Inside Zen: Cómo AMD diseñó su nuevo y poderoso procesador

AMD sabía que necesitaba hacer cambios radicales en su chip Zen CPU para volver a ser una fuerza en los mercados de PC y servidores.

Entonces, cuando los diseñadores de chips se sentaron hace cuatro años para grabar el diseño Zen, tenían dos cosas en mente: aumentar el rendimiento de la CPU tanto como sea posible y mantener la eficiencia energética estable.

La empresa finalmente se instaló para una mejora del 40 por ciento en Zen con respecto a su predecesor, Excavator.

"Nos costó convencer al equipo de que íbamos en un 40 por ciento", dijo Mike Clark, miembro sénior de AMD. "Fue un objetivo muy agresivo, y sabíamos que teníamos que hacerlo para ser competitivos".

AMD promovió por primera vez el objetivo de mejora de la CPU del 40 por ciento cuando presentó Zen en 2015 durante una revisión de su hoja de ruta de chips. La compañía demostró recientemente los chips Zen para demostrar que ha logrado el objetivo.

Si se mantienen los puntos de referencia de las PC con Zen, un aumento del 40 por ciento en el rendimiento de la CPU será una mejora radical en comparación con las mejoras de doble dígito alegadas por Intel y AMD en recientes chips x86.

AMD prometió hace más de un año que el nuevo diseño de la CPU Zen sería un 40 por ciento más rápido que su chip anterior y afirma haber dado en el blanco.

Intel escapó con los mercados de PC y servidores después AMD encontró problemas de diseño y fabricación con algunos chips recientes. El desempeño de la CPU de AMD se ha quedado atrás de su rival Intel, y la arquitectura Bulldozer, incluso a los ojos de la compañía, fue un fracaso absoluto. Los chips Bulldozer, que comenzaron a comercializarse en 2011, afectaron a los chips de seguimiento considerados derivados.

Con Zen, AMD está buscando revivir sus días de gloria en el diseño de chips. Zen podría ser tan significativo como la introducción de AMD de chips de servidor de 64 bits en 2003 y chips de doble núcleo en 2004. Ambas acciones dieron a AMD una ventaja competitiva sobre Intel en ese momento.

Los chips de servidor Zen llegarán primero a gama alta estaciones de trabajo de juego a principios del próximo año, seguidas de servidores y luego computadoras portátiles. Los chips tendrán de ocho a 32 núcleos, y los chips de 32 núcleos podrían venir en configuraciones de cuatro CPU, pero esos detalles aún no están finalizados, dijo Clark.

Desde el primer día, los diseñadores de AMD sabían que tenían que mantener el "Los diseñadores debían" tratar el poder como un ciudadano igual "al objetivo de mejora del rendimiento del 40 por ciento, dijo Clark. .

"Es un proceso iterativo muy dinámico a través de la fase de diseño", dijo Clark. "Teníamos buenas métricas de diseño, así que sabíamos que no perderíamos potencia … y las instrucciones por reloj".

El nuevo Zen de AMD es una nueva CPU innovadora que ofrece un gran impulso a los diseños anteriores.

Los diseñadores observaron debilidades arquitectónicas en los chips anteriores, grabado un diseño de chip Zen en papel, luego se puso a trabajar. La nueva arquitectura ejecuta dos subprocesos por núcleo de CPU, lo que podría aumentar el rendimiento y mantener la eficiencia energética.

También introdujeron una nueva estructura de chips para Zen con un subsistema de memoria reestructurada que era más rápido y de menor longitud. Diseñaron en una tubería más gruesa que puede obtener más instrucciones para la máquina, lo que permite una ejecución más rápida de los comandos.

AMD también cambió la estructura de caché en Zen. Acortó el tamaño de la memoria caché L2 a 512 KB y amplió el tamaño de la caché L3. Clark no reveló el tamaño del caché L3, pero dijo que será mucho más rápido que en los chips anteriores. Sin embargo, una diapositiva sobre Zen mostrada en la conferencia Hot Chips esta semana mostró que el tamaño de caché L3 es de 8MB.

La compañía también hizo que el entero y las unidades de procesamiento de coma flotante fueran más dinámicas y accesibles para cargas de trabajo de subprocesamiento único y múltiple. Se necesitarán menos ciclos para cargar operaciones en las unidades de procesamiento. Las unidades en Bulldozer y sus derivados no eran tan dinámicas, ampliamente consideradas un problema.

Los diseñadores también agudizaron las unidades de ejecución del chip. Zen tiene un programador distribuido y proporciona visibilidad a más hilos en una ventana. Bulldozer tenía un planificador unificado con más complejidad.

Clark participó en el desarrollo del primer chip interno de AMD llamado K5, que se introdujo en 1996. El cumplimiento de los objetivos establecidos con Zen es alentador, pero aún hay espacio para mejorar el rendimiento, dijo.

"Todavía tenemos un largo camino por recorrer en cuanto a rendimiento de cómputo", agregó. "Zen definitivamente no es el destino, es la primera parada para mejorar el rendimiento".