طراحی Core Complex نسل سوم پردازنده‌های Ryzen نیازی به بهینه‌سازی جدید ندارد

AMD در CES امسال به معرفی تراشه‌های نسل سوم رایزن با فناوری ساخت ۷ نانومتری و پردازنده‌های گرافیکی Radeon VII با همان لیتوگرافی پرداخت. اما با وجود رونمایی از آن همه محصول جدید در نمایشگاه، جزییات بیشتری در مورد تولیدات آینده‌ی این شرکت در اختیار رسانه‌ها قرار نگرفت.

خوشبختانه سایت Tom'sHardWare پس از آن رویداد توانسته گفتگویی با مارک پیپرمستر، مدیر ارشد حوزه‌ی فناوری AMD داشته باشد. بنابرآنچه از قبل تصور می‌شد، پیپرمستر جزییات چندانی از  پردازنده‌های نسل سوم رایزن اضافه بر آنچه در CES بیان شده بود، بروز نداد؛ اما بینشی کلی در مورد پایه‌ی طراحی پردازنده‌های نسل سوم رایزن در اختیار این رسانه قرار داده و این اطمینان را به آنان داده است که نرم‌افزارهای موجود به خوبی و با سازگاری کامل با طراحی جدید AMD کار خواهد کرد.

نسل اول پردازنده‌های رایزن با طراحی جدید و انقلابی در هسته‌ها همراه بود؛ اما در بدو ورود به دنیای سخت‌افزار عملکردی پایین‌تر از سطح انتظار در برخی برنامه‌ها از خود نشان داد. برنامه‌های حساس به Latency (تأخیر در دسترسی به حافظه) نظیر بازی‌های رایانه‌ای بیشترین تاثیر منفی را از این جریان می‌پذیرفتند و درنهایت AMD در یک همیاری مسئولانه با توسعه‌دهندگان نرم‌افزار، آنان را مجهز به دانش فنی مورد‌نیاز برای هماهنگ‌سازی کدهایشان با ریزمعماری پردازنده‌های رایزن (موسوم به ZEN) کرد. بیشترین این تلاش‌ها بر رفع نواقص جریان اصلی تراشه‌های دسکتاپ  متمرکز بود. پیپرمستر در پاسخ به سوالی در مورد اینکه آیا بهینه‌سازی‌های انجام‌گرفته روی نسل اول این پردازنده‌ها به نسل سوم نیز منتقل خواهد شد (باتوجه‌به برخورداری نسل جدید از یک معماری منحصربه‌فردتر) یا خیر، این‌گونه می‌گوید:

«زمانی‌که برای اولین‌بار پردازنده‌های رایزن را عرضه کردیم، بهینه‌سازی انجام‌شده همان Core Complex ما بود. ما در سراسر سیستم‌ عامل، هم در ویندوز و هم در لینوکس با موفقیت روی فرایند شناسایی و انطباق با Core Complex کار کردیم. حالا شما واقعا می‌توانید از این اهرم برای پیاده‌سازی بار کاری بالای خود استفاده کنید. همان‌طور که به سمت دومین نسل از محصولات خود بر پایه‌ی معماری ذن ۲ پیش می‌رفتیم، کار را ساده‌تر کردیم؛ چرا که وجود هسته‌ها روی یک Die ورودی/خروجی معمولی همان رویکرد Core Complex بود که ما در نسل اول این پردازنده‌ها به کار برده بودیم و شما اکنون در یک مسیر بسیار متمرکز قرار گرفته‌اید. ما در اجرای پردازنده‌های سرورمان که در نمایشگاه مشاهده کردید، تمام راه را بر همان مبنای پیاده‌سازی رایزن پیموده‌ایم و این باعث می‌شود که هیچ پیچیدگی جدیدی بر توسعه‌دهندگان نرم‌افزار تحمیل نگردد. همه‌ی کاری که در مورد اولین نسل این پردازنده‌ها به انجام رسانده‌ایم، به نسل‌های بعدی منتقل می‌شود. همه‌ی بهینه‌سازی‌های انجام‌شده برای افزایش انطباق با نرم‌افزارها و برنامه‌ها به نسل‌های بعدی انتقال خواهد یافت.»

صحبت‌های پیپرمستر حاکی از آن است که شرکت از یک رویکرد Core Complex در Die محاسباتی استفاده می‌کند. هر چند AMD تغییراتی در معماری خود داده، بیانات مدیر ارشد حوزه‌ی فناوری این شرکت دید روشن‌تری از طراحی جدید نسل سوم پردازنده‌های رایزن در اختیار ما قرار می‌دهد.

نسل سوم پردازنده‌های رایزن در یک بازنگری زودهنگام، با یک چیدمان چند چیپلتی همراه شده است. این طراحی ماژولار شامل یک چیپلت هشت هسته‌ای با فناوری ساخت ۷ نانومتری (گوشه‌ی بالا سمت راست تصویر زیر) است که به یک Die ورودی/خروجی (I/O) با فناوری ساخت 14 نانومتری (سمت چپ تصویر) متصل شده است. این Die ورودی/ خروجی شامل کنترلرهای حافظه، لینک‌های Infinity Fabric و اتصالات ورودی/خروجی است.

گذشته از پشتیبانی این تراشه از PCIe 4.0، AMD همچنان جزییات بیشتر در مورد تراشه‌ی جدیدش را در گنجینه‌ی اسرارش مخفی نگاه داشته است. AMD در حال حاضر از فناوری Infinity Fabric برای ایجاد ارتباط میان Die محاسباتی (Compute Die) و Die ورودی/ خروجی استفاده می‌کند. این نوع طراحی به AMD کمک می‌کند که سطوحی از تراشه را مثل کنترلرهای حافظه و I/O که به‌خوبی انطباق‌پذیر نیست، روی یک node بالغ و آزموده حفظ کرده و روی مزایای node هفت نانومتری خود شامل مزایای اقتصادی، عملکردی و چگالی ترانزیستور آن تمرکز بیشتری داشته باشد.

در تصویر زیر، چیدمان کنونی Core Complex AMD (نسل دوم) دیده می‌شود، AMD در این تراشه آرایش CCX را با چهار هسته‌ی متصل به کش L3 هشت مگابایتی مرکزی که خود به چهار برش تقسیم‌بندی شده، پیاده‌سازی کرده است. هر هسته در این آرایش از ۵۱۳ کیلوبایت کش L1 اختصاصی برخوردار است. AMD چند CCX را برای ساختن تراشه‌ای با تعداد هسته‌ی بیشتر به یکدیگر متصل می‌کندکه مشابه چیدمان ۸ هسته‌/16رشته شامل دو CCX نسل اول پردازنده‌های رایزن است.

احتمال افزایش میزان حافظه‌ی کش L2، L1 و L3 یا تنظیم و تعدیل شرکت‌پذیری (Associativity) حافظه‌های کش در نسل سوم پردازنده‌های رایزن دور از تصور نیست؛ اما برای داشتن اطلاعات بیشتر در این زمینه باید منتظر ماند. 

در شکل زیر آرایش کنونی Core Complex روی Zeppline Die به‌خوبی دیده می‌شود. دو CCX (بلوک‌های نارنجی رنگ در مرکز تصویر) به هم متصل می‌شوند تا یک Zeppline Die با ۸ هسته ساخته شود و این دو CCX ازطریق خط ارتباطی Infinity Fabric برهمکنش دارند. یک کنترلر حافظه بین دو CCX به اشتراک گذاشته می‌شود. درواقع با دو پردازنده‌ی چهار هسته‌ای مواجه هستیم که ازطریق پل ارتباطی Infinity Fabric که ترافیک Northbridge و PCIe را نیز تحت کنترل دارد، با یکدیگر در تماس هستند.

در تصویر پایین دیاگرام Die پردازنده‌ی نسل اول رایزن دیده می‌شود. در پردازنده‌های نسل سومی رایزن کنترلرهای حافظه DDR4، رابط SATA و USB و همین‌طور واحدهای I/O پلتفرم همگی به Die ورودی/خروجی نقل‌مکان کرده‌اند. چنین سازوکاری از این نظر که امکان افزایش چگالی ترانزیستور روی Die محاسباتی را فراهم می‌کند، به نفع AMD است؛ چرا که فضای بیشتری را می‌تواند به هسته‌های پردازنده‌ی خود اختصاص دهد. با این وجود باید منتظر ماند و دید که آیا AMD همچنان از دو Core Complex چهار هسته‌ای مجزا در قالب یک Die هشت هسته‌ای واحد استفاده می‌کند یا تصمیم دارد تعداد هسته‌ها را در Core Complex به عدد هشت برساند. از سویی AMD هنوز فهرست منابع موجود روی Die ورودی/خروجی نسل سوم پردازنده‌های رایزن را مشخص نکرده است؛ این موضوع ایجاب می‌کند که احتمالا همچنان کنترلرهای یادشده بر Die محاسباتی هشت هسته‌ای مستقر باشد.

در حال حاضر می‌دانیم که حداقل برخی از فرم‌های IFOP SerDes (Infinity Fabric On-Package) باید روی Die جدید مستقر باشد تا ارتباط میان Die-ها توسط این واحدها تسهیل گردد. آقای پیپرمستر این مسئله را نیز گوشزد کرد که نسل بعدی Infinity Fabric AMD با بهبودهایی در پروتکل و بازدهی و با تاکید بالا روی پهنای باند و پهنای باند به ازای توان (وات) همراه خواهد شد.

شنیدن اینکه نسل بعدی پردازنده‌های رایزن نیازی به بهینه‌سازی‌های نرم‌افزاری خاص برای تطبیق با طراحی AMD ندارد، دلگرم‌کننده است؛ چرا که این نگرانی به‌شدت در مورد اولین نسل این پردازنده‌ها احساس می‌شد. AMD می‌گوید پردازنده‌های نسل سوم رایزن را در اواسط سال جاری میلادی که تقارن خوبی هم با نمایشگاه Computex دارد، عرضه خواهد کرد. به‌مانند نسل‌های قبلی پردازنده‌های رایزن، امیدواریم طی ماه‌های آینده و همگام با افزایش تبلیغات شرکت روی دور جدید محصولاتش، اطلاعات بیشتری درباره‌ی این پردازنده‌ها منتشر و رسانه‌ای شود.