Чиплет против MCM: различия между архитектурами процессоров Intel и AMD

Intel и AMD были двумя производителями основных процессоров уже более 50 лет. Хотя оба используют x86 ISA для разработки своих чипов, за последнее десятилетие или около того их процессоры пошли совершенно разными путями.

В середине 2000-х, с появлением чипов Bulldozer, AMD начала терять позиции по сравнению с Intel. Сочетание низкого IPC и неэффективного дизайна чуть не привело компанию к падению. Так продолжалось почти десять лет. Ситуация начала меняться в 2017 году с появлением микроархитектуры Zen.

Новые процессоры Ryzen ознаменовали собой полное переосмысление подхода AMD к процессорам с акцентом на IPC, однопоточную производительность и, что особенно важно, переход к MCM или модульной конструкции чиплетов. Между тем Intel продолжает действовать более или менее точно так же, как и с момента появления Sandy Bridge в 2011 году.

Все началось с дзен

Ryzen первого и второго поколений спойлировали усилия Intel в области среднего уровня, предлагая больше ядер и больше потоков, чем такие компоненты, как Core i5-7600K. Но сочетание аппаратных проблем, таких как задержка, и отсутствие игр, оптимизированных для Ryzen, означало, что Intel по-прежнему лидировала в производительности игровых рабочих нагрузок.

С появлением процессоров Ryzen 3000 на базе Zen 2 положение AMD начало улучшаться, а игровая корона Intel была окончательно захвачена с выпуском процессоров Ryzen 5000 на базе Zen 3. Резкое улучшение IPC означало, что AMD смогла предложить больше ядер, но также соответствовать Intel в однопоточных рабочих нагрузках. Покупка Skylake refresh-refresh-refresh-refresh не обязательно приведет к увеличению частоты кадров.

AMD и Intel придерживаются принципиально разных путей в своей философии проектирования процессоров. Вот раздражающая аналогия с начальной школой, которая может помочь вам понять разницу. Какой еще фрукт: арбуз или килограмм яблок? Один действительно большой плод. А у другого, ну, много мелких фруктов. Вы захотите иметь это в виду, когда мы подробно рассмотрим это в следующем разделе.

Intel Монолитный дизайн процессора против чиплетов AMD Ryzen

Intel следует так называемому монолитному подходу к проектированию процессоров. По сути, это означает, что все ядра, кэш и ресурсы ввода-вывода для данного процессора физически находятся на одном монолитном кристалле. У этого подхода есть некоторые очевидные преимущества. Наиболее заметным является уменьшение задержки. Поскольку все находится на одной и той же физической подложке, разным ядрам требуется гораздо меньше времени для связи, доступа к кеш-памяти и доступа к системной памяти. Задержка снижена. Это приводит к оптимальной производительности.

Монолитный дизайн Intel

Если все остальное остается таким же, монолитный подход всегда обеспечит вам лучшую производительность. Однако есть большой недостаток. Это с точки зрения стоимости и масштабирования. Теперь нам нужно быстро взглянуть на экономику выхода кремния. Присоединяйтесь: все станет немного сложнее.

Монолитные процессоры предлагают лучшую производительность, но они дороги и…

Когда производители производят процессоры (или любой элемент кремния в этом отношении), они почти никогда не достигают 100-процентной доходности. Урожайность относится к пропорции произведенных используемых деталей. Если вы используете зрелый технологический узел, такой как Intel 14nm +++, выход вашего кремния превысит 70%. Это означает, что вы получаете много полезных процессоров. Обратное, однако, заключается в том, что на каждые 10 производимых вами процессоров вы должны выбросить как минимум 2-3 дефектных модуля. Очевидно, что производство выброшенной единицы стоит денег, так что эта стоимость должна быть включена в окончательную цену продажи.

При небольшом количестве ядер отлично работает монолитный подход. Это в значительной степени объясняет, почему массовая линейка потребительских процессоров Intel до недавнего времени насчитывала 4 ядра. Однако, когда вы увеличиваете количество ядер, монолитный подход приводит к экспоненциально большие затраты. Почему это?

На монолитном штампе, каждый ядро должно быть функциональным. Если вы создаете восьмиъядерный чип, и 7 ядер из 8 работают, вы все равно не сможете его использовать. Помните, что мы говорили о доходности, превышающей 90 процентов? Математически эти десять процентов дефектов складываются на каждое дополнительное ядро ​​на монолитном кристалле до такой степени, что, скажем, с 20-ядерным процессором Xeon, Intel фактически должна выбросить один или два дефектных чипа на каждый пригодный для использования, поскольку все 20 ядер должны быть функциональными. Затраты не просто линейно масштабируются с количеством ядер — они растут экспоненциально из-за потерь.

Кроме того, при расширении вашей 14-нанометровой емкости новые заводы не будут иметь такой же уровень производительности процессоров, как существующие. Это уже привело к нехватке процессоров Intel и, как следствие, к процессорам серии F.

Следствием всего этого является то, что процесс Intel является конкурентоспособным по цене и производительности при небольшом количестве ядер, но просто не годится при более высоком количестве ядер, если только они не продаются с низкой наценкой или в убыток. Возможно, им дешевле производить двухъядерные и четырехъядерные процессоры, чем AMD поставлять SKU Ryzen 3. Теперь мы разберемся, почему это так.

Чипсы, чиплеты и матрицы
AMD применяет подход на основе чиплетов или MCM (Multi-chip Module) при разработке процессоров. Имеет смысл рассматривать каждый процессор Ryzen как несколько отдельных процессоров, склеенных вместе суперклей — Infinity Fabric, выражаясь языком AMD.

Один Ryzen CCX оснащен 4-ядерным / 8-ядерным процессором вместе с кеш-памятью третьего уровня. Два CCX (один 8-ядерный CCX с Zen 3) склеены на ПЗС-матрице для создания чиплета, основного строительного блока процессоров Ryzen и Epyc на базе Zen. В одном MCM (многокристальном модуле) можно разместить до 8 ПЗС, что позволяет использовать до 64 ядер в потребительских процессорах Ryzen, таких как Threadripper 3990X.

У этого подхода есть два больших преимущества. Во-первых, затраты увеличиваются более или менее линейно с количеством ядер. Поскольку процент потерь AMD зависит от ее способности создать максимум функциональный 4-ядерный блок (один CCX), им не нужно выбрасывать огромные запасы неисправных процессоров. Второе преимущество связано с их способностью самостоятельно использовать неисправные процессоры. В то время как Intel просто выбрасывает их, AMD отключает функциональные ядра для каждого CCX для достижения другого количества ядер.

Например, и Ryzen 7 3700X, и 3600 оснащены одной ПЗС-матрицей (или двумя CCX) с восемью ядрами. У 3600 отключено по одному ядру на каждый CCX, что дает ему 6 функциональных ядер вместо восьми. Естественно, это позволяет ему продавать шестиядерные компоненты по более конкурентоспособным ценам, чем Intel.

У подхода с использованием чиплетов есть большой недостаток: задержка. Каждый чиплет находится на отдельной физической подложке. Из-за законов физики это означает, что процессоры Ryzen несут штраф за задержку при обмене данными по Infinity Fabric. Это было особенно заметно с Ryzen первого поколения. Скорость Infinity Fabric коррелировала с тактовой частотой памяти и, следовательно, разгон вашей памяти приводил к заметно более высокой производительности процессора.

AMD удалось исправить это с помощью процессоров Ryzen 3000, а затем улучшить его с помощью недавно выпущенной линейки Ryzen 5000. Первый представил большой буфер кэша L3, названный «кешем игры». Кэш L3 является промежуточным звеном между системной памятью и низкоуровневым кешем ядра ЦП (L1 и L2). Обычно потребительские процессоры имеют небольшое количество L3 — Intel i7 9700K, например, имеет только 12 МБ L3. AMD, однако, объединила 3700X с 32 МБ L3 и 3900X с колоссальными 64 МБ L3.

Кэш L3 равномерно распределен между разными ядрами. Увеличенный объем кеш-памяти означает, что при небольшом интеллектуальном планировании ядра могут кэшировать больше того, что им нужно. Буфер устраняет большую часть штрафов за задержку, возникающих в Infinity Fabric.

Процессоры Ryzen 5000 пошли на шаг вперед и отказались от четырехъядерных CCX в пользу восьми ядерных комплексов, при этом каждое ядро ​​напрямую подключено друг к другу на CCX / CCD. Это улучшает межъядерную задержку, задержку кэша и пропускную способность, а также обеспечивает каждое ядро ​​вдвое большим объемом кеш-памяти L3, значительно улучшая игровую производительность:

Чиплет или монолит: что лучше?

В подходах, принятых Intel и AMD, нет правильного или неправильного. Тем не менее, подход с использованием чиплетов, вероятно, будет тем, что мы увидим больше в ближайшие годы. Это связано с тем, что закон Мура, который требовал удвоения вычислительной мощности каждые пару лет, существенно замедлился. Отдельные ядра процессора не становятся вдвое быстрее каждые два года. Единственный ответ на повышение производительности — это расширить и сложить ядра.

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ

нажмите Enter и отправьте ваш комментарий
Пожалуйста, введите ваше имя

83 − = 74
Powered by MathCaptcha

Почитать

Что за модель ноутбука

Что за модель ноутбука Что...

Как сделать насыщенность на ноутбуке

Как сделать насыщенность на ноутбуке: все, что нужно знать Иногда работа на ноутбуке приносит разочарования из-за недостаточной насыщенности изображения. Это может касаться как профессионалов, занимающихся...

Ноутбук 17 дюймов это сколько сантиметров

Ноутбук 17 дюймов это сколько сантиметров? Вопрос о том, сколько сантиметров в 17 дюймах, особенно актуален для тех, кто планирует покупку нового ноутбука. Информация о...

Как подключить к ноутбуку wireless controller x3

Как подключить к ноутбуку wireless controller x3 ...

Где можно поработать с ноутбуком в спб бесплатно

Где можно поработать с ноутбуком в СПБ бесплатно Работа с ноутбуком в нескольких кафешках по городу или просто на лавочке в парке — это не...

Чем почистить камеру на ноутбуке

Чем почистить камеру на ноутбуке: проблемы и пути решения Камера на ноутбуке становится неотъемлемой частью современного взаимодействия — от видеозвонков до записи онлайн-курсов. Однако со...

Почему не печатаются цифры на клавиатуре справа на ноутбуке

Почему не печатаются цифры на клавиатуре справа на ноутбуке На странице клавиатуры вашего ноутбука может возникнуть проблема: вы пытаетесь ввести цифры, используя клавиши, расположенные справа,...

Что значит кнопка f6 на ноутбуке

Существует множество клавиш на клавиатуре ноутбука, и каждая из них выполняет конкретные задачи. Кнопка F6 — одна из функциональных клавиш, которые часто оказываются в...

Блютуз адаптер для ноутбука как подключить

Введение Подключение Bluetooth-адаптера к ноутбуку — это задача, с которой сталкиваются многие пользователи, стремящиеся расширить функциональные возможности своего устройства. Bluetooth-технология позволяет осуществлять беспроводную связь между...

При покупке ноутбука на что нужно обращать внимание

При покупке ноутбука: на что нужно обращать внимание Выбор ноутбука представляет собой не...

Как включить вай фай на ноутбуке виста

Как включить Wi-Fi на ноутбуке с Vista Небольшая ошибка или неосторожное действие могут спровоцировать дорожные пробки в учебе или работе, когда Wi-Fi на вашем ноутбуке...

Как подключить wifi адаптер на ноутбуке

Подключение WiFi адаптера на ноутбуке: перестаньте бороться с подключением Люди, использующие ноутбуки, часто сталкиваются с проблемами подключения к WiFi. Неважно, хотите ли вы работать удаленно,...

Почему шумит вентилятор в ноутбуке асус

Проблема шумящего вентилятора в ноутбуке Asus Одна из самых распространённых проблем, с которой сталкиваются пользователи ноутбуков Asus, — это шумный вентилятор. Это может быть не...

Не включается ноутбук после долгого неиспользования что делать

Не включается ноутбук после долгого неиспользования: что делать? Не включается ноутбук после долгого неиспользования — это проблема, с которой сталкиваются многие владельцы портативных компьютеров. На...

Как сделать скриншот с ноутбука тошиба

Как сделать скриншот с ноутбука Toshiba Создание скриншота с ноутбука Toshiba может казаться простой задачей, но многие пользователи сталкиваются с трудностями из-за различных конфигураций клавиатур...

Как включить звук на ноутбуке микшер

Как включить звук на ноутбуке микшер Проблема с включением звука на ноутбуке: что...

Почему не включается экран ноутбука hp

Почему не включается экран ноутбука HP: основные причины и решения Каждый пользователь ноутбука HP может столкнуться с ситуацией, когда экран устройства не включается. Это может...

Почему экран ноутбука темный

Почему экран ноутбука темный: возможные причины и их решение Вопрос о том, почему экран ноутбука темный, актуален для многих пользователей. Это может стать не только...

Как сделать нарезку видео на ноутбуке

Как сделать нарезку видео на ноутбуке: все, что нужно знать Создание нарезки видео может показаться сложным процессом для многих пользователей ноутбуков. Мы живем в эпоху,...

Где корзина на ноутбуке виндовс 10

Где корзина на ноутбуке Windows 10 Где корзина на...

Как включить режим планшета на ноутбуке асер

Проблема активации режим планшета на ноутбуке Acer Планшетный режим на ноутбуках Acer предоставляет пользователям уникальную возможность адаптировать свои устройства под нужды, характерные для работы с...

Где посмотреть память на ноутбуке acer

Где посмотреть память на ноутбуке Acer Где посмотреть память...

Медленно работает ноутбук hp что делать

Медленно работает ноутбук HP: причины и решения Медленная работа ноутбука HP — это распространенная проблема, с которой сталкиваются многие пользователи. В современном мире, где скорость...

Как включить управление звуком с клавиатуры на ноутбуке

Как включить управление звуком с клавиатуры на ноутбуке Многие пользователи ноутбуков сталкиваются с проблемами управления звуком, которые могут значительно снизить комфортность работы с устройством. Возможно,...