AMD Zen 3rd generation [AMD / 2020]

Zen 3는 2020년 11월 5일에 AMD에서 출시한 CPU 마이크로아키텍처의 이름이다. 이는 Zen 2의 후속 제품으로, 칩렛에는 TSMC의 7nm 공정이 사용되었고, 서버 칩에서는 I/O 다이에 GlobalFoundries의 14nm 공정, 데스크탑 칩에는 12nm 공정이 사용되었다. Zen 3는 Ryzen 5000 시리즈의 메인스트림 데스크탑 프로세서(코드명 "Vermeer")와 EPYC 서버 프로세서(코드명 "Milan")에 탑재된다. Zen 3는 500 시리즈 칩셋이 장착된 메인보드에서 지원되며, 일부 B450/X470 메인보드에서는 특정 BIOS 업데이트를 통해 400 시리즈 보드에서도 지원된다. Zen 3는 DDR5 메모리와 새로운 소켓인 AM5를 도입한 Zen 4 이전의 마지막 마이크로아키텍처이다. AMD에 따르면, Zen 3는 Zen 2보다 평균 19% 더 높은 명령어 주기당 처리 성능(IPC)을 자랑한다.

 

2022년 4월 1일, AMD는 Zen 3+ 아키텍처를 기반으로 한 Ryzen 6000 시리즈 노트북 프로세서를 출시하였다. 이 아키텍처는 전력 효율성 및 전력 관리에서 중요한 개선이 이루어졌다. 그리고 2022년 4월 20일, AMD는 데스크탑 프로세서인 Ryzen 7 5800X3D를 출시하였으며, 이는 3D 수직 스택 L3 캐시를 사용하여 게임 성능을 평균 15% 향상시켰다. 특히, 64MB의 L3 캐시 "3D V Cache"가 TSMC의 N7 공정으로 제조되어 8코어 Zen 3 CCD에 하이브리드 접합되어 있으며, 이는 최초로 PC 제품에 사용된 3D 스택 캐시 기술이다.

주요 특징

Zen 3는 2017년 Zen 1/Ryzen 1000 시리즈 출시 이후 처음으로 대대적인 아키텍처 개편이 이루어진 세대다. 이로 인해 Zen 3는 이전 세대인 Zen 2에 비해 IPC 성능이 19% 향상되었으며, 더 높은 클럭 속도를 지원하게 되었다.

 

Zen 3는 Zen 2와 마찬가지로 최대 2개의 코어 복합체(CCD)와 별도의 I/O 다이를 포함하고 있다. Zen 3의 CCD는 8개의 CPU 코어와 32MB의 공유 L3 캐시를 포함하는 단일 코어 복합체(CCX)로 구성되어 있다. 이는 Zen 2에서 각 CCD가 2개의 CCX로 나뉘어 4개 코어와 16MB의 L3 캐시를 갖추고 있던 것과 대조된다. 이 새로운 구성은 모든 8코어가 직접적으로 서로와 L3 캐시와 소통할 수 있게 하여, I/O 다이를 통한 Infinity Fabric을 거칠 필요가 없어져 성능이 향상되었다.

 

Zen 3는 RDNA2 GPU와 함께 Resizable BAR 기능을 구현했으며, 이는 PCIe 2.0에서 도입된 선택적 기능으로 "Smart Access Memory(SAM)"이라는 이름으로 브랜딩되었다. 이 기술은 CPU가 호환되는 비디오 카드의 모든 VRAM에 직접 접근할 수 있게 해준다. 인텔과 엔비디아도 이후 이 기능을 도입하였다.

 

Zen 3의 한 가지 중요한 특징은, 각 CCD에서 32MB의 L3 캐시 풀을 8개 코어가 공유하는 방식이다. 이는 Zen 2의 경우 각 CCD에서 2개의 16MB L3 캐시 풀을 4코어씩 나누어 사용하는 방식과 비교된다. 이러한 변경은 캐시 히트율을 개선하고, 캐시 데이터를 교환할 때의 성능을 높이지만, L3 캐시의 지연 시간은 Zen 2에서의 39 사이클에서 46 사이클로 증가하고, 코어당 캐시 대역폭은 절반으로 줄어들었다. 그러나 이 두 가지 문제는 더 높은 클럭 속도와 함께 부분적으로 해결되었으며, 전체적인 캐시 대역폭은 전력 소비 문제로 인해 그대로 유지되었다. L2 캐시 용량과 지연 시간은 그대로 512KB와 12 사이클로 유지된다.

 

2022년 4월 20일, AMD는 Ryzen 7 5800X3D를 출시하였다. 이 제품은 데스크탑 PC 제품 중 최초로 3D 스택 방식의 L3 캐시를 채택하였으며, 이를 통해 총 96MB의 L3 캐시를 제공하여 게임 성능을 크게 향상시켰다. 그 결과, 동시대 고급 소비자용 프로세서와 견줄 만한 성능을 제공하면서도 전력 효율성이 뛰어나고, 더 저렴한 DDR4 메모리를 사용하는 기존의 보급형 메인보드에서 작동한다. 비록 L3 캐시의 용량이 세 배 커지면서 여러 개의 다이가 사용되지만, 성능상에서는 L3 캐시 지연 시간이 약 2ns 늘어나며, 추가된 3~4 사이클의 지연은 미미하다. 이후, Ryzen 5 5600X3D와 Ryzen 7 5700X3D와 같은 하위 모델들이 출시되었으며, Ryzen 7000X3D 시리즈는 더 최신의 AM5 소켓을 사용한 Zen 4 아키텍처로 이어졌다.

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Zen 3 

Zen 3 is the name of the CPU microarchitecture released by AMD on November 5, 2020. It is the successor to Zen 2, with the chiplet manufacturing process utilizing TSMC's 7nm process, while the I/O die in server chips uses GlobalFoundries' 14nm process, and desktop chips use a 12nm process. Zen 3 powers AMD's Ryzen 5000 series mainstream desktop processors (code-named "Vermeer") and EPYC server processors (code-named "Milan"). Zen 3 is supported by motherboards with the 500-series chipset, and some B450/X470 motherboards can also support it with specific BIOS updates. Zen 3 is the last microarchitecture before Zen 4, which introduces DDR5 memory and the new AM5 socket. According to AMD, Zen 3 delivers an average 19% improvement in instructions per clock (IPC) compared to Zen 2.

 

On April 1, 2022, AMD released Ryzen 6000 series laptop processors based on the Zen 3+ architecture. This architecture introduced significant improvements in power efficiency and power management. Then, on April 20, 2022, AMD launched the Ryzen 7 5800X3D desktop processor, which utilizes 3D vertical stacked L3 cache to enhance gaming performance by an average of 15%. Notably, the 64MB of L3 cache is manufactured using TSMC's N7 process and hybrid-bonded to an 8-core Zen 3 CCD, marking the first use of 3D stacked cache technology in consumer PCs.

Key Features

Zen 3 represents a significant architecture overhaul since the release of Zen 1 and the Ryzen 1000 series in 2017. This overhaul led to a 19% increase in IPC performance and higher clock speeds compared to Zen 2.

 

Like Zen 2, Zen 3 consists of up to two core complexes (CCDs) and a separate I/O die. However, Zen 3’s CCD is configured as a single core complex (CCX) with 8 cores and 32MB of shared L3 cache, compared to Zen 2's design, where each CCD contained two CCXs with 4 cores and 16MB of L3 cache per CCX. This change enables all 8 cores to communicate directly with each other and the L3 cache, without needing to go through the I/O die and Infinity Fabric, improving performance.

 

Zen 3 also implements Resizable BAR functionality along with RDNA2 GPU support. This PCIe feature, branded as "Smart Access Memory" (SAM), allows the CPU to directly access all VRAM on compatible GPUs. Intel and Nvidia later adopted this feature as well.

 

Another important feature of Zen 3 is the shared 32MB L3 cache pool in each CCD, which is accessed by all 8 cores. This contrasts with Zen 2's design, where each CCD had two 16MB L3 cache pools shared between 4 cores each. This change improves cache hit rates and performance when exchanging cache data. However, the L3 cache latency has increased from 39 cycles in Zen 2 to 46 cycles in Zen 3, and per-core cache bandwidth has been halved. Despite these issues, higher clock speeds have helped mitigate them, and the overall cache bandwidth has remained stable due to power consumption concerns. The L2 cache capacity and latency remain unchanged at 512KB and 12 cycles, respectively.

 

On April 20, 2022, AMD released the Ryzen 7 5800X3D, which became the first desktop PC product to feature 3D-stacked L3 cache, providing a total of 96MB of L3 cache and significantly improving gaming performance. This allowed it to compete with other high-end consumer processors while offering excellent power efficiency and working with more affordable DDR4 memory on existing mainstream motherboards. While the L3 cache size tripled and multiple dies were used, the performance impact of the 2ns increase in L3 cache latency and the additional 3-4 cycle delay was minimal. Later, lower-end models like the Ryzen 5 5600X3D and Ryzen 7 5700X3D were released, and the Ryzen 7000X3D series continued on the Zen 4 architecture using the newer AM5 socket.

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Zen 3 

Zen 3は、AMDが2020年11月5日に発売したCPUマイクロアーキテクチャの名称です。Zen 2の後継製品であり、チップレットにはTSMCの7nmプロセスが使用され、サーバーチップにはGlobalFoundriesの14nmプロセスが、デスクトップチップには12nmプロセスが使用されています。Zen 3は、AMDのRyzen 5000シリーズのメインストリームデスクトッププロセッサ（コード名「Vermeer」）およびEPYCサーバープロセッサ（コード名「Milan」）に搭載されています。Zen 3は500シリーズチップセットを搭載したマザーボードでサポートされており、B450/X470マザーボードの一部は、特定のBIOSアップデートを通じて400シリーズボードでもサポートされています。Zen 3はDDR5メモリと新しいソケットAM5を導入したZen 4以前の最後のマイクロアーキテクチャです。AMDによると、Zen 3はZen 2に比べて平均19％高い命令毎クロック（IPC）性能を実現しています。

 

2022年4月1日、AMDはZen 3+アーキテクチャに基づいたRyzen 6000シリーズのノートPC向けプロセッサを発売しました。このアーキテクチャは、電力効率と電力管理の重要な改善を実現しました。その後、2022年4月20日にAMDはデスクトッププロセッサ「Ryzen 7 5800X3D」を発売しました。これは3D垂直積層L3キャッシュを使用してゲーム性能を平均15％向上させた製品で、特に64MBのL3キャッシュはTSMCのN7プロセスで製造され、8コアZen 3 CCDにハイブリッド結合されています。これにより、PC製品で初めて3Dスタックキャッシュ技術が採用されました。

主な特徴

Zen 3は、2017年のZen 1/Ryzen 1000シリーズの発売以来、初めての大規模なアーキテクチャの変更を特徴としています。この変更により、Zen 3はZen 2に比べてIPC性能が19％向上し、より高いクロック速度をサポートできるようになりました。

 

Zen 2と同様に、Zen 3も最大2つのコア複合体（CCD）と別のI/Oダイを含んでいます。しかし、Zen 3のCCDは、8つのコアと32MBの共有L3キャッシュを持つ単一のコア複合体（CCX）として構成されています。これは、Zen 2の各CCDが2つのCCXに分かれ、4つのコアと16MBのL3キャッシュを持っていた設計と対照的です。この変更により、すべての8コアが直接お互いとL3キャッシュと通信できるようになり、I/Oダイを介してInfinity Fabricを経由する必要がなくなり、性能が向上しました。

 

Zen 3は、RDNA2 GPUとともにResizable BAR機能を実装しました。このPCIe機能は、「Smart Access Memory」（SAM）としてブランディングされ、CPUが対応するGPUのすべてのVRAMに直接アクセスできるようになります。後にインテルやNVIDIAもこの機能を導入しました。

 

Zen 3のもう一つの重要な特徴は、各CCDで32MBのL3キャッシュプールが8コアで共有されていることです。これにより、Zen 2では各CCDで16MBのL3キャッシュプールが4コアずつ共有されていた設計と異なり、キャッシュヒット率やキャッシュデータ交換時の性能が向上します。ただし、L3キャッシュの遅延時間はZen 2の39サイクルから46サイクルに増加し、コア当たりのキャッシュ帯域幅は半分になっています。これらの問題は高いクロック速度によって部分的に解決され、電力消費の問題により全体的なキャッシュ帯域幅は変わりませんでした。L2キャッシュの容量と遅延は変更されず、512KBおよび12サイクルのままです。

 

2022年4月20日、AMDはRyzen 7 5800X3Dを発売しました。これは、96MBのL3キャッシュを提供し、ゲーム性能を大幅に向上させたデスクトップPC製品で初めて3Dスタック方式のL3キャッシュを採用したものです。これにより、他の高級消費者向けプロセッサと競り合う一方で、優れた電力効率を提供し、より手頃なDDR4メモリを使用する従来の主流マザーボードで動作します。L3キャッシュのサイズが三倍になり、複数のダイが使用されるものの、L3キャッシュの遅延時間が2ns増加し、追加された3～4サイクルの遅延は最小限であるため、性能への影響はほとんどありませんでした。その後、Ryzen 5 5600X3DやRyzen 7 5700X3Dといった下位モデルが発売され、Ryzen 7000X3Dシリーズは、最新のAM5ソケットを使用したZen 4アーキテクチャに進化しました。