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Matisse nutzt 7-nm-Chiplets

AMD nutzt für die Ryzen 3000 zwei oder drei Chips, um daraus den Prozessor zu bilden, die Branche nennt das Chiplets: Das I/O-Die entsteht bei Globalfoundries in den USA im 12LP-Verfahren wie schon die Ryzen 2000, das eigentliche CPU-Chiplet hingegen wird bei TSMC in Taiwan im 7-nm-DUV-Node (N7) gefertigt. Eine ähnliche Technik verwenden unter anderem Apple und Qualcomm für ihre Smartphone-SoCs, der Unterschied liegt bei der Optimierung: Die Mobile-Variante ist stärker auf Effizienz auslegt, die andere hingegen für Performance.

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Ein bisheriger Ryzen 2000 besteht aus einem einzigen 213-mm²-Chip mit 4,8 Milliarden Transistoren, in dem acht CPU-Kerne, das Dualchannel-DDR4-Speicherinterface, der PCIe-Gen3-Root-Controller und I/O-Funktionen wie Sata oder USB stecken. Bei den Ryzen 3000 teilt AMD die Kapazitäten auf: Das CPU-Chiplet alias CCD (Compute Cache Die) mit 74 mm² und 3,9 Milliarden Transistoren hat erneut acht Kerne, aber doppelt so viel L3-Cache und das I/O-Die (IOD) mit 125 mm² und 2,09 Milliarden Transistoren enthält das RAM-Interface, die PCIe-Gen4-Lanes sowie all die weiteren integrierten Schnittstellen.

Für einen Sechs- oder Achtkerner nutzt AMD ergo einen CCD und ein I/O-Die, für einen 12- oder 16-kernigen Prozessor hingegen zwei CCDs und ein I/O-Die. Die können aber nicht einfach auf einen gemeinsamen Träger gesetzt werden, sondern müssen aufwendig dafür vorbereitet werden: Das Package besteht aus gleich zwölf Schichten und die 12-nm- und die 7-nm-Chips haben unterschiedliche Verbindungen, damit alle Signale über die gleichgebliebenen AM4-Pins in den Sockel geleitet werden können.

  • RTX 2080 Ti, 16GB DDR4, Seasonic TX-1000, Win10 v1903, GF430.86 (Bild: Golem.de)
  • RTX 2080 Ti, 16GB DDR4, Seasonic TX-1000, Win10 v1903, GF430.86 (Bild: Golem.de)
  • RTX 2080 Ti, 16GB DDR4, Seasonic TX-1000, Win10 v1903, GF430.86 (Bild: Golem.de)
  • RTX 2080 Ti, 16GB DDR4, Seasonic TX-1000, Win10 v1903, GF430.86 (Bild: Golem.de)
  • RTX 2080 Ti, 16GB DDR4, Seasonic TX-1000, Win10 v1903, GF430.86 (Bild: Golem.de)
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  • RTX 2080 Ti, 16GB DDR4, Seasonic TX-1000, Win10 v1903, GF430.86 (Bild: Golem.de)
  • RTX 2080 Ti, 16GB DDR4, Seasonic TX-1000, Win10 v1903, GF430.86 (Bild: Golem.de)
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  • RTX 2080 Ti, 16GB DDR4, Seasonic TX-1000, Win10 v1903, GF430.86 (Bild: Golem.de)
  • RTX 2080 Ti, 16GB DDR4, Seasonic TX-1000, Win10 v1903, GF430.86 (Bild: Golem.de)
  • RTX 2080 Ti, 16GB DDR4, Seasonic TX-1000, Win10 v1903, GF430.86 (Bild: Golem.de)
  • RTX 2080 Ti, 16GB DDR4, Seasonic TX-1000, Win10 v1903, GF430.86 (Bild: Golem.de)
  • RTX 2080 Ti, 16GB DDR4, Seasonic TX-1000, Win10 v1903, GF430.86 (Bild: Golem.de)
  • RTX 2080 Ti, 16GB DDR4, Seasonic TX-1000, Win10 v1903, GF430.86 (Bild: Golem.de)
  • RTX 2080 Ti, 16GB DDR4, Seasonic TX-1000, Win10 v1903, GF430.86 (Bild: Golem.de)
  • RTX 2080 Ti, 16GB DDR4, Seasonic TX-1000, Win10 v1903, GF430.86 (Bild: Golem.de)
  • Der Ryzen 9 3900X ist vorerst AMDs Mainstream-Topmodell. (Bild: Marc Sauter/Golem.de)
  • Alle Matisse unterstützen DDR4-3200. (Bild: Martin Wolf/Golem.de)
  • Matisse ist bereits die vierte CPU-Generation für den Sockel AM4. (Bild: AMD)
  • Matisse besteht intern aus mindestens zwei Chips, als 12- oder 16-Kerner aus drei. (Bild: AMD)
  • Ein I/O-Die versorgt bis zu zwei Compute-Dies mit Daten. (Bild: AMD)
  • Damit die unterschiedlichen Chips auf einen Träger passen, braucht es ein aufwendiges Packaging. (Bild: AMD)
  • Das 12-schichtige Substrat war eine Herausforderung, da drei Dies samt PCIe Gen4 nach außen geführt wird. (Bild: AMD)
  • Blockdiagramm eines Systems mit Ryzen 3000 und X570 (Bild: AMD)
  • Vergleich der Schnittstellen einer Matisse-CPU sowie des X570 und Intels Z390 (Bild: AMD)
  • Bei den Ryzen 3000 ist Fabric-Takt von der DDR4-Frequenz entkopppelt. (Bild: AMD)
  • Überblick eines Zen-2-Kerns (Bild: AMD)
  • Decode-Stufe eines Zen-2-Kerns (Bild: AMD)
  • Gleitkomma-Einheit eines Zen-2-Kerns (Bild: AMD)
  • Integer-Einheit eines Zen-2-Kerns (Bild: AMD)
  • Load/Store-Block eines Zen-2-Kerns (Bild: AMD)
  • Zen 2 unterstützt neue Instruktionen. (Bild: AMD)
  • Die Leistung pro Takt soll 15 Prozent höher liegen. (Bild: AMD)
  • Neben der IPC beschleunigt 7 nm die Frequenz für mehr Geschwindigkeit. (Bild: AMD)
  • Die Matisse-CPUs sind weniger anfällig gegen Seitenkanal-Angriffe als Intels Prozessoren. (Bild: AMD)
  • Die Corsair MP600 ist eine der ersten PCIe-Gen4-SSDs. (Bild: Marc Sauter/Golem.de)
  • Wie alle anderen Modelle auch basiert sie auf dem E16-Controller von Phison. (Bild: Marc Sauter/Golem.de)
  • Die sequenzielle Lese- und Schreibrate ist extrem hoch, die restlichen Werte kaum besser als bei einer PCIe-Gen3-SSD. (Bild: Golem.de)
  • Der Atto-Benchmark bestätigt die Leistungswerte der Corsair MP600. (Bild: Golem.de)
  • Windows 10 v1903 hat einen verbesserten Scheduler und und unterstützt ein schnelleres Hochtakten. (Bild: AMD)
  • Das steigert die Leistung in einigen Spielen und bei Burst-Workloads wie dem Starten von Apps. (Bild: AMD)
  • Ryzen 9 3900X übertaktet auf 4,35 GHz. (Bild: Golem.de)
  • Precision Boost Overdrive erhöht den Takt automatisch um 200 MHz. (Bild: Golem.de)
Matisse besteht intern aus mindestens zwei Chips, als 12- oder 16-Kerner aus drei. (Bild: AMD)

Das I/O-Die hat relativ weite Bump Pitches (der Abstand zwischen den Lötperlen des Chips und denen des Trägers), weshalb die BGA-Kügelchen an der Unterseite klassisch ausfallen. Bei den CPU-Chiplets hingegen sind Bump Pitches deutlich feiner, was den Umstieg auf sogenannte Copper Pillars erforderlich gemacht hat. Diese sind kompakter und haben bessere elektrische sowie thermische Eigenschaften, weshalb Intel sie schon seit Netburst/Presler-Zeiten (Pentium D) einsetzt.

Weil die Chiplets anders platziert werden als ein monolithisches Die, will AMD das für Optimierungen beim Speichertakt genutzt haben. Auch die Phys für PCIe Gen4 und das hierfür erforderliche Routing sowie die Signale seien in diesem Kontext eine Herausforderung gewesen, sagte AMD. Das eigentliche Packaging der 7/12-nm-Chips aus den USA und aus Taiwan erfolgt in China, weshalb der wieder verlötete Metalldeckel (Integrated Heatspreader, kurz IHS) eines Ryzen 3000 auch folgerichtig mit "Diffused in USA, Diffused in Taiwan, Made in China" beschriftet ist.

Gerade die aus Taiwan stammenden CPU-Chiplets sind beeindruckend: Sie bestehen intern wieder aus zwei CCXen (Core Complex) mit je vier Kernen und dem L3-Cache. Ein CCX eines Ryzen 2000 mit 8 MByte in 12 nm misst 60 mm², ein CCX eines Ryzen 3000 trotz 16 MByte hingegen nur 31,3 mm². Weil neben zwei CCX ansonsten nur noch ein Interconnect-Link mit im CPU-Chiplet sitzt, fällt er mit besagten 72 mm² sehr kompakt aus, was die Ausbeute (Yield) steigert und die Kosten verringert.

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 Ryzen 3900X/3700X im Test: AMDs 7-nm-CPUs lassen Intel hinter sichDDR4-3600 dank 12-nm-I/O 
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David64Bit 09. Jul 2019

Ja - und andererseits bläst die CPU dann die Grafikpipeline sowas von zu, dass nix mehr...

bla 09. Jul 2019

Also mein letztes Board war ein H87 Board von ASROCK und hat mich ~70 Euro gekostet.

Sharra 09. Jul 2019

Quark mit Käse. Was ist mit Raven Ridge? Was ist mit Picasso? Nur weil Intel seine CPUs...

Unix_Linux 09. Jul 2019

es ist vollbracht. ich schreibe gerade von meinem neuen AMD (ryzen 7 3700X) system. also...

Ach 09. Jul 2019

Die 1660Ti ist kleiner, sparsamer und schneller als die RX590 : => gpucheck.com...


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