Disponibles le mois prochain, les Ryzen de 3ème génération commencent à livrer leurs secrets : composition des chiplets, évolutions de l'architecture, gestion des fréquences, améliorations sous Windows 10 et nouvelles instructions. Le chipset X570 livre lui aussi ses premiers détails.

Après avoir dévoilé l'ensemble de sa gamme Ryzen de troisième génération et ses tarifs, AMD a enfin décidé d'en dire plus sur ces processeurs, leur composition et le nouveau chipset X570.

Jusque-là, la société avait été discrète sur de nombreux détails, il est donc appréciable d'en savoir enfin un peu plus à moins d'un mois du lancement. Bien que nous n'ayons pas encore eu l'occasion d'échanger avec les équipes, nous avons obtenu de premières informations tant sur l'architecture que sur les petits détails concernant la nouvelle plateforme.

Dans ce premier article, nous ne reviendrons pas sur chaque point en profondeur, nous gardons ça pour notre analyse des performances. Voici néanmoins un compte-rendu exhaustif des informations à retenir.

Zen 2 : une base identique, une conception plus modulaire

AMD a annoncé la couleur il y a déjà plusieurs mois, la clé de l'évolution de ses processeurs est la modularité. Zen avait déjà été pensée comme une architecture pouvant être assemblée comme un Lego à travers un die unique, du modèle d'entrée de gamme à celui pour serveur en passant par les stations de travail. Zen 2 va plus loin.

Un Ryzen de troisième génération est composé de deux ou trois chiplets. Une évolution qui ne s'est pas faite sans heurts selon AMD, qui évoque les difficultés pour maintenir la compatibilité AM4 mais aussi le besoin d'adapter ses composants et outils d'assemblage à ce design plutôt inhabituel.

Les cœurs sont désormais organisés au sein d'un die de 74 mm², gravé en 7 nm, connu sous le petit nom de CCD. Il se compose de deux CCX (Core Complex) comprenant quatre cœurs, soit un total de huit. Chaque CCX occupe 31,3 mm² selon les chiffres d'AMD, contre 60 mm² pour Zen+.

On y retrouve toujours un cache L3 partagé, passant de 8 Mo à 16 Mo. Une stratégie qui prend le nom de « Game cache » puisqu'elle permet selon le constructeur d'obtenir de bien meilleures performances dans les jeux, nécessitant moins d'accès mémoire. Un point crucial face aux Core d'Intel qui gardaient un peu d'avance sur ce terrain.

Chaque cœur dispose ensuite de son propre cache L1/L2. Là aussi avec des évolutions. Le Texan dit avoir amélioré l'efficacité de son L1 avec une bande passante doublée pour le Load/Store de données et un cache d'instructions (L1d) passant de 64K 4-way à 32K 8-way, ce qui est là aussi présenté comme plus performant. Ce sera à vérifier.

De nouvelles instructions ont été implémentées : CLWB, QoS et WBNOINVD, cette dernière étant spécifique à AMD. La seconde est un ensemble de fonctionnalités particulièrement utiles pour la virtualisation et la gestion des machines virtuelles au sein d'un même processeur.

Ces changements en douceur se retrouvent un peu partout au sein de l'architecture Zen 2 : meilleure prédiction de branchement, ALU renforcées, une AGU supplémentaire (Adress Generation Unit) pour les opérations mémoire, plus de registres, réduction des latences DTLB, etc. Mais ce que l'on retient surtout c'est le passage à 256 bits des FPU.

De quoi booster les performances lorsque les flottant sont impliqués, notamment avec des instructions AVX/AVX2. Cela devrait permettre un bond en avant dans de nombreuses applications, notamment multimédia. AMD dit aussi avoir intégré des mitigations matérielles aux variantes de Spectre qui concernaient ses puces.

L'organisation globale de l'architecture ne change donc pas, mais les équipes ont peaufiné de nombreux aspects pour rendre l'ensemble plus efficace. De ce point de vue, Zen 2 est donc bien une évolution de Zen plus qu'une révolution. Au final, l'IPC est donnée en hausse de 15 % grâce aux modifications de l'architecture, le reste venant du passage au 7 nm et autres améliorations qui permettent notamment de monter en fréquence.

AMD dit en effet pouvoir facilement atteindre 4,6 GHz désormais, contre 4,35 GHz en 12 nm et 4,1 GHz en 14 nm. Le Texan met également en avant la hausse de la performance par watt de ses nouvelles puces, qui serait de 75 % du fait de performances largement améliorées dans des tests comme Cinebench R20 malgré une consommation en baisse.

Le reste des changements s'observe lorsque l'on prend un peu de recul.

cIOD : une gestion des E/S externalisée

Dans la gestion de la connectique par exemple. Un die Zen(+) était en effet un SoC comprenant les cœurs mais également le contrôleur mémoire et une connectique minimale. Ce n'est plus le cas, ces deux derniers éléments ayant été placées dans un chiplet tiers, gravé cette fois en 12 nm : le cIOD.

Il est relié à chaque CCD à travers un lien Infinity Fabric, amélioré pour l'occasion, d'une bande passante de 32 octets par cycle. Le contrôleur mémoire, lui aussi retravaillé, gère officiellement la DDR4 jusqu'à 3,2 GHz, contre 2,93 GHz précédemment. AMD préconise plutôt des fréquences entre 3,6 et 3,8 GHz (via O/C) pour un pic d'efficacité, mais dit avoir déjà atteint plus de 5,1 GHz avec un refroidissement à air sur une carte mère MEG X570 Godlike de MSI.

Côté connectique, on y trouve :

• 24 lignes PCIe 4.0, dont :
  • 16 lignes pour des cartes graphiques
  • 4 lignes pour des SSD NVMe
  • 4 lignes pour le lien avec le chipset
• 4 ports USB 3.2 (10 Gb/s)
• 2 ports S-ATA 6 Gb/s (deux lignes NVMe sont alors indisponibles)

Pour rappel, seules les cartes mères X570 permettront de profiter du PCI Express 4.0 et de sa bande passante doublée. Avec les chipsets de génération précédente, il faudra se contenter du PCIe 3.0. Certains constructeurs avaient fait naître un espoir d'un support plus large, mais AMD a confirmé qu'il ne l'autoriserait pas pour éviter tout problème.

Quelle compatibilité ?

La question de la compatibilité sur les anciennes cartes mères est d'ailleurs plus large puisque si elle est assurée sur les modèles B450 et X470, après une mise à jour du BIOS/UEFI, cela dépendra des choix du constructeur pour les B350/X370. Aucun support n'est assuré pour les modèles A320. 

AMD précise également que les cartes mères X570 ne supportent pas les premiers CPU Ryzen (série 1000) ainsi que les APU de cette même génération (série 200/2000). C'est aussi pour cela que les modèles 3200G et 3400G ont été annoncés, puisqu'ils exploitent des cœurs Zen+ et sont donc gérés. 

• Ryzen, AM4 et chipsets : les incompatibilités enfin détaillées

Que contient le X570 ?

Avec son TDP dépassant les 10 watts, le X570 nécessite une ventilation active, au moins de manière partielle. Certains ont fait le choix d'un watercooling, comme ASRock et son modèle Aqua, d'autre d'une solution massive mais passive, comme Gigabyte et sa X570 Aorus Xtreme.

Une chose est sûre, ces cartes coûteront cher, du fait de l'intégration de ce chipset mais aussi de tout ce qu'il faut pour supporter les derniers CPU d'AMD et le PCIe 4.0. Comptez 200 euros dans le meilleur des cas au moment du lancement. Mais pour ce prix, à quoi a-t-on droit ?

Tout d'abord à seize lignes PCIe 4.0 supplémentaire, dont quatre pour le lien avec le CPU, qui peuvent être utilisées pour des périphériques ou du stockage (NVMe ou S-ATA), de manière groupée ou non. Elles sont accompagnées de quatre ports S-ATA 6 Gb/s, huit ports USB 3.2 (10 Gb/s) et quatre ports USB 2.0 (480 Mb/s).

StoreMI est présent pour une gestion unifiée des HDD/SSD et de la mémoire. 

Gestion des fréquences, overclocking

Pour le moment, AMD dit peu de choses sur la gestion des fréquences et la manière dont elle a évolué avec Zen 2. Cela semble indiquer que les améliorations sont surtout à la marge sur ce point.

Comme évoqué précédemment, le 7 nm permet une évolution à la hausse, jusqu'à 4,6 GHz. Certains modèles vont un peu au-dessus de ce chiffre en Turbo, AMD promet un boost via sa fonctionnalité d'overclocking automatique PBO, plus de 5,1 GHz ont déjà été atteints en overclocking. Une pratique que le constructeur veut encore faciliter.

Il annonce d'ailleurs généraliser son ventirad Wraith Prism Color à tous les nouveaux Ryzen 7 et 9. Mais il reste pour le moment sous les 5 GHz qu'Intel arrive à atteindre « de série » sur des processeurs comme les Core i9-9900K(S), tout en réussissant à grimper un peu plus à chaque itération.

Il sera intéressant de voir si Zen 3, qui utilisera une version améliorée du 7 nm ira beaucoup plus loin ou non dans les optimisations sur ce point.

Meilleur support dans Windows 10

Autre source d'optimisation : un support amélioré via la May 2019 Update de Windows 10 et son scheduler, qui profite tant aux modèles actuels que passés de Ryzen.

Ainsi, un même CCX sera occupé en priorité, tout comme les groupes NUMA avec un accès local à la mémoire. Pour les processeurs Ryzen de 3ème génération, c'est à travers une adaptation plus rapide de la fréquence (20x selon AMD) que les améliorations vont se faire sentir.

Une fonctionnalité pour le moment connue sous le nom de Collaborative Power Performance Control 2 (CPPC2). Pour Linux, rien n'a été détaillé.

Il ne reste maintenant plus qu'à vérifier toutes ces annonces dans la pratique et sous différents usages, OS et applications. La réponse d'Intel sera intéressante à suivre tant son offre semble ici mise à mal. Espérons que le géant de Santa Clara aura mieux à proposer que des slides marketing et des déclarations à l'emporte-pièce vantant ses produits.

Dans tous les cas, Zen 2 semble marquer une avancée intéressante pour Ryzen, plus au niveau de la constitution très modulaire de ces processeurs et des nouveautés qu'elles apportent que pour l'architecture elle-même, qui évolue à la marge. Cela permet néanmoins de beaux gains, bien qu'il faudra voir quelle part des 15 % d'IPC est dûe au passage à 256 bits des FPU par rapport à l'ensemble des autres améliorations.

AMD montre en tous cas que le succès de Ryzen n'était qu'un coup d'essai et que ses processeurs sont là pour s'installer dans la durée. Ils devraient d'ailleurs sérieusement lui permettre de grappiller des parts de marché.