La arquitectura AMD Zen 4, el socket AM5 y los chipsets B650, B650E, X670 y X670E han hecho posibles los procesadores AMD Ryzen 7000 que acaban de llegar al mercado de forma definitiva. En este artículo, vamos a dar un repaso a todas las novedades y mejoras técnicas que han llegado con esta nueva plataforma, que estará con nosotros durante varios años, por lo menos hasta 2025, pero lo más probable es que vaya más allá.
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Arquitectura Zen 4 a 5nm y nuevo I/O die a 6nm
Este procesador AMD Ryzen 7000 estrena la arquitectura Zen 4 (Raphael), el gran salto de AMD desde que llegó Zen 3 hace ya casi 2 años. Como veremos, está fuertemente orientada en la mejora del IPC y la eficiencia energética, pero ojo, también veremos frecuencias mucho más altas, soporte para nuevas características por hardware y mucho más. Estamos ante un gran salto desde Zen 3, y vamos a verlo con datos y detalles técnicos importantes. AMD no ha variado el número de núcleos en esta generación, por lo que todas las mejoras de rendimiento vienen de la arquitectura.
Como siempre, un gran cambio que marca todas las generaciones es el proceso de fabricación. Zen 4 se construye bajo el proceso de 5nm de TSMC, no es lo más puntero que tienen (ya están los 4nm) pero sí una mejora importante frente a los 7nm DUV usados en la pasada generación. En el I/O die, se usan los 6nm de TSMC , y no los 14nm de GlobalFoundries de Zen 3.
Antes de ver las novedades de AMD Zen 4, hablemos de números: ¿cómo mejoran el IPC y las frecuencias en esta generación? Pues bien, tenemos un 13% más de IPC que Zen 3, y alcanzamos hasta 5.7GHz de frecuencia turbo. La mejora en IPC no es exagerada, pero se compensa con creces viendo el incremento masivo en las frecuencias: Zen 2 llegaba a 4.7GHz y Zen 3 a 4.9GHz.
¿Y de dónde viene esta mejora de IPC? La contribución principal es del front end, que es la primera parte del flujo de instrucciones, además de la parte de carga/almacenamiento (acceso a memoria), y la predicción de saltos. En menor medida, del aumento de la caché L2, que ahora es de 1MB por núcleo (el doble que antes), pero esto se notará mucho más en el futuro, al aumentar cada vez más las cargas de trabajo y la necesidad de espacio en los distintos niveles de la jerarquía de memoria.
En este diagrama, vemos la arquitectura de un núcleo Zen 4 al completo. Vamos a ver ahora cómo describe AMD las distintas mejoras, que se extienden a todas las partes del procesador.
Desde el momento en que llegan las instrucciones a la CPU, hay optimizaciones. La predicción de saltos, que ayuda al procesador a ejecutar acciones más rápido al predecir cuál será la siguiente instrucción en ejecutarse, se ha optimizado notablemente. Esto, junto con las demás mejoras en la “entrada” del núcleo, es lo que consigue la mayor parte de aumento de IPC.
El motor de ejecución, que es donde las microinstrucciones se planifican y dirigen a su unidad de operación correcta, no ha cambiado mucho respecto a Zen 3. Por ello, es lo que menos mejoras de rendimiento ha proporcionado. Aun así, AMD ha aumentado en un 25% la cola dedicada a la retirada de instrucciones para mejorar esta parte. De donde sí se sacan grandes mejoras es de la carga/almacenamiento, con una cola de carga un 22% más grande, una reducción de conflictos en los puertos de datos de la caché, y un aumento del 50% en el TLB (búfer de traducción anticipada) de datos en la L2.
Otra novedad muy importante en Zen 4 es que soporta por fin las instrucciones AVX-512, que cada vez se están haciendo más populares en software de ámbitos profesionales. La forma más eficiente de implementarlas, según AMD sin afectar a la frecuencia de reloj, es dividiendo la operación de 512 bits en dos operaciones de 256. La implementación de AVX-512 de AMD consigue mejoras de hasta 2.47 veces en tareas de inferencia y Deep learning.
Movámonos ahora al I/O die de estos nuevos procesadores Ryzen 7000, donde destaca la adición de gráficos integrados RDNA 2, en todos los procesadores de la gama, además de las mejoras en Infinity Fabric, el soporte de memorias DDR5, 28 líneas PCIe 5.0, etc. Todo esto pensando en la reducción de consumo, precisamente por ello lo vemos sobre una litografía de 6 nanómetros.
Además, un detalle que no debe pasar desapercibido: ahora el propio procesador soporta USB BIOS Flashback, por lo que los fabricantes de placas base no tendrán la responsabilidad innecesaria de preparar esta característica, simplemente tendrán que añadir un botón a la placa y poco más. Así, nos aseguramos de que no haya placas base sin esta función tan importante a la hora de actualizar a futuras generaciones del socket AM5.
En cuanto a los gráficos integrados, tenemos dos unidades de cómputo RDNA 2 con soporte para decodificación AV1 y codificación/decodificación H.264 y HEVC (H.265). Se trata de una iGPU básica, para uso normal. Se agradece la inclusión de gráficos híbridos, esto significa que si conectamos nuestra pantalla al puerto USB-C con Dp Alt Mode de la placa base, podremos intercambiar la GPU dedicada y la integrada de manera fluida para ahorrar energía. Lo mismo que ocurre con los portátiles.
Socket AMD AM5, la gran novedad
Los procesadores AMD Ryzen 7000 y Zen 4 funcionan bajo el nuevo socket AM5, otra de las grandes novedades de esta generación. AMD nos tiene acostumbrados a la gran duración de su socket AM4, que estuvo con nosotros desde 2017 y para el que se lanzaron cientos de procesadores y placas base, desde Zen hasta Zen 3.
No obstante, la llegada de las memorias RAM DDR5 hace obligatorio el cambio de socket, más de 5 años después. AM4 sigue muy vivo y así seguirá, pero quien quiera una CPU Zen 4 o futura tiene que pasarse a AM5.
Además de DDR5, el nuevo socket estrena un diseño LGA en el que los pines están en la placa base, no en la CPU. Esto permite tener 1718 pines en vez de 1331 en el mismo espacio, lo que nos da muchas ventajas a nivel de estabilidad de la señal eléctrica. Se combina con más líneas PCIe, la llegada de PCIe 5.0, más conexiones, etc.
Como decimos, el uso de LGA mejora claramente la entrega de energía de la placa base al procesador, y nos da más posibilidades para incorporar nuevas funciones en el socket, como por ejemplo mejor telemetría de corriente, potencia y temperatura para ajustar mejor el boost de la CPU.
Chipsets X670, X670E, B650 y B650E
Por supuesto, el otro gran componente de cualquier plataforma son sus chipsets, en este caso la línea inicial de Ryzen 7000 incluye los X670, X670E, B650 y B650E. Vamos a explicar un poco de qué van:
- Como siempre, los chipsets B son aquellos que se dedican a placas base de equipos donde no se busca tener la máxima conectividad y capacidades de overclocking posible, pero sí algo muy bueno para aguantar lo que sea. En las placas de serie X, se está dispuesto a asumir un cierto coste adicional a cambio de maximizar el posible overclocking y conectividad.
- La novedad es la distinción entre placas E y no E. Las placas E nos proporcionan básicamente PCIe 5.0 por todas partes, esencialmente tenemos que B650 soporta solo gráficos PCIe 4.0 y almacenamiento PCIe 4.0 (algunas tendrán PCIe 5.0 en almacenamiento), y X670 solo almacenamiento PCIe 5.0. Las placas X670E y B650E tienen PCIe 5.0 en almacenamiento y gráficos.
Internamente, los chipsets nos traen de vuelta, de cierto modo, el clásico modelo de northbridge y southbridge. No exactamente así, sino que más bien lo llaman «upstream» y «downstream», pero la cuestión es que se cuenta con dos chiplets, uno cubriendo unas salidas y otro las demás. Esto solo pasa en X670 y X670E, ya que B650 solo tiene un chip, como siempre.
Describamos ahora la conectividad de estos chipsets. Primero veamos qué es lo que nos provee la propia CPU:
- 4 puertos USB 10 Gbps
- 1 puerto USB2
- 28 PCIe 5.0, 16 para gráficos, 8 para NVMe y 4 para el chipset
Conectividad X670, X670E
- A elegir: 2 USB 20Gbps, 1 20Gbps + 2 10Gbs, o 4 10 Gbps.
- 8 USB 10 Gbps
- 12 USB 480 Mbps
- 12 líneas PCIe 4.0 para LAN, Wifi, etc.
- A elegir: 8 PCIe 3.0, 6 PCIe 3.0 y 2 SATA, 4 PCIe 3.0 y 4 SATA, 2 PCIe 3.0 y 6 SATA, o 8 SATA.
Conectividad B650, B650E
- A elegir: 1 USB 20 Gbps o 2 USB 10 Gbps
- 4 USB 10 Gbps
- 6 USB 480 Mbps
- 8 líneas PCIe 4.0 para LAN, WiFi, etc.
- A elegir: 4 líneas PCIe 3.0, 2 líneas PCIe 3.0 + 2 SATA, o 4 SATA.
Conclusiones acerca de Zen 4 en el socket AM5
Como vemos, AMD ha preparado a fondo su línea de placas base B650E, B650, X670E y X670, además de su arquitectura Zen 4, para prepararnos para la nueva generación. Por supuesto, habrá que ver cómo se desarrolla frente a su gran rival, Intel, y su 13ª generación de procesadores.
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En cualquier caso, lo que estamos viendo aquí es una plataforma preparada para mucho más allá de Ryzen 7000, por lo que no es baladí. Esperamos haberte aclarado algunos conceptos sobre la nueva arquitectura de AMD.
