Zen (microarquitectura)

Zen es una familia de microarquitecturas de procesadores informáticos de AMD , lanzada por primera vez en febrero de 2017 con la primera generación de sus CPU Ryzen . Se utiliza en Ryzen (ordenador de sobremesa y móvil), Ryzen Threadripper (estación de trabajo y ordenador de sobremesa de gama alta) y Epyc (servidor).

Microarquitectura				Zen [1]		Zen 2 [2]	Zen 3 [3]		Zen 4 [4]		Zen 5 [5]
Variantes de microarquitectura				zen	Zen+ [6]		Zen 3	Zen 3+	Zen 4	Zen 4c [7]	Zen 5	zen 5c
Proceso de fabricación ( nm )				14 nm	12 nm	7 nm		6 nm	5 nm		4 nm	3 nm
Caché [8]	microp			2K		4K			6,75 mil
	L1	Datos	Tamaño	32 KB							48 KB
			Maneras	4		8
			Estado latente				4–8
		Instrucción	Tamaño	64 KB		32 KB
			Maneras	8
			Estado latente	4–8
		TLB		512 entradas			1024 entradas
	L2		Tamaño	512 KB/núcleo					1024 KB/núcleo
			Maneras	8
			Estado latente	17	12				14
			TLB	1536-entrada		2048-entrada			3072-entrada
	Nivel 3		Tamaño (por CCX)	8 MB		16 MB	32 MB	Solo APU	32 MB	16 MB	32 MB	16 MB
			Maneras	16 [9]
			Estado latente	35		40	46		50
Máximo de núcleos de CPU				32		64		8	96 [10]	128 [11]	128	192
Subprocesamiento múltiple simultáneo (SMT)
Ventana OoO (ROB)				192		224	256		320
Tubería	escenario			19
	Descodificar (formas)			4				6 [12]
Programador			Entradas
			Despacho	6
Archivo de registro			Entero	84		92	96		224 [13]
			Punto flotante	96			160 [13]		192 [13]
Cola			Instrucción	72
			Asignación	44
AGU				2		3

La primera generación de Zen se lanzó con la serie de CPU Ryzen 1000 (nombre en código Summit Ridge) en febrero de 2017. ^[14] El primer sistema de vista previa basado en Zen se demostró en E3 2016 , y se detalló sustancialmente por primera vez en un evento organizado a una cuadra del Intel Developer Forum 2016. Las primeras CPU basadas en Zen llegaron al mercado a principios de marzo de 2017, y los procesadores de servidor Epyc derivados de Zen (nombre en código "Naples") se lanzaron en junio de 2017 ^{[15] y} las APU basadas en Zen (nombre en código "Raven Ridge") llegaron en noviembre de 2017. ^[16] Esta primera iteración de Zen utilizó el proceso de fabricación de 14 nm de GlobalFoundries . ^[17] Los procesadores modificados basados ​​en Zen para el mercado chino también se construyeron bajo la empresa conjunta AMD-China .

Zen+ se lanzó por primera vez en abril de 2018, ^[18] impulsando la segunda generación de procesadores Ryzen, conocidos como Ryzen 2000 (nombre en código "Pinnacle Ridge") para sistemas de escritorio convencionales, y Threadripper 2000 (nombre en código "Colfax") para configuraciones de escritorio de alta gama. Zen+ utilizó el proceso de 12 nm de GlobalFoundries, una versión mejorada de su nodo de 14 nm. ^{[19] [20]}

Las CPU de la serie Ryzen 3000 se lanzaron el 7 de julio de 2019, ^{[21] [22]} mientras que las CPU de servidor Epyc basadas en Zen 2 (nombre en código "Rome") se lanzaron el 7 de agosto de 2019. ^[23] Los productos Zen 2 Matisse fueron las primeras CPU de consumo en utilizar el nodo de proceso de 7 nm, de TSMC . ^[24] Zen 2 introdujo la arquitectura basada en chiplets, donde las CPU de escritorio, estación de trabajo y servidor se producen como módulos multichip (MCM); estos productos Zen 2 utilizan los mismos chiplets de núcleo pero están conectados a diferentes silicios sin núcleo (diferentes matrices de E/S) en una topología de concentrador y radios. Este enfoque difiere de los productos Zen 1, donde se utiliza el mismo chip (Zeppelin) en un paquete monolítico simple para los productos Summit Ridge (serie Ryzen 1000) o se utilizan como bloques de construcción interconectados en un MCM (hasta cuatro chips Zeppelin) para los productos Epyc y Threadripper de primera generación. ^[25] Para los productos Zen 2 anteriores, las funciones IO y uncore se realizan dentro de este chip IO separado, ^[26] que contiene los controladores de memoria, la estructura para permitir la comunicación de núcleo a núcleo y la mayor parte de las funciones uncore. El chip IO utilizado por los procesadores Matisse es un pequeño chip producido en GF de 12 nm, ^[27] mientras que el chip IO de servidor utilizado para Threadripper y Epyc es mucho más grande. ^[27] El chip IO de servidor puede servir como un concentrador para conectar hasta ocho chiplets de 8 núcleos, mientras que el chip IO para Matisse puede conectar hasta dos chiplets de 8 núcleos. Estos chiplets están conectados mediante el Infinity Fabric de segunda generación de AMD, ^[27] lo que permite una interconexión de baja latencia entre los núcleos y la E/S. Los núcleos de procesamiento de los chiplets están organizados en CCX (Core Complexes) de cuatro núcleos, conectados entre sí para formar un único CCD (Core Chiplet Die) de ocho núcleos. ^[28]

Zen 2 también impulsa una línea de APU móviles y de escritorio comercializadas como Ryzen 4000 , así como las consolas Xbox de cuarta generación y la PlayStation 5. La microarquitectura del núcleo Zen 2 también se utiliza en la APU Mendocino, un sistema de 6 nm en un chip destinado a los productos móviles convencionales y otros productos informáticos de bajo consumo energéticamente eficientes. ^[29]

Zen 3 se lanzó el 5 de noviembre de 2020, ^[30] utilizando un proceso de fabricación de 7 nm más maduro, impulsando CPU y APU de la serie Ryzen 5000 ^[30] (nombre en código "Vermeer" (CPU) y "Cézanne" (APU)) y procesadores Epyc (nombre en código "Milan"). La principal ganancia de rendimiento de Zen 3 con respecto a Zen 2 es la introducción de un CCX unificado, lo que significa que cada chiplet de núcleo ahora está compuesto por ocho núcleos con acceso a 32 MB de caché L3, en lugar de dos conjuntos de cuatro núcleos con acceso a 16 MB de caché L3 cada uno. ^[31]

El 1 de abril de 2022, AMD lanzó la nueva serie Ryzen 6000 para computadoras portátiles, utilizando una arquitectura Zen 3+ mejorada , trayendo gráficos RDNA 2 integrados en una APU a la PC por primera vez. ^[32]

Zen 3 con 3D V-Cache se presentó oficialmente el 31 de mayo de 2021. ^[33] Se diferencia de Zen 3 en que incluye caché L3 apilada en 3D sobre la caché L3 normal en el CCD, lo que proporciona un total de 96 MB. El primer producto que lo utiliza, el Ryzen 7 5800X3D , se lanzó el 20 de abril de 2022. La caché agregada brinda un aumento de rendimiento de aproximadamente el 15% en las aplicaciones de juegos en promedio. ^[34]

Zen 3 con 3D V-Cache para servidores, cuyo nombre en código es Milan-X, se anunció en la presentación principal de Accelerated Data Center Premiere de AMD el 8 de noviembre de 2021. Aporta un aumento del 50 % en aplicaciones de centros de datos selectas en comparación con las CPU Milan de Zen 3, al tiempo que mantiene la compatibilidad de sockets con ellas. ^[35] Milan-X se lanzó el 21 de marzo de 2022. ^[36]

Las CPU de servidor Epyc con Zen 4 , con nombre en código Genoa, se presentaron oficialmente en la conferencia Accelerated Data Center Premiere de AMD el 8 de noviembre de 2021, ^[37] y se lanzaron un año después, en noviembre de 2022. ^[38] Tienen hasta 96 núcleos Zen 4 y admiten PCIe 5.0 y DDR5.

Además, también se anunció Zen 4 Cloud (una variante de Zen 4), abreviado como Zen 4c . Zen 4c está diseñado para tener una densidad significativamente mayor que el Zen 4 estándar y, al mismo tiempo, ofrecer una mayor eficiencia energética. Esto se logra rediseñando el núcleo y la caché de Zen 4 para maximizar la densidad y el rendimiento computacional. Tiene un 50% menos de caché L3 que Zen 4 y no puede alcanzar una frecuencia tan alta. Bergamo (serie Epyc 9704) tiene hasta 128 núcleos Zen 4c y es compatible con el socket Genoa. Se lanzó en junio de 2023. ^[39] Otra línea de productos de servidor que utiliza núcleos Zen 4c es Siena (serie Epyc 8004), que tiene hasta 64 núcleos, utiliza un socket diferente más pequeño y está destinado a casos de uso que favorecen un tamaño, un costo, una energía y huellas térmicas más pequeños sobre un alto rendimiento. ^[40]

Tanto Zen 4 como Zen 4 Cloud se fabrican en el nodo de 5 nm de TSMC. ^[39]

Además de los procesadores de servidor Epyc 9004, 9704 y 8004 (Genoa, Bergamo y Siena respectivamente), Zen 4 también impulsa los procesadores de escritorio convencionales Ryzen 7000 (nombre en código "Raphael"), ^[41] procesadores móviles de alta gama (nombre en código "Dragon Range") y procesadores móviles delgados y livianos (nombre en código "Phoenix"). ^[42] También impulsa la serie G de APU de escritorio Ryzen 8000. ^[43]

Zen 5 se mostró en la hoja de ruta Zen de AMD en mayo de 2022. ^[44] Se cree que utilizará los procesos de 4 nm y 3 nm de TSMC . ^[45] Alimentará los procesadores de escritorio convencionales Ryzen 9000 (nombre en código "Granite Ridge"), procesadores móviles de alta gama (nombre en código "Strix Point") y procesadores de servidor Epyc 9005 (nombre en código "Turin"). 

Zen 5c es una variante compacta del núcleo Zen 5, dirigida principalmente a clientes de servidores de computación en la nube a hiperescala. ^[46]

El 9 de agosto de 2024 se anunció una vulnerabilidad denominada " Sinkclose " que afectaba a todos los procesadores basados ​​en Zen hasta esa fecha. Sinkclose afecta al modo de administración del sistema (SMM). Solo se puede explotar comprometiendo primero el núcleo del sistema operativo . Una vez afectado, es posible evitar la detección por parte del software antivirus e incluso comprometer un sistema después de que se haya reinstalado el sistema operativo. AMD siguió con parches que se lanzarán el 20 de agosto de 2024. ^{[47] [48] [49]}