Perbaikan Arsitektur AMD Zen 3: Dijelaskan

Pada 8 Oktober^th, AMD 2020 mengumumkan prosesor desktop seri Ryzen 5000 baru berdasarkan arsitektur Zen 3. Pengumuman ini adalah salah satu pengumuman perangkat keras PC yang paling diantisipasi tahun ini. Sejak peluncuran arsitektur Zen asli pada tahun 2017, AMD telah mengalami peningkatan tajam dalam hal peningkatan arsitektur tahunan. Tahun ini tidak berbeda, dengan AMD mengklaim menawarkan lompatan generasi terbesar dalam sejarah prosesor Ryzen. Apa yang membuat arsitektur baru ini begitu istimewa? Mari selami lebih dalam perbaikan arsitektur yang dibawa oleh Zen 3.

Dasar-dasar arsitektur Zen

Prosesor AMD Ryzen menggunakan desain unik yang sangat berbeda dari apa yang digunakan pesaing utama Intel dalam prosesor desktop mereka. Prosesor Ryzen sebenarnya didasarkan pada beberapa chiplet kecil, bukan chip tunggal yang besar. Chiplet yang berbeda ini berkomunikasi satu sama lain melalui koneksi yang dikenal sebagai "Infinity Fabric". AMD menggambarkan Infinity fabric sebagai superset dari hyper-transport yang memungkinkan konektivitas cepat antara berbagai chiplet dalam prosesor AMD. Artinya, selain satu chip, ada beberapa chiplet kecil pada substrat yang berkomunikasi satu sama lain melalui tautan cepat.

Desain ini hadir dengan pro dan kontra. Keuntungan terbesar adalah skalabilitas. Desain chiplet berarti AMD dapat mengemas lebih banyak core ke dalam paket yang lebih kecil, sehingga memungkinkan opsi jumlah core yang tinggi bahkan di segmen anggaran pasar CPU. Kerugian utama dari desain ini adalah latensi. Core secara fisik terpisah satu sama lain yang memperkenalkan latensi lebih banyak karena waktu yang dibutuhkan data untuk melakukan perjalanan melintasi infinity fabric. Artinya, kinerja dalam aplikasi yang sensitif terhadap latensi seperti game biasanya lebih rendah daripada desain chip tunggal Intel.

Implementasi Zen 2

Prosesor seri Ryzen 3000 sukses besar di pasar desktop arus utama. CPU ini didasarkan pada arsitektur Zen 2 yang dibangun pada proses 7nm TSMC, yang memiliki beberapa peningkatan yang sangat menarik dalam desain arsitektur Zen. Zen 2 menggabungkan inti CPU menjadi masing-masing Kompleks Inti 4, sementara juga membagi kumpulan Cache L3 32MB menjadi dua kumpulan kecil yang masing-masing berisi cache 16MB. Kompleks inti (CCX) ini adalah dasar dari jajaran prosesor Zen 2. Setiap kompleks 4-inti memiliki akses langsung ke cache L3 16MB yang penting untuk meningkatkan latensi. Ini berarti Zen 2 sangat kompetitif dengan Intel dalam aplikasi sensitif latensi seperti game, sementara mengungguli Intel dalam beban kerja multithread.

Unit CCX yang berbeda masih harus saling terhubung melalui Infinity Fabric, jadi beberapa latensi masih diharapkan. Namun demikian, Zen 2 menawarkan peningkatan 15% IPC (Instruksi Per Jam) dari Zen + dan juga menawarkan jam inti yang lebih tinggi. Generasi ini penting bagi AMD karena sekarang mereka telah kembali bersaing dengan Intel, dan memiliki potensi besar untuk peningkatan karena inovasi yang cepat dan kepuasan Intel.

Target untuk Zen 3

AMD mulai mengembangkan Zen 3 dengan tujuan yang sangat jelas. Karena mereka sudah mendominasi sisi multithread dalam kompetisi, satu-satunya area di mana mereka masih sedikit tertinggal di belakang Intel adalah bermain game. Sehebat Zen 3, ia tidak dapat mencuri mahkota gaming dari Intel karena desain tim biru yang menawarkan kecepatan jam yang sangat tinggi dan latensi rendah. Untuk gamer murni yang menginginkan framerate setinggi mungkin, jawabannya tetap Intel. Oleh karena itu, target AMD untuk generasi ini jelas:

Tingkatkan Latensi Core-to-Core
Tingkatkan Kecepatan Jam Inti
Tingkatkan Instruksi-per-jam (IPC)
Tingkatkan Efisiensi (Performa Lebih Tinggi per Watt)
Tingkatkan Performa Single-threaded

Mengingat Zen 2 sudah menjadi pemain yang sangat solid dalam aplikasi multi-core, mudah bagi AMD untuk fokus hampir secara eksklusif pada kinerja single-threaded untuk generasi CPU ini.

Peningkatan Zen 3

AMD berbicara tentang CPU baru mereka dan arsitektur Zen 3 di "Where Gaming Begins" Live stream pada 8 Oktober^th. AMD mengklaim bahwa Zen 3 adalah lompatan generasi terbesar dalam sejarah arsitektur Zen. CPU Ryzen 5000 baru masih didasarkan pada proses 7nm TSMC, tetapi memiliki sejumlah peningkatan arsitektural yang baik.

Desain Kompleks 8-Inti

Peningkatan terbesar dengan arsitektur baru ini adalah tata letak yang serba baru. AMD telah menghilangkan desain multi-CCX dari Zen 2 dan sebagai gantinya menggunakan desain Kompleks 8-inti tunggal di mana semua 8 inti memiliki akses ke seluruh 32MB cache L3. Desain ulang ini memiliki implikasi besar dalam aplikasi sensitif latensi seperti game.

Dengan setiap inti yang bersentuhan langsung dengan cache dan inti lainnya, ini meningkatkan latensi secara signifikan karena data tidak memiliki persilangan seluruh dadu untuk berpindah dari satu sisi ke sisi lainnya. Desain ulang ini juga meningkatkan latensi memori chip yang efektif, menghasilkan peningkatan kinerja untuk tugas utas tunggal.

Peningkatan IPC

Tata letak kompleks inti yang ditingkatkan bukan satu-satunya peningkatan yang dibawa Zen 3. AMD mengklaim Peningkatan IPC 19% dari Zen 2 yang merupakan angka yang sangat besar. IPC atau Instruksi Per Jam menunjukkan seberapa banyak pekerjaan yang dapat dilakukan CPU per siklus jam. Peningkatan 19% adalah lompatan terbesar yang kami lihat di IPC sejak Ryzen pertama kali diluncurkan pada tahun 2017. Prosesor Zen 2 generasi sebelumnya juga membawa peningkatan IPC sebesar 15% yang cukup besar atas arsitektur Zen +.

Peningkatan IPC ini berarti bahwa AMD dapat bersaing dengan clock core Intel setinggi langit bahkan dengan tetap di bawah 5 GHz dalam hal boost clocks. AMD juga menjelaskan kontributor peningkatan IPC besar-besaran ini. Menurut materi promosi, faktor utama yang berkontribusi adalah:

Pengambilan Cache
Mesin Eksekusi
Branch Predictor
Cache mikro-op
Paling depan
Muat / Simpan

Peningkatan Efisiensi

Karena kepadatan luar biasa dari proses 7nm TSMC, AMD mampu menjejalkan lebih banyak daya ke dalam chip Ryzen sambil mempertahankan penarikan daya rata-rata yang sama. AMD mengklaim bahwa chip seri Ryzen 5000 dibangun di atas proses 7nm yang sama dengan seri 3000 namun prosesnya telah disempurnakan dan chip yang dihasilkan lebih efisien.

AMD juga telah membuat klaim yang berani bahwa Ryzen 9 5900X dan 5950X akan mengkonsumsi jumlah daya yang sama dengan masing-masing generasi terakhir 3900X dan 3950X, meskipun memiliki jam penguat yang lebih tinggi dan IPC yang ditingkatkan. Materi promosi AMD mengutip peningkatan "Kinerja 2,4X per Watt" dibandingkan arsitektur Zen asli. Angka ini sejalan dengan klaim AMD tentang power draw 5900X dan 5950X karena mereka sekarang memiliki clock yang lebih tinggi tetapi masih memiliki nomor TDP yang sama dengan pendahulunya.

Silikon halus, jam lebih tinggi

Di akhir masa hidup seri Ryzen 3000, AMD merilis pembaruan yang menambahkan 3 CPU ke seri dengan merek "XT". Ryzen 5 3600XT, Ryzen 7 3800XT, dan Ryzen 9 3900XT adalah CPU yang sama persis dengan model dasar tetapi dengan kecepatan clock yang lebih tinggi. Selama akhir masa pakai produk, proses pembuatan menjadi matang dan kualitas silikon menjadi lebih baik. Ini berarti silikon menghasilkan CPU yang dapat meningkatkan lebih tinggi dan menahan jam lebih lama. Inilah tepatnya bagaimana jajaran CPU XT menjadi mungkin.

Dengan CPU Zen 3, AMD menggunakan proses manufaktur matang yang sama dan silikon berkualitas lebih tinggi untuk membangun CPU seri 5000 pada node 7nm yang sama. Hal ini memungkinkan AMD untuk mendorong jam dorongan jauh lebih tinggi daripada seri XT generasi terakhir. Boost clock yang lebih tinggi, ditambah dengan IPC yang lebih tinggi dan desain ulang tata letak inti berarti bahwa AMD siap untuk mengatasi tantangan kinerja single-threaded. Kecepatan clock yang diiklankan dari 4 prosesor seri Ryzen 5000 adalah sebagai berikut:

AMD Ryzen 5 5600X: Basis 3,7 GHz, Peningkatan 4,6 GHz
AMD Ryzen 7 5800X: Dasar 3,8 GHz, Peningkatan 4,7 GHz
AMD Ryzen 9 5900X: Basis 3,7 GHz, Peningkatan 4,8 GHz
AMD Ryzen 9 5950X: Dasar 3,4 GHz, Peningkatan 4,9 GHz

Keunggulan Desain Chiplet

Ada banyak faktor yang memungkinkan DAL membuat lompatan antar generasi yang substansial. Salah satu yang terbesar adalah desain chip itu sendiri, yaitu layout “Chiplet Style” dari CPU dies. Desain ini menawarkan banyak keuntungan utama dalam hal peningkatan generasi:

Skalabilitas: Karena fakta bahwa inti disusun di dalam chiplet pada substrat, AMD dapat menjejalkan lebih banyak inti ke dalam paket serupa tanpa risiko panas berlebih. Desain pesaing Intel menempatkan semua inti sangat dekat satu sama lain yang dapat memiliki masalah termal drastis jika tidak dikonfigurasi dengan benar. AMD di sisi lain telah berhasil menggunakan desain chiplet ini untuk membuat prosesor 6-core, 8-core, 12-core, dan bahkan 16-core pada platform desktop mainstream. Ini berarti AMD telah menetapkan dominasi jumlah inti karena desain ini.
Kemudahan Pengembangan: Keuntungan besar lainnya dari desain ini rupanya adalah kemudahan pengembangannya. Selama proses pengembangan arsitektur Zen 3, AMD menggunakan desain dasar yang sama persis dengan Zen 2 dan kemudian memodifikasinya. Ini berarti bahwa desain sudah disempurnakan sampai tingkat tertentu, dan mudah bagi AMD untuk meningkatkannya di area utama yang mereka targetkan.
Pengembangan 5nm Bersamaan: AMD juga menunjukkan bahwa rencana masa depan mereka untuk CPU Ryzen berdasarkan arsitektur 5nm juga berjalan sesuai rencana. Ini karena arsitektur desain chiplet memungkinkan AMD menjalankan beberapa aliran pengembangan secara bersamaan. AMD yakin bahwa proses 5nm mereka akan tiba seperti yang direncanakan, seperti yang dilakukan arsitektur Zen 3 dan Zen 2 berdasarkan proses 7nm.

Hasil yang diharapkan

Prosesor seri Ryzen 5000 berbasis Zen 3 berjanji untuk menjadi pemimpin industri tidak hanya dalam beban kerja multithread tetapi juga dalam gaming. Untuk pertama kalinya sejak 2006, AMD secara resmi menggulingkan Intel dalam persaingan untuk mendapatkan performa gaming terbaik (menurut klaim AMD). AMD juga mengklaim memiliki kinerja single-threaded tertinggi dari semua chip desktop dengan Ryzen 9 5950X, diikuti oleh Ryzen 9 5900X. Mari kita lihat hasil yang diharapkan dari peningkatan arsitektur yang dibawa oleh Zen 3.

Kepemimpinan dalam Gaming

Dengan peningkatan IPC 19%, peningkatan clock core, dan sistem kompleks inti yang didesain ulang, AMD telah membuat lompatan besar dalam performa gaming generasi ini. Meskipun Zen 2 cukup kompetitif dengan penawaran Intel, Zen 3 berencana untuk mengalahkan Intel secara langsung dalam semua beban kerja game. AMD mengklaim bahwa Ryzen 9 5900X rata-rata sekitar 26% lebih cepat daripada Ryzen 9 3900X dalam game. Ini adalah lompatan besar yang dibuat hanya dalam satu generasi.

Apalagi, AMD juga mengklaim bahwa Ryzen 9 5900X lebih cepat dari Core i9-10900K dalam bermain game. Ini adalah berita yang cukup besar untuk penggemar AMD yang dan penggemar PC pada umumnya. Ini berarti bahwa CPU AMD teratas mengalahkan CPU Intel teratas dalam aplikasi game dan multi-core. Itu tidak membantu kasus Intel bahwa mereka masih terjebak pada arsitektur 14nm kuno dan prosesor Rocket-Lake generasi berikutnya juga dikabarkan berada di 14nm. Sementara itu, AMD menggunakan semua silinder dengan penawaran 7nm mereka di Zen 2 dan Zen 3, sementara juga secara bersamaan mengerjakan rencana 5nm yang tampaknya juga berada di jalur yang benar. Ini dapat berdampak serius pada pangsa pasar CPU desktop Intel.

Peningkatan Performa Single-Threaded

AMD memiliki kinerja multicore yang lebih baik untuk sementara waktu sekarang, tetapi itu tidak selalu berarti kinerja gaming yang lebih baik karena fakta bahwa game modern tidak menggunakan semua core secara efektif. Banyak game memiliki utas dominan, sering disebut "utas dunia", yang paling banyak digunakan. Thread dunia sangat sensitif terhadap latensi, dan kinerja inti tunggal. Berkat desain ulang arsitektural AMD, latensi telah dikurangi secara besar-besaran sehingga meningkatkan kinerja thread dominan ini secara masif. Ini memungkinkan AMD untuk memimpin dalam skenario game.

Ini juga berarti bahwa performa single-threaded AMD sekarang jauh lebih unggul dari Intel. Faktanya, AMD memamerkan skor Cinebench single-core yang mengesankan sebesar 640 untuk Ryzen 9 5950X yang diikuti oleh skor 631 oleh Ryzen 9 5900X. Peningkatan ini juga dimungkinkan karena desain ulang kompleks inti arsitektur, pengurangan latensi, dan peningkatan jam dari arsitektur Zen 3. Baca lebih lanjut tentang kinerja single-threaded prosesor seri Ryzen 5000 di artikel ini.

Performa Multi-threaded yang lebih tinggi

Melanjutkan dominasinya pada segmen kinerja multi-threaded, AMD kembali memamerkan angka-angka mengesankan untuk prosesor seri Ryzen 5000 berbasis Zen 3. Secara khusus, Ryzen 9 5900X 12-inti dan Ryzen 9 5950X memiliki kinerja yang tak tertandingi dalam beban kerja berat inti. AMD juga membuat beberapa penyesuaian, yang memungkinkan 5950X menjadi prosesor desktop tercepat untuk pekerjaan CAD juga, untuk pertama kalinya. AMD menganggapnya sebagai prosesor game terbaik DAN prosesor terbaik untuk pembuatan konten, dan sulit untuk membantah pernyataan itu. AMD mengklaim kinerja 12% lebih mengesankan dalam merender beban kerja di atas 3950X. Hal ini membuat prosesor ini menjadi binatang buas mutlak bagi mereka yang berjuang untuk yang terbaik yang ditawarkan komputasi desktop.

Lonceng alarm untuk Intel?

Tidak ada keraguan bahwa AMD telah meningkatkan jajaran prosesor Ryzen mereka dengan kecepatan yang hampir membutakan. Mereka telah menawarkan peningkatan kinerja yang sangat besar dari generasi ke generasi dan Zen 3 berjanji untuk menjadi lompatan terbesar mereka. Sementara prosesor seri Ryzen 3000 menawarkan nilai yang sangat baik dalam hal jumlah inti dan harga, mereka masih berada di belakang Intel dalam satu beban kerja utama: Game. AMD telah menjadi pemimpin yang kuat di hampir semua aspek lain dari pasar desktop baik itu rendering, encoding, produksi video, atau streaming, tetapi mereka perlu menyalip Intel dalam game untuk benar-benar menjadi prosesor terbaik di kelasnya yang tak terbantahkan.

Berkat desain arsitektur prosesor Ryzen yang luar biasa, proses 7nm TSMC, dan perencanaan serta eksekusi yang brilian oleh tim pengembangan AMD, mereka akhirnya melakukannya dengan Zen 3. Peluncuran ini pasti membunyikan lonceng peringatan di kantor pusat Intel. Intel adalah perusahaan besar dan tidak mungkin mereka tidak menanggapi ini, tetapi mereka pasti tertinggal dari AMD dalam hal kecepatan pengembangan. Rintangan utama yang harus diselesaikan Intel adalah proses 14nm yang sudah berumur yang telah digunakannya sejak Skylake.

Intel memiliki masalah yang terdokumentasi dengan baik dengan proses 10nm-nya dan oleh karena itu mereka belum dapat meluncurkan chip desktop berdasarkan arsitektur itu. Namun, pasang surut mungkin akan segera berubah setelah Intel berhasil merilis CPU laptop terbaru mereka dengan nama sandi "Tiger Lake" yang didasarkan pada arsitektur 10nm. Chip laptop ini menawarkan peningkatan besar dalam kinerja dan efisiensi selama generasi terakhir, dan masuk akal bahwa Intel mungkin bekerja untuk memindahkan proses ini ke CPU desktop. Jika Intel berhasil mendapatkan fungsionalitas proses 10nm mereka, tahun-tahun mendatang akan menjadi sangat menarik bagi para penggemar kinerja CPU.