Zen (microarquitetura)

Zen é o codinome de uma família de microarquiteturas de processadores de computador da AMD, lançada pela primeira vez em fevereiro de 2017 com a primeira geração de suas CPUs Ryzen. É usado em Ryzen (desktop e mobile), Ryzen Threadripper (estação de trabalho/desktop de alto nível) e Epyc (servidor).

Microarquitetura				Zen[1]		Zen 2[2]	Zen 3[3]		Zen 4[4]
Variantes de microarquitetura				Zen	Zen+[5]		Zen 3	Zen 3+	Zen 4	Zen 4c[6]
Processo de fabricação (nm)				14nm	12 nm	7nm		6nm	5nm
Cache	µop			2K		4K			6.75K
	L1	Dados	Tamanho	32 KiB
			Caminhos	4		8
			Latência				4-8
		Instrução	Tamanho	64 KiB		32 KiB
			Caminhos	8
			Latência	4-8
		TLB		512-entrada			1024-entrada
	L2		Tamanho	512 KiB/core					1024 KiB/core
			Caminhos	8
			Latência	17	12				14
			TLB	1536-entrada		2048-entrada			3072-entrada
	L3		Tamanho	2048 KiB/core		4096 KiB/core				2048 KB/core
			Caminhos	16[7]
			Latência	35		40	46		50
Núcleo máximo da CPU				32		64		8	96[8]	128[9]
Multithreading simultâneo (SMT)				Sim
Janela OoO (ROB)				192		224	256		320
Pipeline	estágio			19
	Decodificar (maneiras)			4				6[10]
Agendador			Entradas
			Despacho	6
Arquivo de registro			Inteiro	84		92	96		224[11]
			Ponto flutuante	96			160[11]		192[11]
Fila			Instrução	72
			Alocação	44
AGUs				2		3

Ver artigo principal: Zen (primeira geração)

A primeira geração do Zen foi lançada com a série de CPUs Ryzen 1000 (codinome Summit Ridge) em fevereiro de 2017.^[12] O primeiro sistema de visualização baseado em Zen foi demonstrado na E3 2016, e primeiro substancialmente detalhado em um evento realizado a um quarteirão de distância de o Intel Developer Forum 2016. As primeiras CPUs baseadas em Zen chegaram ao mercado no início de março de 2017, e os processadores de servidor Epyc derivados do Zen (codinome "Naples") foram lançados em junho de 2017^[13] e APUs baseadas em Zen (codinome "Raven Ridge") chegou em novembro de 2017.^[14] Esta primeira iteração do Zen utilizou o processo de fabricação de 14 nm da GlobalFoundries.^[15] Processadores modificados baseados em Zen para o mercado chinês também foram construídos sob a joint venture AMD-China.

Ver artigo principal: Zen+

Zen+ foi lançado pela primeira vez em abril de 2018,^[16] alimentando a segunda geração de processadores Ryzen, conhecidos como Ryzen 2000 (codinome "Pinnacle Ridge") para sistemas de desktop convencionais, e Threadripper 2000 (codinome "Colfax") para configurações de desktop high-end. Zen+ usou o processo de 12 nm da GlobalFoundries, uma versão aprimorada de seu nó de 14 nm.^[17][18]

Ver artigo principal: Zen 2

As CPUs da série Ryzen 3000 foram lançadas em 7 de julho de 2019,^[19][20] enquanto as CPUs de servidor Epyc baseadas em Zen 2 (codinome "Rome") foram lançadas em 7 de agosto de 2019.^[21] Os produtos Zen 2 Matisse foram as primeiras CPUs de consumo a usar o nó de processo de 7 nm, da TSMC.^[22] Zen 2 introduziu a arquitetura baseada em chips, onde CPUs de desktpo, estações de trabalho e servidores são todas produzidas como módulos multi-chip (MCMs); esses produtos Zen 2 utilizam os mesmos chips de núcleo, mas são conectados a diferentes silício uncore (diferentes matrizes IO) em uma topologia hub e spoke. Esta abordagem difere dos produtos Zen 1, onde a mesma matriz (Zeppelin) é usada em um pacote monolítico simples para produtos Summit Ridge (série Ryzen 1000) ou usada como blocos de construção interconectados em um MCM (até quatro matrizes Zeppelin) para a primeira geração. Produtos Epyc e Threadripper.^[23] Para produtos Zen 2 anteriores, as funções IO e uncore são executadas dentro deste IO separado,^[24] que contém os controladores de memória, a estrutura para permitir a comunicação núcleo a núcleo e a maior parte das funções uncore. A matriz de IO usada pelos processadores Matisse é um pequeno chip produzido em GF 12 nm,^[25] enquanto a matriz de IO do servidor utilizada para Threadripper e Epyc é muito maior.^[25] A matriz IO do servidor é capaz de servir como um hub para conectar até oito chips de 8 núcleos, enquanto a matriz IO para Matisse é capaz de conectar até dois chips de 8 núcleos. Esses chips são conectados pelo Infinity Fabric de segunda geração da própria AMD,^[25] permitindo uma interconexão de baixa latência entre os núcleos e IO. Os núcleos de processamento nos chips são organizados em CCXs (Core Complexes) de quatro núcleos, interligados para formar um único CCD (Core Chiplet Die) de oito núcleos.^[26]

O Zen 2 também alimenta uma linha de APUs móveis e de desktop comercializadas como Ryzen 4000, bem como consoles Xbox de quarta geração e o PlayStation 5. A microarquitetura de núcleo Zen 2 também é usada na APU Mendocino, um sistema de 6 nm em um chip voltado para dispositivos móveis convencionais e outros produtos de computação de baixo consumo com eficiência energética.^[27]

Ver artigo principal: Zen 3

Zen 3 foi lançado em 5 de novembro de 2020,^[28] usando um processo de fabricação de 7 nm mais maduro, alimentando CPUs e APUs da série Ryzen 5000^[28] (codinome "Vermeer" (CPU) e "Cézanne" (APU)) e Epyc processadores (codinome "Milan"). O principal ganho de desempenho do Zen 3 em relação ao Zen 2 é a introdução de um CCX unificado, o que significa que cada chiplet de núcleo agora é composto por oito núcleos com acesso a 32 MB de cache L3, em vez de dois conjuntos de quatro núcleos com acesso a 16 MB de cache L3 cada.^[29]

Em 1 de abril de 2022, a AMD lançou a nova série Ryzen 6000 para laptops, usando uma arquitetura Zen 3+ aprimorada, trazendo pela primeira vez gráficos RDNA 2 integrados em uma APU para o PC.^[30]

Zen 3 com 3D V-Cache foi oficialmente apresentado em 31 de maio de 2021.^[31] Ele difere do Zen 3 porque inclui cache L3 empilhado em 3D sobre o cache L3 normal no CCD, fornecendo um total de 96 MB. O primeiro produto que o utiliza, o Ryzen 7 5800X3D, foi lançado em 20 de abril de 2022. O cache adicionado traz um aumento de desempenho de aproximadamente 15% em aplicativos de jogos, em média.^[32]

Zen 3 com 3D V-Cache para servidor, codinome Milan-X, foi anunciado no Accelerated Data Center Premiere Keynote da AMD em 8 de novembro de 2021. Ele traz um aumento de 50% em aplicativos de datacenter selecionados em relação às CPUs Milan do Zen 3, enquanto mantém a compatibilidade de soquete com eles.^[33] Milan-X foi lançado em 21 de março de 2022.^[34]

Ver artigo principal: Zen 4

CPUs de servidor Epyc com Zen 4, codinome Genoa, foram oficialmente reveladas no Accelerated Data Center Premiere Keynote da AMD em 8 de novembro de 2021,^[35] e lançadas um ano depois, em novembro de 2022.^[36] Eles têm até 96 núcleos Zen 4 e suporta PCIe 5.0 e DDR5.

Além disso, o Zen 4 Cloud (uma variante do Zen 4), abreviado para Zen 4c, também foi anunciado. O Zen 4c foi projetado para ter densidade significativamente maior do que o Zen 4 padrão, ao mesmo tempo que oferece maior eficiência energética. Isto é conseguido redesenhando o núcleo e o cache do Zen 4 para maximizar a densidade e o rendimento computacional. Ele tem 50% menos cache L3 do que o Zen 4 e não é capaz de atingir uma freqüência tão alta. Bergamo (série Epyc 9704) tem até 128 núcleos Zen 4c e é compatível com soquete com Gênova. Foi lançado em junho de 2023.^[37] Outra linha de produtos de servidor que usa núcleos Zen 4c é o Siena (série Epyc 8004), que tem até 64 núcleos, usa um soquete menor diferente e é destinado a casos de uso que favorecem tamanhos menores, custo, potência e pegada térmica em vez de alto desempenho.^[38]

Tanto o Zen 4 quanto o Zen 4 Cloud são fabricados no nó de 5 nm da TSMC.^[37]

Além dos processadores de servidor Epyc 7004 (Genoa, Bergamo e Siena respectivamente), o Zen 4 também alimenta os processadores de desktop convencionais Ryzen 7000 (codinome "Raphael"),^[39] processadores móveis de última geração (codinome "Dragon Range ") e processadores móveis finos e leves (codinome "Phoenix").^[40] Ele também alimenta a série Ryzen 8000 G de APUs de desktop.^[41]

Ver artigo principal: Zen 5

Zen 5 foi mostrado no roteiro Zen da AMD em maio de 2022.^[42] Acredita-se que ele use os processos de 4 nm e 3 nm da TSMC.^[43] Ele alimentará os principais processadores de desktop Ryzen 9000 (codinome "Granite Ridge"), processadores móveis de última geração (codinome "Strix Point") e processadores de servidor Epyc 9005 (codinome "Turin").

Zen 5c é uma variante compacta do núcleo Zen 5, voltada principalmente para clientes de servidores de computação em nuvem em hiperescala.^[44]

• Threadripper
• Epyc