AMD Zen 4th generation [AMD / 2022]

Zen 4는 AMD가 설계한 CPU 마이크로아키텍처로, 2022년 9월 27일에 출시되었다. Zen 3의 후속 모델로, TSMC의 N6 공정을 I/O 다이에, N5 공정을 CCD에, N4 공정을 APU에 사용한다. Zen 4는 Ryzen 7000 성능 데스크탑 프로세서(코드명 "Raphael"), Ryzen 8000G 시리즈 주류 데스크탑 APU(코드명 "Phoenix"), Ryzen Threadripper 7000 시리즈 HEDT 및 워크스테이션 프로세서(코드명 "Storm Peak")를 비롯해 극한 모바일 프로세서(코드명 "Dragon Range"), 얇고 가벼운 모바일 프로세서(코드명 "Phoenix" 및 "Hawk Point"), EPYC 8004/9004 서버 프로세서(코드명 "Siena", "Genoa" 및 "Bergamo")에 사용된다.

 

Zen 4는 AMD의 첫 번째 AM5 소켓을 사용하는 마이크로아키텍처이기도 하다.

 

Zen 4는 이전 모델과 마찬가지로 한 개 또는 두 개의 Core Complex Die(CCD)를 TSMC의 5nm 공정으로 제작하며, 하나의 I/O 다이는 6nm 공정으로 제작된다. 이전 Zen 3에서 I/O 다이는 GlobalFoundries의 14nm 공정(EPYC)과 12nm 공정(Ryzen)을 사용한 것과 대조된다. Zen 4의 I/O 다이에는 RDNA 2 그래픽이 처음으로 통합되어 있다. 이는 Zen 아키텍처에서 처음으로 그래픽을 탑재한 모델이 된다. 또한 Zen 4는 x86 기반 데스크탑 프로세서에서 처음으로 5nm 공정을 적용하며, AMD FX-9590 이후 최초로 5.0 GHz 클럭 속도를 구현한 프로세서로 기록된다.

 

Zen 4는 모든 플랫폼에서 DDR5 메모리와 LPDDR5X 메모리를 지원하며, DDR4와 LPDDR4X는 지원하지 않는다. 메모리 튜닝과 오버클로킹을 위한 새로운 AMD EXPO SPD 프로필을 제공하는데, 이는 메모리 제조업체가 더 종합적인 세팅을 제공할 수 있게 돕는다. EXPO는 라이센스와 로열티가 없는 개방형 표준으로, 메모리 키트의 주파수, 타이밍, 전압 등을 명시하는 데 사용된다. 반면, Intel의 XMP 프로필도 여전히 지원된다. EXPO는 Intel 프로세서에서도 사용할 수 있다.

 

모든 Zen 4 Ryzen 데스크탑 프로세서는 28개의 PCIe 5.0 레인을 지원한다. 이 중 16개의 레인은 단일 GPU에 할당할 수 있으며, 8개의 레인을 두 개의 GPU에 나눠서 사용할 수도 있다. 또한 2개의 4레인 PCIe 인터페이스는 대부분 M.2 저장 장치에 사용된다. 메인보드 제조업체에 따라 GPU가 연결되는 x16 슬롯의 PCIe 버전은 4.0과 5.0으로 설정할 수 있다. 4개의 PCIe 5.0 레인은 서브 브릿지 칩 또는 칩셋과 연결되며 예약되어 있다.

 

 

Zen 4는 AVX-512 명령어 세트를 처음으로 지원하는 AMD 아키텍처로, 512비트 벡터 명령어 대부분을 두 개의 256비트 SIMD 실행 유닛으로 분할해 처리한다. 이로 인해 실행 지연 시간이 두 배로 늘어나지 않으며, 두 개의 실행 유닛이 병렬로 작업을 수행한다. Zen 4의 실행 유닛은 총 4개의 256비트 유닛으로, 한 사이클에 두 개의 512비트 벡터 명령어를 처리할 수 있다. 이로 인해 256비트 이하의 벡터 명령어 처리 속도는 두 배로 증가하며, 최대 512비트 벡터 명령어는 한 사이클에 처리할 수 있다. 또한 L2 캐시가 두 배로 늘어나 1MiB에 달하며, 8-way associative 방식으로 구성된다.

 

Zen 4는 또한 몇 가지 성능 향상을 포함하고 있다. 예를 들어, L1 브랜치 타겟 버퍼(BTB)의 크기가 50% 증가해 1.5K 항목을 저장할 수 있게 되었고, 각 항목은 두 개의 분기 타겟을 저장할 수 있다. L2 BTB는 7K 항목으로 증가했으며, 직접 및 간접 분기 예측기가 개선되었다. OP 캐시의 크기는 69% 증가해 6.75K OP를 저장할 수 있으며, OP 캐시는 이제 한 사이클에 최대 9개의 매크로 OP를 생성할 수 있다. 레지스터 파일도 확장되어, 정수 레지스터는 224개, 부동소수점/벡터 레지스터는 192개로 늘어났다. 부동소수점/벡터 레지스터 파일은 AVX-512를 지원하기 위해 512비트로 확장되었으며, 새로운 마스크 레지스터 파일도 추가되어 68개의 마스크 레지스터를 저장할 수 있다.

 

이 외에도 Zen 4는 자동 IBRS를 지원하여, 사용자 모드와 커널 모드 간의 전환 시 성능 비용을 줄여주며, 평균적으로 약 13%의 IPC 향상을 이뤄냈다. 최대 코어 주파수는 5.7 GHz에 달하며, 메모리는 DDR5-5200 및 LPDDR5X-7500까지 공식적으로 지원된다. Ryzen 7000 데스크탑 프로세서와 Ryzen 7045HX 모바일 프로세서에 탑재된 통합 GPU는 두 개의 RDNA 2 컴퓨팅 유닛을 포함하며, 최대 2.2 GHz로 동작한다.

 

Zen 4는 HDMI 2.1 및 DisplayPort 2 인터페이스를 포함해 최대 네 개의 디스플레이 출력을 지원하며, 디스플레이 수는 외장 GPU를 추가하면 더 늘릴 수 있다. 또한 5단계 메모리 페이징을 지원하여 페이지 테이블의 효율성을 높였다.