AMD Ryzen po pěti letech

A hned v úvodu si můžeme říct, že ačkoli to tak na podzim roku 2016 nejspíš nevypadalo, byla tato kapitola ve srovnání s předcházejícími lety podstatně optimističtější. Ekonomická situace společnosti totiž nebyla tehdy nejlepší a otěže na trhu s procesory v té době z hlediska tržního podílu i technologického náskoku ve svých rukou pevně držel Intel. Navíc se zdá, že AMD se na této pozitivní vlně veze doposud a má dobře našlápnuto i do budoucna.

Nástup architektury Zen

Základem nové generace procesorů (tehdy šlo o řadu Ryzen 1000 nazývanou také jako Summit Ridge) se stala mikroarchitektura AMD Zen, kterou AMD vedle běžných PC procesorů využívá také u serverových procesorů Epyc. Postavena byla na 14nm výrobním procesu a ačkoli ve srovnání s předchozími generacemi jako Bulldozer nebo Piledriver přinášela mnoho zajímavých technických vylepšení, alespoň z počátku o „žádný velký trhák“ nešlo. AMD však dokázalo bez větších přehmatů a chyb rychle postupovat kupředu a svá řešení neustále vylepšovalo.

Procesorům Ryzen byl na začátku v porovnání s Intelem často vytýkán zejména nižší výpočetní výkon na jedno jádro, což dokázaly kompenzovat nasazením většího počtu jader. Chlubily se ale výhodným poměrem mezi cenou a výkonem. Celkově tak byly velmi konkurenceschopné. Díky tomu dokázaly postupem času rozhýbat i v té době dosti zkostnatělý Intel, který inovoval jen velmi rozvážně, protože dokud neměl v zádech konkurenci, nic ho k tomu vlastně nenutilo.

Rok poté, co byly do prodeje uvedeny Ryzeny řady 1000, se na trh dostaly vylepšené modely Ryzen řady 2000 (Pinnacle Ridge), které vycházely z mírně vylepšené platformy Zen+. Tato série již využívala 12nm výrobní proces a přinesla také změny v jádře, vyšší takty, vyšší IPC a platformu X470. Novinkou byla například i podpora hybridního úložiště StoreMI, která umožňovala efektivněji využívat kombinaci SSD a HDD úložišť. Tato technologie se však nikdy výrazněji nerozšířila. Stále se používalo rozhraní PCI Express 2.0.

Na 12nm variantě původní architektury Zen (Plus) stavěly také procesory (s kódovým označením Picasso), které se na trh dostaly na začátku roku 2019 a které již nesly označení Ryzen 3000. Primárně se však toto označení spojuje s pozdějšími CPU založenými na inovované platformě Zen 2.

Upevnění pozic díky Zen 2

Ještě předtím, na konci roku 2018, AMD oficiálně odhalilo platformu Zen 2, která po dvou letech slibovala další posun. Při výrobě jader Zen 2 se využíval 7nm proces, nově u TSMC. Do té doby AMD využívalo kapacit společnosti GlobalFoundries, která však již 7nm produkci neuvedla do provozu. Nový výrobní proces sliboval až 25% zvýšení výkonu při zachování stejné spotřeby. Oproti 14nm procesu byla slíbena také až dvojnásobná hustota tranzistorů.

Architektura Zen 2 přinesla velké množství novinek a vylepšení. Došlo na navýšení IPC a hlavně k zefektivnění provozu (například díky lepšímu přednačítání dat do paměti nebo zdokonalené predikci větvení). Zásadním zlepšením bylo nasazení 256bitového FPU a zvýšení propustnosti díky rozšíření sběrnice Infinity Fabric na 512 bitů.

Na procesory Ryzen 3000 (Matisse) postavené na jádrech Zen 2 a 7nm výrobním procesu jsme si počkali až do května roku 2019. CPU využívala patici AM4, podporovala platformu PCI Express 4.0 (až se 40 linkami), přinášela 15% zvýšení IPC a měla dvojnásobnou cache paměť. Z hlediska architektonického provedení jader bylo zásadní změnou rozšíření jednotky pro zpracování SSE a AVX2 instrukcí na 256 bitů. Důležitá byla také podpora pamětí DDR4 s taktem 3 200 MHz. Spolu s novými procesory byla představena také platforma X570.

Někdy v té době začíná AMD přebírat nadvládu nad Intelem, který má potíže s přechodem na svůj 10nm výrobní proces, z čehož se pak společnost dostává další roky. Zdá se, že situace se začíná vyrovnávat až nyní s nástupem procesorů Intel Alder Lake, jejichž první modely přicházejí na trh letos na podzim.

Architektura Zen 2 se později stala také základem řady Ryzen 4000 (Renoir), která byla představena na začátku roku 2020. Tato řada na rozdíl od řady 3000, která byla určena pro desktopy, mířila ve své první inkarnaci do mobilních zařízení a až následně se na trh dostala i v provedení pro stolní počítače. AMD jejich prostřednictvím nabídlo první 15W procesory s osmi jádry, které tak přinesly i do cenově dostupných notebooků hmatatelné zvýšení výkonu. Stále se využíval 7nm výrobní proces a některé modely podporovaly technologii SMT, dokázaly tedy na svých osmi jádrech souběžně zpracovávat 16 vláken. V nabídce však byly i modely se čtyřmi nebo šesti jádry. Na druhou stranu se na těchto čipech odrazila i snaha co nejvíce zmenšit jejich velikost, což se projevilo například jen ve 4MB L3 cache a také na absenci PCI Express 4.0. Přibyla naopak podpora pamětí LPDDR4X na frekvenci 4 266 MHz a snížena byla také spotřeba, která se promítla do delší výdrže při práci na baterii.

Současnost a téměř historické tržní podíly

Před koncem roku 2020 AMD představilo architekturu Zen 3, o které se často hovoří jako o největším úspěchu firmu od doby procesorových jader K8 a procesorů typu Athlon 64. Ryzeny řady 5000 (Vermeer v desktopech a Cezanne v noteboocích) dokázaly Intel předčít v řadě disciplín včetně gamingu. AMD se navíc k energetické efektivitě a již tak dobrému vícevláknovému výkonu podařilo výrazně vylepšit také výkon na jedno vlákno. Stále se využívá 7nm výrobní proces a u desktopu patice AM4. Některé prvky byly převzaty (či jen mírně modifikovány) z předchozí generace. Výrazné změny však mimo jiné prodělalo uspořádání, kdy začala být procesorová jádra nově členěna do bloků po osmi. Mezi další novinky patří unifikovaná 32MB L3 cache a zvýšení IPC až o 19 %, vše však bylo vykoupeno také určitým nárůstem cen.

Na trh se nejprve dostaly desktopové procesory, po kterých o něco později následovaly varianty pro mobilní počítače v řadě variant a které ve všech případech podporovaly SMT, tedy schopnost zpracovat dvě vlákna na jedno jádro. Oproti desktopům přinášely o něco menší výkon a disponovaly také o něco menší cache. Z pohledu zákazníků bylo trochu zvláštní, že mezi modely řady 5000 AMD zařadilo i několik kousků s kódovým označením označení Lucienne postavených na starší architektuře Zen 2.

Ačkoli je současná doba výrazně komplikovaná kvůli problémům s výrobou čipů a dalších součástí i logistikou, alespoň krátce se také pojďme podívat na aktuální tržní podíly obou společností v jednotlivých tržních segmentech. Podle údajů firmy Mercury Research za třetí kvartál roku 2021 patřil AMD 17% tržní podíl v kategorii stolních počítačů a 22% tržní podíl v noteboocích – v prvním případě si tedy společnost meziročně mírně pohoršila, ve druhém si naopak o něco polepšila. Situaci AMD pak dále vylepšují i dodávky producentům herních konzolí, které se do dvou výše zmiňovaných ukazatelů nepromítají. Pro zajímavost si můžeme doplnit, že v serverovém segmentu má AMD aktuálně asi 10% tržní podíl. Z hlediska tržních podílů i dalších ekonomických ukazatelů je tak AMD v posledních letech na vzestupné trajektorii, ale do budoucna bude jistě zajímavé sledovat, jak se projeví nástup procesorů Intel Alder Lake. A zapomínat nesmíme ani na Apple, jehož vlastní armové čipy řady M1 mají rovněž potenciál zamíchat s rozdanými kartami.

Budoucnost

V poslední době se začínají objevovat i informace o připravovaných novinkách. Některé postupně uvolňuje samotné AMD, jiné se prozatím dozvídáme neoficiálně z jiných zdrojů.

Víceméně jisté však je, že další vlny novinek bychom se měli dočkat již v první polovině příštího roku. Od samotného AMD víme, že pracují na dalším vylepšování svých procesorů, a to v oblastech jako jsou architektura jader, vyšší IPC a frekvence, efektivita výrobní technologie nebo použitá platforma. Jednou z hlavních snah, kam bude výrobce do budoucna upínat své síly, je zmenšování procesorových jader a potažmo možnost jich současně nabídnout více než konkurence. Kromě škálování výkonu tím bude možné dosáhnout i dalšího snížení spotřeby.

AMD samozřejmě bude pokračovat v rozvoji platformy Zen. V příštím roce bychom se měli dočkat architektury Zen 4, která by měla přinést 5nm výrobní proces, podporu PCI Express 5.0, DDR5, instrukce AVX-512 a patici AM5.

Ještě před Zen 4 se nejspíš dočkáme mírně vylepšené architektury Zen 3, o které se aktuálně hovoří jako o variantě „XT“. Dramatické inovace nelze očekávat, půjde spíše o mírnou evoluci v podobě vyšších frekvencí a podobně.

Další novinkou, kterou AMD ještě stihne doručit i do procesorů spadajících do generace Zen 3, je speciální vertikální pouzdření 3D V-cache. To umožňuje díky spojení více vrstev křemíku na obalu jádra výrazně rozšířit cache paměť, která by se navíc měla chlubit i špičkovou propustností a ulevit tak přesunům dat mezi procesorem a RAM. Oficiálně již víme, že AMD nejprve tuto technologii použije u serverových CPU Epyc Milan-X. Ryzeny by měly následovat později v příštím roce.

AMD se chce i nadále soustředit na power management svých procesorů. Nepřímo potvrzená je také příprava tzv. hybridních procesorů, které kombinují výkonné čipy s vyšší spotřebou s méně výkonnými čipy zaměřenými naopak na co nejnižší konzumaci energie. Ostatně, tento přístup je již delší dobu běžný u procesorů typu ARM a pracuje s ním i Intel u své nejnovější série Alder Lake. Obecně se tomuto přístupu říká big.LITTLE a menší a pomalejší jádra by se u AMD snad mohla označovat jako „Zen4D“.

Dočkat bychom se měli také přítomnosti stále většího množství specializovaných (neprocesorových) jader, vhodných například pro akceleraci různých mediálních formátů, strojové učení či podporu telekonferenčních funkcí.

Nástupu architektury Zen 5, která již bude nejspíš plně adaptována na 3nm výrobní proces, se pravděpodobně nedočkáme dřív než v roce 2023. Podle dnes dostupných spekulací a produktových plánů se však opět máme na co těšit.