【2024 AMD Tech Day】Zen 5 新處理器架構解析 透過微架構大幅升級 讓 IPC 效能提升 16% 迎戰 AI 世代需求

【2024 AMD Tech Day】Zen 5 新處理器架構解析 透過微架構大幅升級 讓 IPC 效能提升 16% 迎戰 AI 世代需求
AMD 最新的 Zen 5 處理器架構。

AMD 在今年的 Computex 展上宣布了即將在七月中與七月底推出新一代 Zen 5 架構的 Ryzen AI 300 系列筆記型電腦處理器以及 Ryzen 9000 系列桌上型電腦處理器的消息(請見:【Computex2024】AMD 推出 Ryzen AI 300 系列處理器 以目前最高 NPU AI 算力提供更多行動 AI 效能【Computex2024】AMD 推出 Ryzen 9000 系列處理器 透過 IPC 提升不僅效能更強更省電),不過在當時並未揭露太多細節訊息。

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AMD Tech Day。

而在 Ryzen AI 300 系列處理器即將正式上市的七月上旬,AMD 選擇在美國洛杉磯針對相關技術細節舉辦了 2024 年的 Tech Day 活動,針對這次新推出的 Zen 5、 RDNA 3.5、 XDNA 2 架構做了更為詳細的介紹,陳拔也應邀前往採訪,在這篇中就先來看一下 Zen 5 架構的部分。

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負責主講 Zen 5 架構新推進的 AMD 執行副總暨技術長 Mark PaperMaster。

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首先 Mark 表示,Zen 5 架構跟先前的 Zen 架構相比,有著相當大的領先設計,可以滿足未來幾年 Zen 架構處理器的效能提升需求。

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在核心架構部分採用新的基礎設計,透過重新設計的前端(Front-End)以及更高的執行頻寬管線,採用了新的 Fetch-Decode-Dispatch 路徑,在 Back-End 提供更高的 IPC 效能(先前 AMD 官方表示提升了 16%)、並且透過增加快取、執行頻寬與加大通道開口,創造出了猛獸級的執行效能。

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這次 Zen 5 架構的微架構設計,首先透過具備先進分支預測的雙通道取指(Fetch)設計,達到降低延遲、增加快取精確度與吞吐量,另外在指令快取延遲以及執行窗口(Execution Window)部分也有所提升,另外在 Decode 部分也採用雙通道設計。

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接著在 Dispatch(分派) 以及 Execute(執行)部分,也採用更寬的通道設計,相對於 Zen 4 在每個周期(cycle)執行 6 個 Instruction dispatch-retire 以及具備 4 組 ALU 計算單元,在 Zen 5 架構上直接提升到每個周期可執行 8 個指令,ALU 部分也提升至 6 組,自然在 IPC 效能上有了大幅度提升。另外搭配每周期可執行指令以及 ALU 數量的增加,也加大了 40% 的執行窗口以及 ALU Scheduler 的數量,提供了最高 448 OPS 的處理能力。

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接著講到了資料頻寬的提升,主要透過 48KB 12 way 的 L1 快取可在每個 cycle 中提供 4 load 配置,並且將 L1 快取的最大頻寬加倍,來增加資料的提取效率。

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另外在資料深度部分,AVX512 指令集支援了全寬 512 bit 的資料路徑設計,並且也增加了通道數,對於遊戲、內容創作以及 HPC 部分提供了更高的數學運算效能,針對越來越吃重的 AI 應用部分也提供了更好的表現。

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得到的結果就是讓 Zen 5 架構的平均 IPC 效能,較前一代 Zen 4 架構提升了 16%。

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另外在數學加速運算單元的效能表現上,Zen 5 架構也比起 Zen 4 架構在單 Ai核心的機器學習效能上提升了 32%,而在 AES-XTS 單核加密性能上也提升了 35%。

在這樣的效能提升幅度下,Mark PaperMaster 認為 Zen 5 架構透過新設計的數學運算加速單元,足以應對 AI 世代所需的通用運算能力,搭配 AMD 自家的 RDNA 以及 XDNA 架構,提供了完整且足夠的 AI 運算能力。

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總結一下這次 Zen 5 架構在微架構上面的提升重點,包括更大的資料頻寬、在取指/分支預測、Execution/Retire、 Decode/Opcache 效能的提升,帶來了整體 IPC 效能的增加。

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另外在這次的 Zen 5 架構中,還透過更快速/小型化/低功耗的電晶體設計、運用台積電 3 奈米/4 奈米製程以及模組化設計,提供包括桌上型 PC/伺服器/終端/崁入式等不同設計的處理器更好的效能以及電源效率表現。

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而接下來運用 Zen 5 架構設計的處理器包括筆電端的第三代 Ryzen AI 處理器(代號 Strix Point),包括運用了新的基礎設計提供了更好的效能表現,透過兩組獨特的核心叢集配置(一組針對峰值效能進行最佳化,一組針對吞吐量進行最佳化),來增加反應速度以及電源效率,不過透過智慧的分配設計,軟體設計人員並不用針對不同的核心叢集做出不同調整,僅需使用原本的 x86 架構設計就能順利使用。

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另外 Mark 也提到了在今年 Computex 展中發表,將在年底開賣的第五代 AMD EPYC 處理器,除了採用 Zen 5 架構外,也提供了最高 192 核心/384 執行緒的配置,搭配台積電 3 奈米/4 奈米製程提供更好的效能表現。另外針對伺服器特殊的安全需求部分,第五代 EPYC 處理器也加入了新的 Trusted IO 功能,在處理器、記憶體、 AI 加速器間的資料交換中加入了加密設計,來提供 AI 運算、模型訓練時更安全的效能運算環境。

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至於在接下來的 Zen 架構路線圖部分,Mark 也表示 AMD 仍持續保持在緊湊的開發進度上,在目前 Zen 5/Zen 5c 架構發表的同時,次世代的 Zen 6/Zen 6c 架構也已經在設計中了,將會持續帶給消費者與客戶更新的架構與效能表現。
提升幅度還可以
如果能提升16%還真的不錯,就等新處理器真實效能。
期待實測的結果。不過重點是:什麼時候上市?多少錢?
感謝分享&介紹,提升效率的新處理器不買嗎
拿出來賣了再說
好奇 讓 IPC 效能提升 16% ,所以 Automation Solution會有很大的進步?
怎麼沒看到高中計概教的記憶單元?難道被數學加速單元取代了嗎
AMD也不容小覷~
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