Zen (mikroarhitektuur)

Zen on koodnimi AMD protsessorite mikroarhitektuuri põlvkonnale, mida esmalt kasutati nende Ryzen seeria protsessoritega 2017 veebruaris. Esimesed Zen baasil protsessorid koodnimega Summit Ridge jõudsid turgudele märtsi alguses 2017 ning Zen baasil Opteron serveri protsessorid on oodatud 2017. aasta teises kvartalis, ja Zen baasil APUd on oodatud 2017. aasta teises pooles.

Zeni baasil protsessorid kasutavad 14nm FinFET protsessi, on väidetavalt energiasäästlikumad ning suudavad käidelda tunduvalt rohkem instruktsioone tsükli kohta kui AMD varasem, Bulldozeri arhitektuur. SMT ehk AMD versioon lõimtöötlusest on implementeeritud, mis lubab igal tuumal jooksutada kahte lõime. Vahemälu süsteem on ümber disainitud ning L1-vahemälu on nüüd write back. Lisaks kasutavad Zen baasil protsessorid AM4 pesasid, mis toovad kaasa DDR4 toe.

Zen põhineb süsteemikiip (SoC) disainil. Koos protsessori tuumadega on ühel kiibil ka mälu, PCIe, SATA ja USB-kontrollerid. Sellel on eelised ribalaiuses ning võimsuses, kuid sellele arvelt on kiip keerukam ja kivi kompaktsem. SoC disain lubab Zen mikroarhitektuuril skaleeruda sülearvutitest kuni tipptaseme lauaarvutite ning serveriteni.

Disain 

AMD kohaselt on Zeni arhitektuuri põhieesmärk suurendada jõudlust tuuma kohta. 
Uued või arendatud funktsioonid:
 L1-vahemälu on muudetud write-though asemel write-back mäluks, mis võimaldab lühemat latentsusaega ja suuremat ribalaiust.
 SMT arhitektuur lubab kahte lõimu ühe tuuma kohta.
 Neli ALUd(arithmetic logic unit), kaks AGUd (address generation unit) ja kaks FPUd (floating-point unit) tuuma kohta.
 Värskelt tutvustatud UC (micro-operation cache or uop cache, μop cache).
 Iga SMT tuum saab täideviia kuni kuus mikro-tehet (micro-ops) tsükli kohta.
 Peaaegu kaks korda kiirem L1- ja L2-vahemälu ribalaius ning kogu L3-vahemälu ribalaius kuni 5 korda kiirem.
 Clock gating.
 Eraldi pinumootor, et muuta pinu pointerit, sarnane Intel Haswell ja Broadwell protsessoritega.
 Liikumise eemaldamise meetod, mis vähendab füüsilist andmete liigutamist, et vähendada voolutarvet.
 RDSEED tugi ehk suure jõudlusega juhunumbrigeneraator.
 Tugi SMAP, SMEP, XSAVEC/XSAVES/XRSTORS, XSAVES, CLFLUSHOPT, CLZERO ja ADCX instruktsioonidele.
 AVX2, ADX, SHA tugi.
 PTEde (page table entry) ühendamine, mis ühendab 4 kiB lehetabelid 32 kiB suurustesse lehtedesse.
 Pure Power, Smart Prefetch, Neural Net Prediction, Precision Boost, Extended Frequency Range(XFR).

Zeni arhitektuur on ehitatud 14 nm FinFET protsessiga, mida viib läbi GlobalFoundries, andes parema efektiivsuse kui 32 nm ja 28 nm töötlusega nagu varasematel AMD FX CPUdel ja AMD APUdel. Summit Ridge Zen perekonna CPUd kasutavad AM4 pesa ja toetavad DDR4 mälusid ning 95 W nõutavat jahutusvõimsust (TDP – thermal design power).

Iga Zen tuum suudab dekodeerida nelja instruktsiooni igas kellataktis ja sisaldab mikro operatsioonide vahemälu, mis varustab kahte plaanurit, üks täisarvude ja teine ujukomade segmendi jaoks.

L1-vahemälu on 64 KiB instruktsioonide jaoks iga tuuma kohta ja 32 KiB andmete jaoks iga tuuma kohta. L2-vahemälu suurus on 512 KiB tuuma kohta ja L3-vahemälu on 1-2 MB tuuma kohta.

Arendus 
AMD alustas Zen mikroarhitektuuri planeerimist pärast Jim Kelleri taaspalkamist augustis 2012. AMD avalikustas Zeni arhitektuuri ametlikult 2015. aastal.

Tiimi, kes vastutas Zeni arhitektuuri arendamise eest, juhtis Keller (kes lahkus 2015. aasta septembris pärast kolme aastat ametis olemist) ja AMD kauaaegne töötaja ja peaarhitekt Michael Clark.

Zen oli originaalselt planeeritud 2017. aastasse pärast ARM64 baasil K12 mikroarhitektuuri, kuid AMD 2015 Financial Analyst Day üritusel avalikustati, et K12 on edasi lükatud, et keskenduda Zen disainile ja sellega turule jõuda juba 2016. aastal ja esimest Zen baasil protsessorit võiks oodata 2016. aasta oktoobris.

Novembris 2015 teatas allikas AMDst, et Zeni mikroprotsessorid on testitud ja töötavad vastavalt ootustele ning ilma suuremate kitsaskohtadeta.

Detsembris 2015 levisid kuuldused, et Samsungiga võidakse sõlmida leping, et nemad oleksid üheks AMD 14 nm FinFET protsessorite tootjateks, kaasaarvatud nii Zen kui ka AMD arendatav Polaris GPU arhitektuur. 
Seda kinnitas AMD 2016. aasta juulis, kui kuulutas välja, et tooted olid edukalt toodetud Samsungi 14 nm FinFET protsessiga. Kui AMD väitis, et Samsungi kasutatakse vaid juhul, kui selleks peaks vajadus tekkima, siis arvati, et see vähendab AMD jaoks riski, kui ta ei pea sõltuma vaid ühest tootjast.

Tooted 
Teisel märtsil 2017. aastal väljastas AMD ametlikult esimese Zeni arhitektuuri baasil 8-tuumalise Ryzen CPU. Kolme välja antud Ryzen 7 seeria CPU taktsagedused ja TDPd demonstreerisid tunduvalt paremat võimsust vati kohta kui viimases K15 (Piledriver) arhitektuuris.

Lauaarvuti protsessorid

Serveriprotsessorid 
AMD avalikustas 2017. aasta märtsis, et nad toovad müügile Zeni arhitektuuril põhineva serveriplatvormi, koodnimega Naples, aasta teises kvartalis. Platvorm sisaldab nii ühe kui ka kahe pesaga süsteeme. Protsessorid, mis on mitmeprotsessoriga konfiguratsioonis, suhtlevad AMD Infinite Fabric tehnoloogia kaudu. Iga kiip toetab 8 kanalit mälude jaoks ning 64 PCIe Gen3 rada iga kiibi kohta.

Viited 

Arvutiarhitektuur