AMD Ryzen 7 3700X und Ryzen 9 3900X mit X570-Mainboard im Test (2/8)

AMD Ryzen 3000 CPUs die Technik im Detail

Mit Einführung der Ryzen-3000-CPUs stellt AMD die neu entwickelten Zen-2-Kerne vor. Die Architektur wurde grundlegend überarbeitet, wenn auch der Aufbau sehr stark der Zen- und Zen+-Generation ähnelt.

Wie der neuen Schema-Zeichnung der Zen-2-Architektur zu entnehmen ist, ändert AMD kaum etwas am groben Aufbau. Anstatt eines 64K L-Cache 4-Way-Cache setzt Zen 2 nun auf 32K L-Cache mit acht Wegen. Darüber hinaus setzt Zen2 auf sieben Sheduler pro Einheit sowie eine dritte "Adress Generation Unit" (AGU) für die bessere Auslastung des DRAMs.

Erstmals unterstützt Zen2 nun auch 256-bit Single-OP Floating Point, womit auch AVX-256 als Befehlssatz zur Verfügung steht. Die Größe des Micro-OP-Cache wurde auf 4K verdoppelt, was die Anzahl de redekodierten Operationen verringern soll. Darüber hinaus wurde der "TAGE-branch-predictor" für eine bessere Vorhersage und Missinterpretationen aufgewertet.

(Zen 2 CPU und einer der Zen 2 Routing-Layer. Zwei Core-Chiplet-Dies ( CCDs) und ein I/O-Die (IOD) sowie Infinity Fabrik Links zwischen CCD und IOD.)

Zu einem der Kern-Features gehört die Verdopplung des Level-3-Caches auf 32 Megabyte pro CCD, was die effektive Speicherlatenz auf 33 Nanosekunden senkt und damit auch die Gaming-Performance positiv beeinflussen soll.

Das Registerfile kann nun mit 180 Einträgen gefüttert werden, sodass die Ryzen-3000-CPUs insgesamt mehr Zugriff auf zu verarbeitende Daten hat. Mit den Zen-2-Kernen setzt AMD auf ein komplett anderes Hardware-Design womit auch Spectre-V4-Angriffe effektiv verhindert werden.

Insgesamt sollen sich die Änderungen durch die IPC-Leistung (Instruktionen pro Zyklus) durch die Änderungen von der Zen+- auf die Zen-2-Generation um rund 15 Prozent gesteigert haben.

Bei der Fertigung der Ryzen-3000-Prozessoren setzt AMD auf eine Kombination aus der neuesten 7-nm-Fertigung für das CCD0 und CCD1 mit einer Fläche von 74 mm² mit 3,9 Milliarden Transistoren und einem I/O-Die in der 12-nm-Fertigung mit einer Größe von 125 mm² mit insgesamt 2,09 Milliarden Transistoren. Durch die Mischung der beiden Fertigungsgrößen kann AMD die Prozessoren wohl günstiger anbieten, als wenn alle Komponenten in der neuesten 7-nm-Fertigung produziert werden würden.

Insgesamt bietet die 7-nm-Fertigung ein rund 29 Prozent schmaleres Design bei gleicher Leistung und ermöglicht eine bis zu 75 Prozent höhere Performance pro Watt im Vergleich zu den Ryzen-CPUs der zweiten Generation, die komplett im 12-nm-Design gefertigt werden. Die durchschnittliche Taktfrequenz der Prozessoren kann durch den neuen Fertigungsprozess um rund 350 MHz bei gleicher Spannung erhöht werden.

Durch die Reduzierung des Platzverbrauchs der Dies konnte AMD bei den Ryzen-3000-CPUs den Level-3-Cache bei jedem Prozessormodul verdoppeln. Darüber hinaus gelingt es AMD mit dem Ryzen 9 3950X zwei weitere Kerne auf dem gleichen Platzangebot des AM4-Sockels unterzubringen und so Sockel-Kompatibel zum alten Standard zu bleiben.

Bei der Übertaktung und Anhebung des Taktes über den Standardtakt hinaus, setzt AMD bei Ryzen-3000-CPUs weiterhin auf die Precision-Boost-2-Technologie, welche mit dem Ryzen-2000-CPUs eingeführt wurde. Danke des geringeren Stromverbrauchs durch die neue Fertigungstechnik, wirkt sich der Boost bei den Ryzen-3000-CPUs allerdings etwas anders aus, als noch bei der vorherigen Generation. Insgesamt sollen die CPUs der Zen-2-Architektur länger und höhere Taktraten halten können.

In dem I/O-Bereich der CPUs der neuesten Generation von AMD verbaut der Prozessorhersteller erstmals den PCI-Express-4.0-Standard für die Anbindung von Grafikkarten und anderen Zusatzgeräten. Die Prozessoren stellen dabei bis zu 24 Lanes des neuen Standards bereit, während weitere bis zu 20 Lanes über den Chipsatz realisiert werden. Beim maximalen Ausbau der AM4-Plattform mit X570-Chipsatz stehen somit bis zu 44 PCI-Express-4.0-Lanes zur Verfügung. Wobei jeweils vier Lanes von dem Prozessor und dem Chipsatz für die interne Kommunikation genutzt wird. Maximal lassen sich somit 36 PCI-Express-4.0-Lanes für die Anbindung von Grafikkarten und Zusatzgeräten nutzen.

Die Verwendung von PCI Express 4.0 bietet gleich mehrere Vorteile im Vergleich zu dem Vorgänger. Durch die verdoppelte Bandbreite im Vergleich zu PCI Express 3.0 werden weniger Lanes für die gleiche Geschwindigkeit der Anbindung benötigt oder es steht eine allgemein höhere Bus-Geschwindigkeit zur Verfügung. Darüber hinaus reagiert der PCI-Express-4.0-Standard schneller als der Vorgänger wodurch weitere Performance gewonnen werden kann. Je nach Anwendungsgebiet steigt die Performance um bis zu 69 Prozent.

Ebenfalls überarbeitet AMD mit den Ryzen-3000-CPUs den Speichercontroller. Dieser wird durch ein deutlich besseres Trace-Routing auf den Mainboards aufgewertet und die offizielle Unterstützung von DDR4 mit 3.200 MHz freigegeben.

Je nach verwendeten DRAM mit Dual- oder Single-Ranks werden allerdings nur DDR4-Speicher mit maximal 2.667 MHz unterstützt. Dies ist allerdings nur be3i Vollbestückung von vier DRAM-Modulen mit Dual-Rank (Zweiseitige Speicherchips) der Fall. Über diese Kombination lassen sich aber auch System mit bis zu 128 Gigabyte DDR4-Speicher über viermal 32-GB-Riegel realisieren.

AMD gibt selbst an, dass bei den Ryzen-3000-Prozessoren viele DDR4-Module mit bis zu 4.200 MHz ohne größere Anpassung der Nutzer in einem kompatiblen Mainboard verwendet werden können. Erste Overclocking-Modelle konnte zudem mit bis zu 5.100 MHz auf der Plattform betrieben werden.

Die ECC-Fehlerkorrektur für DDR4-RAM wird offiziell von den Prozessoren der Ryzen-3000-CPUs unterstützt, setzt aber ein kompatibles Mainboard voraus. Die Geschwindigkeit des RAMs und der Plattform setzt sich aus dem Speichertakt (mclk) dem Speichercontrollertakt (uclk) und dem Infinity-Fabric-Takt (fclk) zusammen. Während DDR4-Speicher bis 3.600 MHz ein Verhältnis von 1:1:1 von mlck:ulck:flck erlaubt, empfiehlt AMD bei Speichern über 3.600 MHz ein Verhältnis von 2:1 für mclk:ulck. Sobald Werte von über 3.600 MHz für den RAM geladen werden, wird der 2:1-Modus aktiviert und muss manuell zurückgestellt werden, wenn dies nicht erwünscht ist. Der Infinity-Fabric-Takt (fclk) wird in diesem Fall auf 1.800 MHz festgesetzt, unabhängig vom anliegenden Speicher- und Speichercontrollertakt.

Der Infinity-Fabric-Takt (fclk) kann bei Bedarf immer in 33-MHz-Schritten frei konfiguriert werden um eine optimale Performance und Stabilität bei höheren Übertaktungen des RAMs zu gewährleisten.