В AMD хорошо понимали, что для успешного возврата на рынок ПК и серверов в процессор Zen придется вносить радикальные изменения.
И когда четыре года назад компания приступила к проектированию Zen, основной упор делался на достижение максимально возможной производительности с сохранением стабильного энергопотребления.
Конечной целью являлось обеспечение 40-процентного превосходства Zen над его предшественником, Excavator.
«Убедить разработчиков в том, что подобное улучшение возможно, оказалось непросто, – признает старший исследователь AMD Майк Кларк. – Это была весьма агрессивная стратегия, но мы понимали, что нам нужно добиваться выхода на конкурентоспособный уровень».
Впервые о стремлении к 40-процентному улучшению было объявлено в 2015 году при составлении стратегических планов дальнейшего развития. Недавняя демонстрация компанией своего чипа свидетельствует о том, что поставленная цель достигнута.
Если при выполнении эталонных тестов заявленные показатели подтвердятся, это станет радикальным улучшением по сравнению с тем 10-процентным ростом, который в последнее время демонстрировало каждое новое поколение чипов x86-архитектуры от Intel и AMD.
В результате ряда неудачных шагов AMD в области проектирования и производства корпорация Intel укрепила свое доминирующее положение на рынке процессоров для ПК и серверов. По уровню быстродействия процессоры AMD значительно уступали продуктам Intel, а архитектура Bulldozer была признана явной ошибкой даже самими ее разработчиками. Чипы Bulldozer, которые начали поставляться в 2011 году, оказали негативное влияние и на все последующие процессоры компании.
С помощью Zen компания AMD рассчитывает вернуть золотые для себя времена. Появление Zen обещает стать столь же значительным событием, как и представление компанией 64-разрядных процессоров в 2003 году и двухъядерных чипов в 2004-м. Оба эти проекта обеспечили в ту пору AMD заметное преимущество над Intel.
Серверные процессоры Zen появятся сначала в высокопроизводительных игровых рабочих станциях. Произойдет это в начале следующего года. За ними должны последовать серверы и портативные компьютеры. Чипы будут включать в себя от восьми до 32 ядер. По словам Кларка, 32-ядерные процессоры планируется устанавливать в компьютеры, имеющие четырехпроцессорную конфигурацию, однако окончательного решения по этому поводу еще не принято.
С самого первого дня конструкторы AMD хорошо понимали, что им необходимо обеспечить высокую эффективность энергопотребления. В предыдущих проектах в компании вспоминали об этом, как правило, слишком поздно.
«Когда ставилась цель добиться 40-процентного повышения производительности, нужно было учесть, что энергопотребление имеет не меньшее значение, чем быстродействие, – пояснил Кларк. – На фазе проектирования мы настраивались на очень динамичный, итерационный процесс. У нас были хорошие ориентиры, и мы знали, что не теряем энергию … и инструкции в процессорных циклах».
В архитектуре Zen каждое ядро обрабатывает одновременно два потока, что помогло поднять производительность, сохранив энергопотребление на прежнем уровне.
Для чипа Zen была представлена новая структура с ограниченной подсистемой памяти, которая отличалась меньшей емкостью и более высоким быстродействием. Усовершенствованный конвейер позволяет пересылать больше инструкций, увеличивая скорость выполнения команд.
У Zen изменилась и структура кэш-памяти. Объем кэш-памяти второго уровня был уменьшен до 512 Кбайт, а третьего уровня, напротив, увеличен. Впрочем, на слайде, продемонстрированном на конференции Hot Chips, емкость кэш-памяти третьего уровня была равна 8 Мбайт.
Блоки обработки операций с фиксированной и плавающей точкой сделаны более динамичными, это обеспечивает выигрыш при выполнении как одного, так и нескольких потоков команд. Загрузка инструкций в вычислительные блоки занимает теперь меньше циклов. Вычислительные блоки в процессоре Bulldozer и его производных были не столь динамичны, что порождало определенные трудности.
Конструкторы доработали и сами блоки выполнения команд. Zen имеет распределенный планировщик, благодаря чему обеспечивается видимость большего числа потоков. Объединенный планировщик Bulldozer отличался более высокой сложностью.
Кларк лично принимал участие в разработке первого процессора AMD K5, который был представлен в 1996 году. «Достижение целей, заявленных при проектировании Zen, внушает оптимизм, но у нас еще остается немало пространства для дальнейших улучшений, – заметил он. – С точки зрения роста производительности нам предстоит пройти еще долгий путь. И в этом смысле Zen определенно не является конечным пунктом – речь идет лишь о первой остановке в дальней дороге».
