AMD hé lộ hoàn toàn kiến trúc CPU Zen: Mối lo ngại thực sự của Intel

Tại hội nghị Hot Chip lần thứ 28, AMD đã mang đến rất nhiều thông tin về kiến trúc Zen của họ. Các CPU trên nền Zen sẽ được bán ra vào cuối năm nay, tập trung chính vào hiệu năng, tốc độ xử lý dữ liệu và hiệu suất. Zen sẽ là quân bài chiến lược của AMD để quay trở lại thị trường CPU phổ thông và cao cấp.

 

Kiến trúc Zen sẽ dựa trên tiến trình 14nm FinFET. Trên thế giới hiện nay chỉ có Global Foundries và Samsung sở hữu tiến trình này và khả năng cao GF sẽ được AMD tin tưởng chọn mặt gửi vàng để phát triển thế hệ Zen của họ. Các nhân Zen được giới thiệu sở hữu nhiều tập lệnh hơn 40% cho với thế hệ Excavator trước. Với bước nhảy vọt này, AMD mang tham vọng cạnh tranh sòng phẳng với các CPU của Intel. Một trong những con bài chiến lược đầu tiên là Summit Ridge với 8 core Zen đối đầu trực tiếp với các CPU 8 core Broadwell-E.

 

Về cơ bản, kiến trúc Zen bao gồm 4 nhân, mỗi nhân kết nối trực tiếp với một bộ nhớ đệm L3 cache. 8 MB L3 cache sẽ được cắt làm 4 phần với mỗi phần gồm 2 mảnh L3 có dung lượng 1 MB. Tất cả các nhân Zen sẽ đều có thể truy xuất vào các khối cache này với tốc độ như nhau.

 

Mỗi nhân sẽ lại có 2 luồng. Chúng ta sẽ có CPU 4 nhân 8 luồng hoặc 8 nhân 16 luồng, tuỳ theo thiết kế của từng mã CPU. Mỗi nhân Zen sẽ có 1 khối xử lý thập phân với 6 luồng bao gồm 4 ALU, đơn vị xử lý thuật toán logic và 2 AGU, đơn vị khởi tạo lệnh xuất.

Mỗi AGU này có thể cùng lúc xử lý 2 lệnh tải 16-byte và một lệnh lưu trong một vòng tuần hoàn thông qua bộ nhớ ghi ngược L1 cache 8 chiều có dung lượng 32 KB. Theo AMD, việc chuyển từ bộ nhớ ghi qua sang ghi ngược sẽ giảm thiểu được thời gian chờ của một số dạng tập lệnh. Bộ nhớ tải/lưu trên Zen có độ trễ được cải thiến rất nhiều so với Excavator.

 

Một trong những tính năng được đón nhận nhất của Zen là khả năng hỗ trợ SMT, hỗ trợ xử lý đa luồng đồng thời. Nhờ khả năng này, thiết kế của Zen có thể tiệm cận được tới các công nghệ hiện hành của Intel. Thiết kế SMT sẽ cải thiện khả năng xuất tập lệnh nhờ thực hiện hai luồng cùng lúc. Các luồng ảo này sẽ hiển thị như một core riêng biệt với các phần mềm và nhờ thế có thể đặt được nhiều tài nguyên xử lý vào tay các ứng dụng. Ngoài SMT, Zen cũng sẽ hỗ trợ thêm khá nhiều các tập lệnh điều hướng mới như ISA, ADX, RDSEED, SMAP, SHA1, XSAVEC, CLZERO và PTE Coalescing.

 

AMD cũng từng đề cập tới hệ thống bộ nhớ đệm hoàn toàn mới trên thế hệ CPU mới của họ. Với các thông tin mới, chúng ta có thể hiểu thêm phần nào về hệ thống cache này. Bộ nhớ cache sẽ bao gồm một L2 cache cho mỗi core (512 KB L2 L+D 8 chiều) và một L3 cache (8MB L3 L+D 16 chiều). Mỗi core còn có cache 64 K L1 L 4 chiều và cache 32K L1 D 8 chiều. Nhờ thiết kế này, tốc độ băng thông sẽ được cải thiện, giúp cho tốc độ truyền tải từ cache sang cache sẽ có bước nhảy vọt từ 2 đến 5 lần.

 

Từ lâu, AMD vẫn bị chỉ trích vì khả năng mang lại hiệu năng cao nhưng hiệu suất vô cùng thấp. Zen cho thấy nỗ lực của AMD để chứng minh điều ngược lại. Với kĩ thuật lý xung nhịp clock-gating trên nhiều khu vực, tiêu hao điện năng trên Zen sẽ được giảm thiểu nhờ đó tăng hiệu suất của sản phẩm.

 

Xuất quân đầu tiên, Summit Ridge sẽ được bán ra vào cuối năm nay. Sau khi ra mắt với số lượng hạn chế, AMD sẽ đẩy mạnh sản xuất đại trà và đưa Summit Ridge tới tay người tiêu dùng vào Quý I 2017, đặc biệt là những người đang có ý định nâng cấp hoặc dựng dàn máy chơi game mới.

 

Summit Ridge cũng được hứa hẹn sẽ gây ấn tượng khi từ bỏ chipset AM3+ và FM2+ vốn đã dần lỗi thời. Nền tảng AM4 sẽ mang tới nhiều tính năng mới như hỗ trợ DDR4, PCI-e Gen 3.0 và các cổng kết nối I/O mới. Summit Ridge cũng sẽ có nhiều tên mã với số core từ 4 đến 8. Tất cả đều hỗ trợ đa luồng và có khả năng ép xung. Phiên bản 8 core của Summit Ridge hứa hẹn sẽ có một mức giá cạnh tranh so với mức 999 USD của Broadwell-E 8 core. Nếu đang có ý định dựng máy chơi game mới, người dùng có thể chờ đợi một chút đến năm sau để kết hợp Summit Ridge 8 core với GPU Vega sử dụng bộ nhớ HBM2.

 

Theo kế hoạch, sau Zen cho máy tính bàn phổ thông, AMD sẽ giới thiệu các CPU Zen cho thị trường máy chủ. Trước đó AMD đã từng giới thiệu CPU Naples với 32 nhân 64 luồng, nhắm tới thị trường máy chủ và workstation chạy 2 CPU. Vào Quý II 2017, chúng ta sẽ được thấy những con quái vật với 64 nhân 128 luồng và không lâu sau đó sẽ như hổ chắp thêm cánh khi được kết hợp với GPU Vega hàng khủng vào năm 2018.

 

AMD thực sự cho thấy họ đã nghiêm túc nỗ lực để cạnh tranh với Intel bằng Zen. Trong năm 2017, AMD cũng sẽ trình làng APU Raven Ridge cho thị trường di động cũng như các giải pháp SOC. Zen thực sự là một kiến trúc đầy hứa hẹn và hãy cùng chờ xem con át chủ bài này giúp AMD vươn lên cạnh tranh với ngang phân Intel một lần nữa.