AMD Zen 5th generation [AMD / 2024]

 

Zen 5는 AMD의 최신 CPU 마이크로아키텍처로, 2024년 7월에 모바일 프로세서, 8월에 데스크탑 프로세서가 출시될 예정이다. Zen 5는 Zen 4의 후속 아키텍처로, TSMC의 N4X 공정에서 제조되며, 이후 N3E 공정으로도 생산될 계획이다. Zen 5는 AMD의 Ryzen 9000 시리즈 데스크탑 프로세서(코드명 "Granite Ridge"), Epyc 9005 서버 프로세서(코드명 "Turin"), 그리고 Ryzen AI 300 모바일 프로세서(코드명 "Strix Point")의 기반이 된다. Zen 5는 AMD의 2018년 Ryzen 프로세서 발표 이후, 2022년 6월 금융 분석가 발표에서 구체적인 로드맵을 통해 처음 공식적으로 언급되었다. 이때 Zen 5와 Zen 5c는 각각 3nm와 4nm 공정으로 2024년에 출시될 예정이라고 밝혀졌다. AMD는 2023년 4분기 실적 발표에서 Zen 5 제품들이 2024년 하반기에 출시될 것이라고 말했다.

 

Zen 5는 Zen 4와 비교해 전면 설계가 완전히 새롭게 변경되었으며, 더 넓어진 전면 설계, 향상된 부동소수점 처리 성능, 그리고 더 정확한 분기 예측 기능이 포함된다. Zen 5의 브랜치 예측은 이전 Zen 아키텍처들과 비교해 가장 큰 변화 중 하나로, 두 개의 코드 경로를 예측할 수 있는 '두 개 ahead' 방식이 적용되었다. 이는 1996년에 처음 제안된 방식으로, AMD가 이 방식을 완전히 구현한 첫 번째 마이크로아키텍처가 된다. 이러한 변경을 통해 예측 정확도가 크게 향상되었으며, 데이터 프리패칭이 이를 더욱 돕는다.

 

 

Zen 5는 또한 더 많은 정수 연산을 처리할 수 있도록 6개의 산술 논리 장치(ALU)를 탑재하였다. 이는 이전 Zen 아키텍처의 4개 ALU에서 50% 향상된 성능을 제공하며, 하나의 클럭 주기당 처리할 수 있는 정수 연산의 성능을 크게 개선한다. 또한, Zen 5의 벡터 엔진은 4개의 부동소수점 파이프라인을 탑재하여 Zen 4의 3개에서 한 단계 향상되었으며, AVX-512 명령어의 지원 범위도 확장되었다. 특히 Zen 5는 AVX-512 명령어를 통해 512비트 부동소수점 데이터 경로를 제공하며, Ryzen 9000 시리즈와 EPYC 9005 서버 프로세서에서는 전체 512비트 경로를 사용할 수 있다. 반면, Ryzen AI 300 모바일 프로세서에서는 전력 소비를 줄이기 위해 256비트 경로를 사용할 수 있다. 또한, AI 작업에 유리한 bfloat16 처리 성능도 크게 향상되었다.

Zen 5의 캐시 시스템은 성능을 최적화하는 데 중요한 역할을 한다. L1 캐시는 각 코어당 64KB에서 80KB로 증가했으며, L1 데이터 캐시의 크기도 32KB에서 48KB로 늘어났다. L1 데이터 캐시의 대역폭은 두 배로 증가했으며, 캐시의 연관도도 8-way에서 12-way로 향상되었다. L2 캐시는 여전히 1MB로 유지되었지만, 연관도가 8-way에서 16-way로 증가했고, 캐시 대역폭도 두 배로 향상되었다. L3 캐시의 접근 지연 시간은 3.5 사이클 줄어들었으며, Zen 5의 Core Complex Die(CCD)는 8개의 코어가 공유하는 32MB의 L3 캐시를 탑재한다. Zen 5의 3D V-Cache CCD는 기존 세대의 V-Cache 구현에서 상단에 배치되었던 캐시를 하단에 배치함으로써, 높은 전압에 민감하지 않고 더 높은 클럭 속도를 지원한다. 이로 인해 Ryzen 7 9800X3D는 Ryzen 7 7800X3D보다 기본 클럭 속도가 500MHz 향상되었으며, 오버클럭이 가능해졌다.

 

Zen 5 기반의 Ryzen AI 300 프로세서인 "Strix Point"는 24MB의 L3 캐시를 탑재하는데, 이는 두 개의 별도 캐시 배열로 나뉘어 있다. 16MB는 4개의 Zen 5 코어가 공유하고, 8MB는 8개의 Zen 5c 코어와 공유된다. Zen 5c 코어는 16MB 캐시 배열을 사용할 수 없으며, 그 반대의 경우도 마찬가지이다.

 

Zen 5 아키텍처는 성능 면에서 큰 향상을 이루었으며, 특히 AI와 머신러닝 작업에서의 최적화가 두드러진다. 또한, 부동소수점 연산 성능의 향상과 더 높은 캐시 용량 및 대역폭을 통해 다양한 응용 프로그램에서 성능을 극대화할 수 있다. Zen 5는 AMD의 차세대 프로세서로서, 고성능 컴퓨팅 시장에서의 경쟁력을 더욱 강화할 것으로 기대된다.