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Ryzen-Generationen im Test: Wie AMD die Zenvolution gelungen ist

Innerhalb von drei Jahren hat AMD erst Intel ein- und dann überholt. Wir zeigen auf, wie die Ryzen-CPUs ihre Leistung verdoppelt haben.

Ein Test von veröffentlicht am
AMD-Chefin Lisa Su vor Zen-Logo
AMD-Chefin Lisa Su vor Zen-Logo (Bild: AMD)

Vor einigen wenigen Jahren noch sah es vermeintlich so aus, als wäre AMD bei der CPU-Entwicklung von Intel komplett abgehängt worden: Die Bulldozer-Chips waren selbst mit 220-Watt-5-GHz-Verzweiflungsmodellen wie dem FX-9370 alias Centurion nicht konkurrenzfähig und die kleineren Prozessoren selbst für niedrige Preis kaum empfehlenswert.

Inhalt:
  1. Ryzen-Generationen im Test: Wie AMD die Zenvolution gelungen ist
  2. Initial erfolgreich
  3. Chiplets for the Win
  4. Von Keller zur Skyline
  5. Zen 3+ und Zen 4

Doch intern waren die Weichen längst gestellt: Schon 2012 hatte AMD mit Jim Keller wieder den Mann zurückgeholt, der einst maßgeblich an der Entwicklung des Athlon 64 und des Opteron beteiligt war. Keller scharte wichtige Leute wie den Chefarchitekten Mike Clark - mittlerweile Corporate Fellow - und Suzanne Plummer - damals Design Director, heute Corporate VP - um sich.

Artikel-Inhalt im Überblick

  • Auf Seite 1 geben wir einen Überblick zur Entwicklung
  • Auf Seite 2 folgen Erläuterungen zu Zen(1) und Zen+
  • Auf Seite 3 schauen wir uns Zen2 und Zen3 genauer an
  • Auf Seite 4 befinden sich die Benchmarks der Ryzen-CPUs
  • Auf Seite 5 blicken wir in die Zukunft bis zu Zen4

  • Ryzen umfasst bisher vier Zen-Generationen. (Bild: AMD)
  • Überblick zu Zen1 (Bild: AMD)
  • Überblick zu Zen+ (Bild: AMD)
  • Überblick zu Zen2 (Bild: AMD)
  • Mit Zen2 führte AMD ein Chiplet-Design ein. (Bild: AMD)
  • Neben einem 12-nm-I/O-Die gab es bis zu zwei 7-nm-Compute-Dies. (Bild: AMD)
  • Überblick zu Zen3 (Bild: AMD)
  • Eine wichtige Änderung war das Verschmelzen der beiden CCX. (Bild: AMD)
Ryzen umfasst bisher vier Zen-Generationen. (Bild: AMD)

Und dann begann das, was später als Zen-Architektur und als Ryzen-Prozessoren bekanntwerden sollte. Passend dazu bedient sich AMD des japanischen Ensō-Symbols und verwendet überdies ein Wortspiel: Denn Ryzen wird ähnlich ausgesprochen wie das Englische "to rise", also emporsteigen - wie der Phönix aus der Asche. Mit Bulldozer hat Zen nichts mehr zu tun, da AMD von vorne begonnen hat.

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Ziel war es, eine Technik zu entwickeln, die im wichtigen Servermarkt punkten kann und gleichzeitig auch das Desktop- sowie das Mobile-Segment abdeckt. Während die 2013 erschienenen Konsolen, also Playstation 4 und Xbox One, noch auf den schwachen Jaguar-Kernen basieren, dürfte schon damals klar gewesen sein, dass die Next-Gen mit Zen-Cores ausgestattet sein wird. Denn bis heute ist AMD der einzige Hersteller, der schnelle CPUs und schnelle Grafikeinheiten aus einer Hand anbietet.

Mit Bulldozer hatte sich AMD rückblickend schwer verschätzt, was die Software-Entwicklung der kommenden Jahre angeht, weshalb Zen wie K8 (Athlon) und K10 (Phenom) eine traditionelle Architektur darstellt. Bei Bulldozer hatte AMD einen Core Multithreading (CMT) bezeichneten Ansatz mit Modulen genutzt: Hier teilen sich zwei Integer-Einheiten eine Gleitkomma-Einheit und bis zur Piledriver-Ausbaustufe auch den L1I/L2-Cache und das Frontend.

AMD-Prozessoren

Bei der Zen-Technik hingegen greifen alle CPU-Kerne auf volle Ressourcen zurück, zudem ist Zen die erste Architektur von AMD mit SMT (Simultaneous Multithreading) für zwei Threads pro Core - bei Intel wird die Implementierung als HT (Hyperthreading) vermarktet. Generell ist das Design von Zen vergleichsweise breit angelegt, wobei AMD anders als Intel auf zusätzliche Beschleuniger wie AVX-512 oder solche für künstliche Intelligenz bisher verzichtet hat.

Ryzen 7 1800XRyzen 7 2700XRyzen 7 3800XRyzen 7 5800X
CodenameSummit Ridge (Zen)Pinnacle Ridge (Zen+)Matisse (Zen 2)Vermeer (Zen 3)
Fertigung14LPP (GloFo)12LP (GloFo)N7 (TSMC) + 12LP (GloFo)N7 (TSMC) + 12LP (GloFo)
Die-Size213 mm² (SoC)213 mm² (SoC)74 mm² (CCD) + 125 mm² (IOD)81 mm² (CCD) + 125 mm² (IOD)
Transistoren4,8 Mrd 4,8 Mrd 3,9 Mrd + 2,09 Mrd4,15 Mrd + 2,09 Mrd
Kerne8 + SMT 8 + SMT 8 + SMT 8 + SMT
Takt3,6 GHz bis 4,1 GHz3,7 GHz bis 4,35 GHz3,9 GHz bis 4,5 GHz3,8 GHz bis 4,7 GHz
L3-Cache16 MByte16 MByte32 MByte 32 MByte
SpeicherDDR4-2666DDR4-2933DDR4-3200DDR4-3200
TDP95 Watt105 Watt105 Watt105 Watt
PPT142 Watt142 Watt142 Watt142 Watt
AMDs Zen-Generationen als 8C-Modelle im Überblick

Zudem war von Beginn an klar, dass mit der Zen-Architektur nicht nur rein monolithische Dies entstehen, sondern multiple Chiplets zu einem Prozessor kombiniert werden. Intel hatte dies 2017 gar öffentlich als "zusammengeklebt" (glued together) verspottet, zu diesem Zeitpunkt aber mit EMIB selbst ein Verfahren entwickelt, das ähnlich wie AMDs Infinity Fabric mehrere Dies verknüpft. Stand heute sorgen die Chiplets dafür, dass AMD im Desktop- und im Serversegment die schnellsten Prozessoren verkauft, während sich Intels 10-nm-Designs abseits von Ultrabooks seit vielen Jahren verzögern.

Schauen wir uns an, wie sich die Architektur von Zen über Zen+ und Zen 2 bis hin zu Zen 3 entwickelt hat und wieso AMDs heterogener Ansatz den gewünschten Erfolg brachte.

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ms (Golem.de) 02. Jan 2021 / Themenstart

Excel 365 Vorlage ;-)

mgutt 24. Dez 2020 / Themenstart

Bei der Videobearbeitung kommt es auf die Software und die Art an wie du das Video...

Ach 20. Dez 2020 / Themenstart

Ich würde dieses nicht mehr ganz aktuelle(2018) Video vorschlagen. Da werden einerseits...

Atom100 19. Dez 2020 / Themenstart

AMD war in den letzten Jahren nicht gerade untätig und zu Zeiten von Bulldozer zwar wegen...

SL 17. Dez 2020 / Themenstart

Mit SMT4 (für Zen4 geplant) kann Intel dann endgültig einpacken.

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