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:
  • AM4
  • SP3
  • sTRX4
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 nach Zen und Zen+ die dritte Generation der unter den Markennamen „Ryzen“ und „Epyc“ 2017 eingeführten Zen-Prozessoren. Es wurde gegenüber Zen+ sowohl die Architektur verbessert als auch die Herstellungsprozesstechnologie (von 14 nm / 12 nm auf 7 / 12 nm). 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. Juli 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 bietet für diesen Fall die neuen Chipsätze X570 und B550 an. 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, Xbox Series X und Xbox Series S sollen CPUs der Zen 2 Architektur verwendet werden.[4][5]

Die nächste Generation, Zen 3, wurde am 8. Oktober 2020 per Livestream vorgestellt.

Architektur

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 DDR4-3733 – bei höherem Speichertakt wird 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 jedoch 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“

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 waren Ryzen 3 3300X und Ryzen 3 3100 angekündigt, am 7. Juli 2020 die XT-Modelle mit leicht erhöhtem Turbo-Takt. Eine Übersicht:

NameKerne/
Threads
Basis-/
Boost-Takt
L3-CachePCI-Express
(PEG)
TDP
Ryzen 9 3950X16/323,5/4,7 GHz64 MByte04.0 (x16)105 W
Ryzen 9 3900XT12/243,8/4,7 GHz
Ryzen 9 3900X3,8/4,6 GHz
Ryzen 9 390013,1/4,3 GHz065 W
Ryzen 7 3800XT08/163,9/4,7 GHz32 MByte105 W
Ryzen 7 3800X3,9/4,5 GHz
Ryzen 7 3700X3,6/4,4 GHz065 W
Ryzen 5 3600XT06/123,8/4,5 GHz095 W
Ryzen 5 3600X3,8/4,4 GHz
Ryzen 5 36003,6/4,2 GHz065 W
Ryzen 5 3500X06/63,6/4,1 GHz
Ryzen 5 3500316 MByte
Ryzen 3 3300X04/83,8/4,3 GHz
Ryzen 3 31003,6/3,9 GHz
1 Nur für OEMs
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“

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. Ein H an zweiter Stelle steht für Modelle mit erhöhter TDP für höheren Basistakt, F für Systeme mit besonders hoher Taktfrequenz und mehr Cache auf Kosten der TDP.

ModellKerneThreadsBasistaktMax.
Boosttakt
TDPcTDP min-maxL3-CacheAnzahl
CPU-Chiplets
7H12641282,6 GHz3,3 GHz280 Watt256 MByte8
7742641282,25 GHz3,4 GHz225 Watt225 – 240 Watt256 MByte8
7702641282,0 GHz3,35 GHz200 Watt165 – 200 Watt256 MByte8
7702P641282,0 GHz3,35 GHz200 Watt165 – 200 Watt256 MByte8
7662641282,0 GHz3,3 GHz225 Watt225 - 225 Watt256 MByte8
7642480962,3 GHz3,3 GHz225 Watt225 – 240 Watt256 MByte8
7552480962,2 GHz3,3 GHz200 Watt165 – 200 Watt192 MByte6?
7542320642,9 GHz3,4 GHz225 Watt225 – 240 Watt128 MByte4
753232642,4 GHz3,3 GHz200 Watt200 - 200 Watt256 MByte8
7502320642,5 GHz3,35 GHz180 Watt165 – 200 Watt128 MByte4
7502P320642,5 GHz3,35 GHz180 Watt165 – 200 Watt128 MByte4
7452320642,35 GHz3,35 GHz155 Watt155 – 180 Watt128 MByte4
7F7224483,2 GHz3,7 GHz240 Watt192 MByte6
7402240482,8 GHz3,35 GHz180 Watt165 – 200 Watt128 MByte4
7402P240482,8 GHz3,35 GHz180 Watt165 – 200 Watt128 MByte4
7352240482,3 GHz3,2 GHz155 Watt155 – 180 Watt128 MByte4
7F5216323,5 GHz3,9 GHz240 Watt256 MByte8
7302160323,0 GHz3,3 GHz155 Watt155 – 180 Watt128 MByte4
7302P160323,0 GHz3,3 GHz155 Watt155 – 180 Watt128 MByte4
7282160322,8 GHz3,2 GHz120 Watt120 – 150 Watt064 MByte2
7272120242,9 GHz3,2 GHz120 Watt120 – 150 Watt064 MByte2
7F328163,7 GHz3,9 GHz180 Watt128 MByte4
7262080163,2 GHz3,4 GHz155 Watt155 – 180 Watt128 MByte4
7252080163,1 GHz3,2 GHz120 Watt120 – 150 Watt064 MByte2
7232P080163,1 GHz3,2 GHz120 Watt120 – 150 Watt032 MByte2

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 meist 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] Einzelne Modelle sind mit mehr als der minimal notwendigen Anzahl Chiplets bestückt, um mehr Cache pro CPU-Kern anzubieten.

Threadripper 3000 „Castle Peak“

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.

NameBasis-/
Boost-Takt
Kerne/
Threads
L3-CachePCI-Express
(PEG)
TDPAnzahl
CPU-Chiplets
TR 3990X2,9/4,3 GHz64/128256 MB88 4.0 (x16)280 W8
TR 3970X3,7/4,5 GHz32/64128 MB4
TR 3960X3,8/4,5 GHz24/48128 MB4

Threadripper PRO 3000

Am 14. Juli 2020 veröffentlichte AMD Informationen zu den Threadripper-PRO-CPUs. Diese CPUs sind bisher ausschließlich für den OEM-Markt gedacht, werden aber laut AMD im März 2021 auch für den Consumermarkt erscheinen[17]. Sie verwenden den Sockel sWRX8 mit 8 Speicherkanälen. Die CPUs unterstützen ECC (auch RDIMMS und LRDIMMs), verfügen über 128 PCIe 4.0 Lanes und sind technisch stark mit den EPYC-CPUs verwandt. Allerdings werden im Gegensatz zu den EPYC nur 2TB RAM unterstützt und die Plattform ist nur für Systeme mit einem Sockel geeignet.

NameBasis-/
Boost-Takt
Kerne/
Threads
L3-CachePCI-ExpressTDPAnzahl
CPU-Chiplets
TR Pro 3995WX2,7/4,2 GHz64/128256 MB128 4.0280 W8
TR Pro 3975WX3,5/4,2 GHz32/64128 MB4
TR Pro 3955WX3,9/4,3 GHz16/3264 MB2
TR Pro 3945WX4,0/4,3 GHz12/2464 MB2

Ryzen 4000U / 4000H „Renoir“ Mobil-APUs

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 2020 stellte AMD zwei weitere Modelle vor: Ryzen 9 4900H sowie Ryzen 9 4900HS.[18]

Modelle[19]

NameBasis- / Boost-TaktKerne / ThreadsL2 / L3CUsIGP Freq.TDP
Ryzen 9 4900H3,3 / 4,4 GHz8 / 164 / 8 MB8175045 W
Ryzen 9 4900HSA3,0 / 4,3 GHz175035 W
Ryzen 7 4800H2,9 / 4,2 GHz7160045 W
Ryzen 7 4800HSA35 W
Ryzen 7 4800U1,8 / 4,2 GHz8175015 W
Ryzen 7 4700U2,0 / 4,2 GHz8 / 871600
Ryzen 5 4600HSA3,0 / 4,0 GHz6 / 123 / 8 MB6160035 W
Ryzen 5 4600H150045 W
Ryzen 5 4600U2,1 / 4,0 GHz15 W
Ryzen 5 4500U2,3 / 4,0 GHz6 / 6
Ryzen 3 4300U2,7 / 3,7 GHz4 / 42 / 4 MB51400
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Ryzen 4000G „Renoir“ Desktop-APUs

Am 21. Juli 2020 wurden die Zen-2-Desktop-APUs vorgestellt, darunter erstmals ein Ryzen 7. Es handelt sich bei allen bis auf Weiteres ausschließlich um OEM-Produkte, die erst später von Endkunden erhältlich sein sollen. PCIe 4.0 wird nicht unterstützt.

ModellKerne/
Threads
Basis-/
Turbotakt
L3-
Cache
TDPGPUmax.
GPU-Takt
Ryzen 7 4700G8 / 163,6 / 4,4 GHz8 MiB65 WVega 82.100 MHz
Ryzen 7 4700GE3,1 / 4,3 GHz35 W2.000 MHz
Ryzen 5 4600G6 / 123,7 / 4,2 GHz65 WVega 71.900 MHz
Ryzen 5 4600GE3,3 / 4,2 GHz35 W
Ryzen 3 4300G4 / 83,8 / 4,0 GHz4 MiB65 WVega 61.700 MHz
Ryzen 3 4300GE3,5 / 4,0 GHz35 W

Neben den aufgeführten Produkten gibt es wie bei den meisten vorherigen APUs alle Modelle auch mit Business-Features. Sie sind am Infix „PRO“ und einer um 50 erhöhten Zahl erkennbar, allerdings hinsichtlich aller Werte in der Tabelle identisch (außer dass AMD für den Ryzen 7 PRO 4750GE einen Grafiktakt von 2.100 MHz angibt).

Ryzen 5000U „Lucienne“ Mobil-APUs

Am 12. Januar 2021 stellte AMD die Ryzen-Notebook-CPUs der Zen-3-Reihe vor. Darunter waren aber unter dem Namen Lucienne auch drei Neuauflagen von Renoir, die somit zu Zen 2 gehören:

NameKerne/ThreadsBasis-/Boost-Takt (GHz)L3-CacheGPUTDP
Ryzen 7 5700U8 / 161,8 / 4,38 MBVega 8 1.9 GHz15 W
Ryzen 5 5500U6 / 122,1 / 4,08 MBVega 7 1.8 GHz
Ryzen 3 5300U4 / 82,6 / 3,84 MBVega 6 1.5 GHz

[20]

Siehe auch

Weblinks

Einzelnachweise

  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. AMD Press Release. AMD, 12. Januar 2021, abgerufen am 16. Januar 2021 (englisch).
  18. heise online: Ryzen 4000: AMDs Achtkern-Prozessoren für Notebooks im Detail. Abgerufen am 16. März 2020.
  19. AMD Ryzen 4000 Mobile APUs: 7nm, 8-core on both 15W and 45W, Coming Q1. Abgerufen am 21. Mai 2020.
  20. Florian Müssig: Ryzen 5000U/H: AMD startet Notebook-Prozessoren mit Zen 3. In: Heise.de. 12. Januar 2020, abgerufen am 21. Januar 2020.

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