. Ebenfalls im Juli sollen bereits Epyc-Serverprozessoren der Generation 2 (Codename „Rome“) ausgeliefert werden.[1]

Sowohl Ryzen 3000 als auch Epyc Rome sind „sockelkompatibel“ zu den Vorgängern, passen also in Hauptplatinen für die Zen-1-Generation (AM4 bzw. SP3) und sind nach einem zuvor erfolgten BIOS-Update nutzbar. Offiziell sind A320-Boards nicht kompatibel mit Zen 2, allerdings haben alle fünf Mainboard-Hersteller entsprechende BIOS-Updates veröffentlicht. Sollen neue Funktionen wie PCIe Generation 4 genutzt werden, werden neue Hauptplatinen benötigt, AMD liefert für diesen Fall den neuen Chipsatz X570. ASUS prüfte Berichten zufolge zudem, auf 19 Boards der zweiten Generation (400er-Chipsätze) PCIe 4.0 für einzelne oder alle Lanes (entsprechend PCIe-Grafikslot ×8, PCIe-Grafikslot ×16 und/oder NVMe/M.2 ×4) zu aktivieren, nahm davon jedoch wieder Abstand.[2]

Neuerungen gegenüber der ersten Generation sind:[3]

  • Unterstützung PCIe-Generation 4.0 (damit Verdoppelung der I/O-Bandbreite)
  • Ryzen-Prozessoren mit bis zu 16 CPU-Kernen
  • Verdoppelung der L3-Cache-Größe
  • Erhöhung von zwei auf drei AGU-Einheiten (Address Generation Units)
  • zwei AVX2-Ausführungseinheiten (SIMD-Einheiten mit 256 Bit Breite)
  • bedingt durch das 7-nm-Fertigungsverfahren höhere Recheneffizienz (mehr Rechenkapazität je Watt Leistungsbedarf) und geringfügig höhere maximale Taktfrequenzen

Für die kommenden Spielekonsolen Playstation 5 und Xbox Series X sollen CPUs der Zen 2 Architektur verwendet werden.[4][5]

Die nächste Generation, Zen 3, soll 2020 vorgestellt werden.

Architektur[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Ryzen-CPUs auf Basis der Zen 2 Mikroarchitektur profitieren, wie auch die Vorgängergeneration, besonders von schnellem Arbeitsspeicher, weil die Taktrate des „Infinity Fabric“ direkt vom Speichertakt abhängt.[6] Schnellerer Arbeitsspeicher bedeutet dadurch auch schnelleren Datenaustausch zwischen zwei Core Complexes bzw. auch zwischen den Chiplets. Während Zen 2 für bis zu DDR4-3200 spezifiziert ist, liegt der Sweet-Spot zum Zeitpunkt der Veröffentlichung bei etwa DDR4-3600 bis DDR-3733 – bei schnellerem Speichertakt, wird das Infinity Fabric in einen asynchronen Modus geschaltet, welches die Speicherlatenz erhöht und somit die Performance nachteilig beeinflusst. Erst mit deutlich höheren Taktraten um die DDR4-4800 wird dieser Nachteil wieder relativiert, wobei hier unverhältnismäßig hohe Kosten entstehen. Mit experimentellen Vorserien-Modellen von Gigabyte sind mit Ryzen 3000 CPUs auf Socket AM4 seit September 2019 unter Standardbedingungen (Luftkühlung) bis zu DDR4-5000 möglich.[7]

Ryzen 3000 „Matisse“[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Am 7. Juli 2019 erschienen zunächst fünf Prozessormodelle für AM4 mit 6 bis 12 Kernen, und der Ryzen 9 3950X mit 16 Kernen wurde für später im Jahr 2019 angekündigt.[8] Im Oktober 2019 stellte AMD zwei weitere Modelle (vorerst) nur für OEMs bzw. den chinesischen Markt vor: Ryzen 9 3900 und Ryzen 5 3500X. Für den 21. Mai 2020 sind Ryzen 3 3300X und Ryzen 3 3100 angekündigt. Eine Übersicht:

Name Kerne/
Threads
Basis-/
Boost-Takt
L3-Cache PCI-Express
(PEG)
TDP
Ryzen 9 3950X 16/32 3,5/4,7 GHz 64 MByte 04.0 (x16) 105 W
Ryzen 9 3900X 12/24 3,8/4,6 GHz
Ryzen 9 39001 3,1/4,3 GHz 065 W
Ryzen 7 3800X 08/16 3,9/4,5 GHz 32 MByte 105 W
Ryzen 7 3700X 3,6/4,4 GHz 065 W
Ryzen 5 3600X 06/12 3,8/4,4 GHz 095 W
Ryzen 5 3600 3,6/4,2 GHz 065 W
Ryzen 5 3500X2 06/6 3,6/4,1 GHz
Ryzen 5 35003 16 MByte
Ryzen 3 3300X 04/8 3,8/4,3 GHz
Ryzen 3 3100 3,6/3,9 GHz
1 Nur für OEMs
2 Nur für den chinesischen Markt
3 Noch nicht angekündigt aber in Indien bereits erhältlich

Die APUs der Zen-Architekturen gehören hingegen jeweils zur Vorgängergeneration, im Falle von Ryzen 3000 also zu Zen+, obwohl die Desktop-APUs Ryzen 5 3400G und Ryzen 3 3200G gemeinsam mit den oben genannten Zen-2-Prozessoren vorgestellt wurden (Mobile-APUs hingegen schon ein halbes Jahr zuvor).

Epyc Generation 2 „Rome“[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Der Codenamen für diese Server-CPU ist Rome. Erstmals wurde die CPU auf der Computex 2019 im Mai vorgestellt, der Erscheinungstermin ist der 7. August 2019.[9] AMD produziert hier wie in Generation 1 schon ein Multi-Chip-Modul (MCM), dieses besteht nun aus einem Ein-/Ausgabe Chip in 14-nm-Technik von Globalfoundries produziert und 8 CPU-Chips mit je 2 4fach-CoreComplex-Chips in 7-nm-Technik von TSMC produziert. Epyc-Rome kommt somit auf maximal 64 CPU-Kerne. Unverändert gegenüber Zeppelin/Generation 1 hat die CPU 8 DDR4-Hauptspeicherkanäle, die jetzt aber alle vom Ein-/Ausgabe-Chip angebunden werden, die NUMA-Konstellation wird somit deutlich einfacher gegenüber Zeppelin. AMD produziert Varianten für Ein- oder Zwei-Sockel-Systeme, so dass Systeme mit bis zu 128 CPU-Kernen aufgebaut werden können.

Aufbau des Multi-Chip-Moduls von Epyc Rome

Die CPU kann mit bis zu 4 Terabyte Hauptspeicher ausgestattet werden (128 GB DIMMs), ein oder zwei-Sockelsysteme haben 128 Lanes PCIe 4.0 für Ein-/Ausgabezwecke zur Verfügung. AMD-Epyc-Rome konkurriert vor allem mit Intel Xeon (Cascade Lake).[10]

Während die ersten Generation der Epyc-CPUs die Performance-Werte der im Serverumfeld dominierenden Intel Xeon – Skylake – Scalable Processors erreichte oder nur knapp übertraf, hat die Epyc-Rome-CPU bis auf einige Funktionen (z. B. keine persistenten Speichermodule, keine AVX512-Maschinenbefehle) nun teilweise erhebliche Leistungsvorsprünge gegenüber Intels Cascade Lake – Scalable Processors[11][12]

Modelle Epyc-7002

Epyc-Modellnummern der 2. Generation enden auf die Ziffer „2“, Modellnummern, die ein „P“ angehängt haben, sind nur für Ein-Sockel-Systeme geeignet, die anderen für Ein- oder Zwei-Sockelsysteme.

Modell Kerne Threads Basistakt Max.
Boosttakt
TDP cTDP min-max L3-Cache Anzahl
CPU-Chiplets
7742 64 128 2,25 GHz 3,4 GHz 225 Watt 225 – 240 Watt 256 MByte 8
7702 64 128 2,0 GHz 3,35 GHz 200 Watt 165 – 200 Watt 256 MByte 8
7702P 64 128 2,0 GHz 3,35 GHz 200 Watt 165 – 200 Watt 256 MByte 8
7642 48 096 2,3 GHz 3,3 GHz 225 Watt 225 – 240 Watt 256 MByte 8
7552 48 096 2,2 GHz 3,3 GHz 200 Watt 165 – 200 Watt 192 MByte 6?
7542 32 064 2,9 GHz 3,4 GHz 225 Watt 225 – 240 Watt 128 MByte 4
7502 32 064 2,5 GHz 3,35 GHz 180 Watt 165 – 200 Watt 128 MByte 4
7502P 32 064 2,5 GHz 3,35 GHz 180 Watt 165 – 200 Watt 128 MByte 4
7452 32 064 2,35 GHz 3,35 GHz 155 Watt 155 – 180 Watt 128 MByte 4
7402 24 048 2,8 GHz 3,35 GHz 180 Watt 165 – 200 Watt 128 MByte 4
7402P 24 048 2,8 GHz 3,35 GHz 180 Watt 165 – 200 Watt 128 MByte 4
7352 24 048 2,3 GHz 3,2 GHz 155 Watt 155 – 180 Watt 128 MByte 4
7302 16 032 3,0 GHz 3,3 GHz 155 Watt 155 – 180 Watt 128 MByte 4
7302P 16 032 3,0 GHz 3,3 GHz 155 Watt 155 – 180 Watt 128 MByte 4
7282 16 032 2,8 GHz 3,2 GHz 120 Watt 120 – 150 Watt 064 MByte 2
7272 12 024 2,9 GHz 3,2 GHz 120 Watt 120 – 150 Watt 064 MByte 2
7262 08 016 3,2 GHz 3,4 GHz 155 Watt 155 – 180 Watt 128 MByte 4
7252 08 016 3,1 GHz 3,2 GHz 120 Watt 120 – 150 Watt 064 MByte 2
7232P 08 016 3,1 GHz 3,2 GHz 120 Watt 120 – 150 Watt 032 MByte 2

Es wird deutlich, dass auch Varianten mit deutlich weniger als 64 CPU-Kernen im Angebot sind. AMD bestückt das Multi-Chip-Modul nicht immer mit 8 CPU-Chiplets, sondern mit der gerade benötigten Anzahl. Dabei tritt der Effekt auf, dass bei nur 2 CPU-Chiplets die Speicherbandbreite aufgrund der wenigen Verbindungen von den 8 DDR4-Kanälen zu den nur 2 CPU-Modulen sinkt.[13]

Threadripper 3000 „Castle Peak“[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Am 7. November 2019 stellte AMD zwei CPUs der Threadripper Reihe basierend auf Zen 2 vor. Diese Threadripper 3000 CPUs sind für den Sockel sTRX4 gebaut, der zwar mechanisch, aber nicht elektrisch mit dem Sockel TR4 der Threadripper 1000- und 2000-Baureihe kompatibel ist. Ebenso kommt ein neuer Chipsatz, genannt TRX40 mit 88 PCIe 4.0 Lanes (davon 72 verfügbar) zum Einsatz. Es werden also neue Hauptplatinen benötigt, und Threadripper-Systeme der ersten Zen-Generation können nicht mit diesen CPUs aufgerüstet werden. Die CPUs führen im Unterschied zu Epyc nur vier DDR4-Hauptspeicherkanäle nach außen, unterstützten aber ebenso ECC-Speichermodule.[14][15][16] Der TR 3990X mit 64 Kernen folgte im Februar 2020.

Name Basis-/
Boost-Takt
Kerne/
Threads
L3-Cache PCI-Express
(PEG)
TDP Anzahl
CPU-Chiplets
TR 3990X 2,9/4,3 GHz 64/128 256 MB 88 4.0 (x16) 280 W 8
TR 3970X 3,7/4,5 GHz 32/64 128 MB 4
TR 3960X 3,8/4,5 GHz 24/48 128 MB 4

Ryzen 4000U / 4000H „Renoir“ Mobil-APUs[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Auf der CES 2020 im Januar kündigte AMD den Nachfolger der Ryzen (Generation 1) 3000 Mobilprozessoren an. Ryzen 3000 wird im 12-nm+-Prozess bei Globalfoundries hergestellt, Ryzen 4000 (Codename Renoir) bei TSMC im 7-nm-Prozess. Dies ermöglicht es in der 4000er Baureihe bis zu 8 CPU-Kerne auf ca. 150 mm² unterzubringen. Der 7-nm-Prozess ermöglicht auch die Steigerung der Recheneffizienz (Rechenleistung / Watt) um einen Faktor 2. Ebenso ist bei diesen Prozessoren eine Grafikbeschleunigereinheit integriert (iGPU), so dass die ganze Packung dem Accelerated Processing Unit oder AMD Fusion-Konzept angehört. Die APUs erscheinen als U-Varianten mit 15 Watt TDP für sehr effiziente und leichte Notebooks und H-Varianten mit 45 Watt TDP für Gaming-Notebooks. Im Vergleich zur Vorgängergeneration hat sich die Anzahl der Grafik-Compute-Units nicht erhöht, sondern sogar verringert, aber die Leistungsfähigkeit und die Taktfrequenz der einzelnen Units, so dass in Summe auch hier eine moderate Leistungssteigerung zur Vorgängergeneration vorliegt. Die Grafikkerne gehören noch zur Vega-Generation, die APUs unterstützen PCIe Version 3.0. Es werden schnellere Hauptspeichermodule nach DDR4-3200 oder LPDDR4X-4266 Spezifikation unterstützt.

Am 16. März stellte AMD zwei weitere Modelle vor: Ryzen 9 4900H sowie Ryzen 9 4900HS.[17]

Modelle[18]

Name Basis- / Boost-Takt Kerne / Threads L2 / L3 CUs IGP Freq. TDP
Ryzen 9 4900H 3,3 / 4,4 GHz 8 / 16 4 / 8 MB 8 1750 45 W
Ryzen 9 4900HSA 3,0 / 4,3 GHz 1750 35 W
Ryzen 7 4800H 2,9 / 4,2 GHz 7 1600 45 W
Ryzen 7 4800HSA 35 W
Ryzen 7 4800U 1,8 / 4,2 GHz 8 1750 15 W
Ryzen 7 4700U 2,0 / 4,2 GHz 8 / 8 7 1600
Ryzen 5 4600HSA 3,0 / 4,0 GHz 6 / 12 ? / 8 MB 6 1600 35 W
Ryzen 5 4600H 3 / 8 MB 6 1500 45 W
Ryzen 5 4600U 2,1 / 4,0 GHz 15 W
Ryzen 5 4500U 2,3 / 4,0 GHz 6 / 6
Ryzen 3 4300U 2,7 / 3,7 GHz 4 / 4 2 / 4 MB 5 1400
A Sondermodell, für 6 Monate exklusiv für Asus

Siehe auch[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Weblinks[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. Michael Feldman: AMD Puts Epyc In The HPC Driver’s Seat. In: nextplatform.com. 30. Mai 2019, abgerufen am 21. Mai 2020 (englisch).
  2. Alexander Köpf: PCI Express 4.0 offenbar doch auf älteren AM4-Mainboards möglich. 12. Juli 2019, abgerufen am 21. Mai 2020.
  3. Performance Claims of Zen 2 - AMD Zen 2 Microarchitecture Analysis: Ryzen 3000 and EPYC Rome. Abgerufen am 21. Mai 2020 (englisch).
  4. Xbox Series X mit Spielen in 120 Fps, 12 Teraflops und Smart Delivery. 24. Februar 2020, abgerufen am 25. Februar 2020.
  5. Playstation 5: Neue Eckdaten zur Zen 2-CPU. 10. Oktober 2019, abgerufen am 25. Februar 2020.
  6. Best RAM Timings for Ryzen 3000 CPUs (3600 / 3700X / 3800X / 3900X). Abgerufen am 21. Mai 2020.
  7. Roman Hartung: 5000 MHz RAM Takt mit RYZEN 3900X. In: der8auer. Abgerufen am 7. Oktober 2019.
  8. AMD-Prozessor Ryzen 3000: Ab 7. Juli auf Intel-Jagd, ab September auch mit 16 Kernen. Abgerufen am 21. Mai 2020.
  9. AMD Server-CPUs Epyc 7002: Mit Zen 2 an Intel vorbei. Abgerufen am 21. Mai 2020.
  10. Timothy Prickett Morgan: AMD Doubles Down – And Up – With Rome Epyc Server Chips (englisch) nextplatform.com. 7. August 2019. Abgerufen am 7. September 2019.
  11. AMD EPYC 7002 Series Rome Delivers a Knockout. Abgerufen am 21. Mai 2020.
  12. AMD Epyc 7002: Benchmark-Rekorde und viele neue Server. Abgerufen am 21. Mai 2020.
  13. AMD EPYC 7002 Rome CPUs with Half Memory Bandwidth. Abgerufen am 21. Mai 2020.
  14. Threadripper 3rd Generation is Here, Plus the Fastest Ryzen CPU Ever - IGN. Abgerufen am 7. November 2019 (englisch).
  15. Paul Alcorn 2019-11-07T14:00:02Z CPUs: AMD Unveils Threadripper 3960X and 3970X, Ryzen 9 3950X Details, and Athlon 3000G. Abgerufen am 7. November 2019 (englisch).
  16. Ryzen-Threadripper-3000 32-Kern Prozessor für 2000 USD. Abgerufen am 8. November 2019.
  17. heise online: Ryzen 4000: AMDs Achtkern-Prozessoren für Notebooks im Detail. Abgerufen am 16. März 2020.
  18. AMD Ryzen 4000 Mobile APUs: 7nm, 8-core on both 15W and 45W, Coming Q1. Abgerufen am 21. Mai 2020.