К концу 2010-х годов компания Advanced Micro Devices (AMD) находилась в глубоком кризисе и процессоры архитектуры Bulldozer не могли конкурировать с Intel ни по производительности на такт (IPC), ни по энергоэффективности. Однако всё изменилось 2 марта 2017 года.
Именно тогда была представлена микроархитектура Zen, которая стала очень успешным проектом в IT-индустрии. С этого момента AMD перешла от роли догоняющего к статусу технологического лидера, диктующего правила игры. Рассмотрим детально каждый шаг этой эволюции, от первого кристалла до перспективных планов на будущее.
Zen 1 (2017 год)
Архитектура Zen (кодовое имя Summit Ridge) была разработана под руководством Джима Келлера и команды инженеров с чистого листа. Главной целью было достижение 40-процентного прироста инструкций за такт (IPC) относительно предыдущего поколения Excavator.
Ключевые особенности:
Simultaneous Multithreading (SMT).
Возврат к технологии одновременной многопоточности, аналогичной Intel Hyper-Threading. Каждое физическое ядро могло обрабатывать два потока вычислений, что значительно повышало производительность в многозадачных сценариях.
Модульная структура CCX. Процессор строился из блоков CCX (Core Complex). Один блок содержал 4 ядра с общим L3-кэшем (8 МБ). Два таких блока объединялись через высокоскоростную шину Infinity Fabric, образуя полноценный 8-ядерный чип Ryzen 7 1800X.
Техпроцесс.
Изначально 14 нм на мощностях GlobalFoundries.
Выход первых Ryzen (1000-ая серия) стал шоком для Intel. Модель Ryzen 7 1800X предлагала 8 ядер и 16 потоков по цене 6-ядерного флагмана конкурента. Это заставило "синюю" компанию пересмотреть свою ценовую политику и ускорить разработку новых продуктов. Zen вернул AMD конкурентоспособность.
Zen+ (2018 год)
Архитектура Zen+ (Pinnacle Ridge) не принесла революционных изменений в саму структуру ядер. Это был эволюционный шаг, направленный на оптимизацию существующего дизайна и переход на новый техпроцесс.
Ключевые улучшения:
Переход на 12-нм техпроцесс. Уменьшение размера транзисторов позволило поднять тактовые частоты при том же уровне энергопотребления или снизить потребление при прежних частотах.
Оптимизация кеш-памяти.
Были снижены задержки доступа к L1, L2 и L3-кешу, что дало заметный прирост производительности в играх и приложениях, чувствительных к скорости памяти.
Поддержка Precision Boost 2.
Новый алгоритм динамического разгона, который управлял частотой более плавно и эффективно, учитывая нагрузку на все ядра, а не только на одно-два.
Ryzen 2000-й серии закрепили успех, предложив ещё большую производительность без значительного увеличения цены.
Zen 2 (2019 год)
С выходом Zen 2 (Matisse) AMD совершила настоящий технологический прорыв, впервые за много лет опередив Intel по плотности транзисторов и общей производительности. Главным изменением стала смена производства — переход к чиплетному дизайну.
Революционная архитектура:
Чиплеты вместо монолитного кристалла.
Вместо одного большого кристалла CPU процессор теперь состоял из нескольких элементов: одного или двух 7-нм CCD-чиплетов (Core Complex Die) с ядрами и 12-нм чиплета cIOD (I/O Die), отвечающего за контроллеры памяти, шины PCIe и другие интерфейсы. Это удешевило производство и повысило процент выхода годных кристаллов.
Удвоенный FPU.
В каждом модуле CCX теперь было 4 ядра, но общий блок операций с плавающей запятой (FPU) обслуживал сразу пару ядер, удваивая его пропускную способность.
Контроллер памяти DDR4.
Переехал из чиплетов CCD в отдельный cIOD. Хотя это увеличило латентность, но позволило легко реализовать поддержку высоких частот памяти.
Процессоры Ryzen 3000-й серии (особенно 12-ядерный 3900X и 16-ядерный 3950X) установили новые стандарты производительности в массовом сегменте, не оставив Intel шансов вплоть до конца 2020 года.
Zen 3 и 3+ (2020 и 2021 год)
Архитектура Zen 3 (Vermeer) была ответом на главный недостаток Zen 2 — высокие задержки межъядерного взаимодействия и доступа к памяти.
Главные изменения:
Новый дизайн CCX.
Теперь один блок CCX в 8-ядерном чиплете содержал все 8 ядер. Это означало, что все ядра имели прямой доступ ко всему объёму общего L3-кэша (до 32 МБ), минуя шину Infinity Fabric.
Огромный рост IPC.
Благодаря архитектурным улучшениям (улучшенное предсказание ветвлений, увеличенный буфер микроопераций) AMD заявила о рекордном росте IPC на 19% по сравнению с Zen 2.
Доминирование в гейминге.
Увеличение объёма единого L3-кэша и снижение задержек кардинально улучшило игровую производительность. Процессоры Ryzen 5000-й серии стали самыми быстрыми игровыми CPU в мире.
На этом этапе AMD достигла пика своего могущества, предлагая лучшие процессоры как для рабочих задач, так и для игр.
Zen 4 (2022 год)
Zen 4 (Raphael) ознаменовал переход на передовой 5-нм техпроцесс для вычислительных чиплетов и 6-нм для I/O-чиплета. Основной фокус сместился с чистой производительности на энергоэффективность и расширение функциональности платформы.
Новшества:
Новая платформа AM5.
Переход с сокета AM4 на новый AM5 с поддержкой памяти DDR5 и шины PCIe 5.0. Сокет получил долгожданную поддержку LGA (контактные площадки на плате, ножки на процессоре) и обещание совместимости как минимум до 2025 года.
Рост IPC и частот.
Продолжилась тенденция роста производительности на такт и тактовых частот, которые перешагнули отметку в 5 ГГц.
Интегрированная графика (iGPU).
Впервые в десктопных Ryzen появились мощные встроенные графические ядра на базе архитектуры RDNA 2. Появились линейки G-серии (например, Ryzen 7 8700G), способные запускать современные игры без дискретной видеокарты.
Zen 4 укрепил лидерство AMD, особенно в задачах создания контента, и сделал платформу AM5 очень привлекательной для апгрейда.
Zen 5 (2024 год)
Архитектура Zen 5 (Granite Ridge/Strix Point) продолжает развивать идеи предшественников, делая ставку на искусственный интеллект и дальнейшее повышение эффективности.
Основные направления развития:
Взрывной рост IPC.
AMD заявляет об увеличении количества исполняемых инструкций за такт более чем на 16% по сравнению с Zen 4. Достигнуто это за счёт дальнейшего углубления конвейера и оптимизации исполнительных блоков.
AI и AVX-512.
В архитектуру были добавлены специальные блоки для ускорения искусственного интеллекта (аналог Intel AI Acceleration). Также вернулась полная поддержка набора инструкций АVX-512, что критически важно для научных вычислений и профессионального ПО.
Гетерогенная архитектура (APU).
В мобильном сегменте (архитектура Strix Point) реализован гибридный подход, сочетающий производительные ядра Zen 5 и энергоэффективные Zen 5c в одном чипе, что позволяет достичь идеального баланса между мощностью и автономностью.
Процессоры Ryzen 9000-й серии для настольных ПК и мобильные APU Ryzen AI 300-й серии задают новую планку производительности и интеллектуальных возможностей.
Zen 6 (конец 2026 - начало 2027 года)
Официальной информации об архитектуре Zen 6 пока крайне мало. Однако, анализируя заявления руководства AMD, можно сделать несколько обоснованных предположений.
Ожидаемые тенденции:
Дальнейший переход на 2-нм и 1.4-нм техпроцессы.
Переход на узлы N2 (2 нм) и A14 (1.4 нм) позволит разместить еще больше транзисторов, радикально повысить энергоэффективность и рабочие частоты.
Углубление интеграции ИИ.
Блоки для работы с нейронными сетями станут неотъемлемой частью каждого вычислительного ядра, а не отдельной надстройкой. Это ускорит работу операционных систем, приложений и игр, активно использующих машинное обучение.
Эволюция чиплетного дизайна.
Возможно появление новых типов чиплетов, например, отдельных модулей кэш-памяти (L4/L5) или специализированных ускорителей для трассировки лучей и кодирования видео.
Память и шины.
Полноценная интеграция поддержки стандарта памяти DDR6 и дальнейшее развитие шины PCIe (версия 6.0).
Новое поколение графики.
Архитектура графических процессоров RDNA 4, которая будет сосуществовать с Zen 6 принесет значительный прирост производительности и эффективности.
Zen 6 продолжит дело своих предшественников, обеспечивая AMD технологическое лидерство на годы вперед.