• AMD představilo 7nm ZEN 2 architekturu

                              – obrovský posun. První EPYC procesor se 64 jádry!

Velký den pro AMD a velký den pro PC svět. Představení první generace 7nm architektury CPU. Trochu mimo dohled běžných počítačových uživatelů se uskutečnila významná prezentace AMD, která byla opravdu hodně sledovaná a na které firma poprvé představila a ukázala reálné 7nm produkty. Kromě nové 7nm VEGA 20 na Radeon Instinct MI60, byla hlavní pozornost směřována na nejdůležitější produkty AMD, tedy novou 7nm generaci procesorů na ZEN 2 architektuře. A technologický svět je neskrývaně přímo nadšený tím, co AMD ukázalo. Intel „náhodou“ o den dříve představil své 14nm 48 jádrové procesory, tvořené dvojicí 24 jádrových čipů v jednom pouzdře, které však na trh dorazí až nejdříve za půl či spíše tři čtvrtě roku a už nyní jsou CASCADE LAKE Intel procesory beznadějně zastaralé a nepůsobí zrovna zajímavě. To AMD a jeho nová generace ZEN je úplně jiná liga a skutečně nová generace procesorů …

• 7nm ZEN 2 je obrovský posun a pořádná nová generace!

Už jsme skoro zapomněli, za dlouhá léta dominance procesorů Intel, že nová generace procesorů má věci posouvat o více než jen několik jednotek % díky o něco vyšším taktům, jak nám Intel servíruje „nové“ generace posledních několik let. AMD nám připomíná lepší časy. Už letošní 12nm ZEN+ byl příjemným upgradem proti 14nm ZEN z minulého roku, ale to byl jen refresh nikoliv nová generace. Přesto přinesl větší zlepšení, než nové generace Intelu v posledních letech. Ale 7nm ZEN 2 je úplně jiná liga. Samozřejmě základní stavba úspěšné a dnes bych řekl asi i nejlepší procesorové architektury současnosti, kterou AMD ZEN představuje, zůstala. AMD však zapracovalo na každém jednotlivém aspektu a prvku. Celá výpočetní jednotka a její části byly přepracovány a vylepšeny. Má výrazně dokonalejší predikci a prefetch. Vylepšená byla práce s cache a paměťmi obecně.

Jedním z hlavních a určitě v praxi velmi viditelných zlepšení bude 256-bit FPU! Tedy prakticky jediná věc, ve které z hlediska konstrukce CPU měl Intel dnes navrch a odráží se to i v lepším výkonu pod náročným AVX zatížením. AMD má totiž v současnosti jen 128-bit FPU, takže nová generace tohle zdvojnásobí, což bude znamenat obrovský přínos v praxi, zejména ve zpracování videa a ostatních typech AVX zátěže, kde měl Intel dosud výhodu. Teoreticky se výkon AMD v této oblasti zdvojnásobí proti současnosti. AMD současně zdvojnásobilo propustnost v rámci jednotek a přístupu do cache. Vylepšení se také dočkal výkon v jednotlivých operacích a také SMT, tedy schopnost 1 jádra zpracovávat dvě vlákna.  AMD současně oznámilo hardwarové a architektonické prvky, které zabezpečují procesory před některými variantami SPECTRE (vážná zranitelnost MELTDOWN, které trpí procesory Intel, se AMD netýká). Současně AMD vylepšilo šifrování pamětí.

Celkově by tedy znatelně mělo narůst IPC, kdy nedávno na veřejnost uniklo, že v průměru testů více aplikací je zlepšení zhruba 13%. To by bylo opravdu hodně, kdy připomínáme, že v současnosti AMD ZEN ztrácí na aktuální COFFEE LAKE architekturu Intelu zhruba 3% v IPC. Takže pokud se AMD zlepší o těch více než 10%, bude to znamenat, že AMD se dostane do několika procentního vedení před Intel. Nicméně u toho zlepšení nekončí …

• 7nm TSMC výroba pro AMD

Jak už víme, AMD novou generaci 7nm procesorů ale i grafických čipů vyrábí u TSMC. To je obrovská změna a posun proti 14/12nm GlobalFoundries. Ale i tam AMD bude nadále vyrábět. V současnosti má Intel se svou verzí 14nm výroby stále v určitých ohledech navrch, ale ne ve všech proti 12nm GF. Hlavní a maximálně využívaná výhoda Intelu je možnost dosahovat výrazně vyšších taktů, byť za cenu ohromné spotřeby. Ale procesory s takty 4,5 až 5GHz nejsou dnes pro Intel problém. Samozřejmě drtivá většina Intel procesorů běhá podstatně níže, kvůli rozumné efektivitě provozu a chlazení.

Nová 7nm výroba TSMC, kterou má AMD k dispozici, však jednoznačně ve všech ohledech současnou 14nm výrobu Intelu porazí. A Intel to zdaleka nedorovná ani tou chystanou 10nm výrobou, protože aktuální podoba toho procesu bude výrazně horší, než se kterou Intel původně počítal. AMD tak bude mít v řadě ohledů k dispozici objektivně lepší výrobní proces, než Intel. AMD to umožní vyrábět čipy s mnohem větší hustotou tranzistorů a tedy menší. Současně 7nm TSMC proces umožnuje dosažení výrazně vyšší efektivity a hlavně dosažení vyšších taktů. A to je pravdou, že aktuálně zatím 7nm výroba nedosahuje cílů TSMC, takže AMD trochu ubralo v aktuálních slidech proti minulosti. Nicméně stále je 7nm mnohem lepší, než cokoliv co k dispozici k výrobě CPU je, takže kritika není moc na místě.

• EPYC 2 na 7nm ZEN2 je hybrid a složený čip jako žádný před ním!

To, co ale AMD představilo přímo v podobě hotového nového EPYC procesoru, všechny překvapilo. Pravdou je, že existovaly spekulace, že AMD se touhle cestou vydá, ale většina jim nevěřila. Věřila, že AMD jednoduše současná 14/12nm jádra, tedy konstrukci čipů s moduly s dvojicí CCX (4jádra) a veškerou logikou prostě vyrobí 7nm, případně je rozšíří o další jeden až dva CCX moduly. Takže by výsledný 7nm čip měl 12 nebo 16 jader proti 8 jádrům u současného 14/12nm. AMD ale udělalo úplně jinou věc a prakticky všichni se shodují, že do současné prostředí a stavu věcí s výrobou čipů jde o geniálně efektivní a úžasně dobře načasované řešení a ten, kdo u AMD před lety rozhodl, že přesně takhle bude ZEN2 vypadat, si zaslouží metál. Nový 64jádrový EYPC procesor je totiž modulární MCM tvořené hned devíti (!) čipy:

Tohle je koncept, o kterém AMD, ale i Intel mluví již léta, AMD je ale první, co ho v klasickém procesoru v takto komplexní podobě prakticky a funkčně realizoval. A je to geniálně efektivní konstrukce, zejména do současného světa problémů s výrobnou čipů.

(14nm ZEN 1 - EPYC)

Těch 8 malých čipů, to jsou ty zásadní čipy s CCX moduly a tedy procesorovými jádry/vlákny a AMD zůstává u efektivní a vyvážené konstrukce 4 jader na CCX, takže každý z čipů je nadále 8jádro. Jak ale vidíte, jsou mnohem menší (73mm2), než současné 14/12nm čipy (ZEPPELIN 14nm 213mm2). To proto, že část věcí a velká část severního čipsetu můstku, se nastěhovala do toho centrálního velkého čipu uprostřed. Ten obsahuje vlastní paměťový řadič, který je v tomto případě (EPYC 2) 8kanálový a obsahuje také řadiče pro obrovský počet PCIe linek (128 celkem) a to už verze 4.0 s dvojnásobnou propustností proti současným 3.0. Vše je pak propojeno přes vylepšenou a INFINITY FABRIC sběrnici, která je ještě rychlejší a má nižší latence, než u současné generace.

(7nm + 14nm ZEN 2 EPYC)

To ale není vše. Hlavní výhoda celého řešení je v tom, co je dnes zásadní. Výrobní procesy jsou drahé, zejména 7nm TSMC (a 10nm plánovaný Intel) jsou výrazně dražší než 14/12nm předchůdci. Takže by bylo hloupé jimi vyrábět ty části čipů, které prostě z toho, že jsou 7nm, nemohou nic vytěžit. A to se týká právě I/O funkcí a výbavy, paměťových řadičů, řadičů PCIe atd. Proto ten velký čip (434mm2), který vidíte uprostřed, je vyráběný levně 14nm, není zdaleka tak komplexní, pokud jde o počet tranzistorů a jeho výroba je jednoduchá a především levná. Kdyby ho AMD vyrobilo 7nm, byl by jen menší, ale výrazně dražší a z hlediska funkčnosti, výkonu a vlastností by nebyl rozdíl, jestli je 7nm nebo 14nm:

7nm jsou tak vyráběné jen ty malé „ZEN 2“ čipy, které obsahují jednotlivá jádra/vlákna, tedy to, co naopak ze 7nm výroby skutečně těží. AMD tak drahou 7nm výrobou vyrábí vlastně jen tu část s CCX moduly, a tak je ten čip ještě jednodušší a menší, než současné řešení. Ještě více tak posílí výhodu efektivity výroby, kdy výtěžnost těchto čipů bude maximálně vynikající a budou také moci dosahovat vyšších taktů (nebo lepší efektivity, jak bude třeba). A pokud si myslíte, že je to celé jen nějaký zbytečně komplikovaný výmysl AMD, tak tento koncept chce v budoucnu použít i Intel u high end řešení. Jednoduše jak právě Intel dnes sám sobě opakovaně dokazuje, monolitické obří čipy jsou překonané, jejich výroba je naprosto příšerně neefektivní a na 10nm jednoduše Intel nedokáže vyrábět čipy s takovým počtem jader a frekvencemi už vůbec, takže „slepence“ jsou jedinou cestou.  

A tak Intel chystá prakticky stejný koncept, který AMD už používá v praxi u nových EPYC procesorů, kdy tedy klíčové části jako jsou procesorová jádra a iGPU tím drahým, v jeho případě 10nm procesem, vyrobí, ale k tomu ale „přilepí“ další čipy, jako právě I/O, a to dokonce 14nm i 22nm:

Vše v jednom pouzdře procesoru. AMD ho jen výrazně předběhlo, a to minimálně o rok a půl až dva roky, než Intel podobný produkt sám uvede na trh. Ale tohle je vzhledem k obtížím s novými procesy a jejich cenou, jediná schůdná cesta pro výrobu klasických velkých procesorů. V případě GPU je to vzhledem k fungování GPU mnohem větší problém, protože více čipová konstrukce by dnes vyžadovala neustále aktualizace a podporu pro konkrétní aplikace, tedy prakticky CrossFire/SLI profily, což samozřejmě není vhodné. Ale na MCM GPU řešení pracuje AMD i NV. U procesorů je to jen vzhledem k jejich funkčnosti, mnohem jednoduší nasadit v praxi bez negativních vlivů na výkon a využití v praxi.

Otázkou tedy je, jaké jsou nové 7nm AMD procesory v praxi …