Zen (Mikroarchitektur)

Blockschaltbild AMD-Epyc-CPU:
Multi-Chip-Modul mit 4 Zeppelin-Chips

Am 20. Juni 2017 präsentiert AMD den Serverprozessor mit Codenamen „Naples“, welcher den Handelsnamen Epyc erhielt. Es handelt sich dabei um ein 4-Chip-Modul, welches aus Zeppelin-Einzelchips aufgebaut ist. Es werden Varianten für Ein- oder Zwei-Sockel-Systeme angeboten.

Die große Anzahl an I/O-Verbindungen bzw. PCIe-Lanes und die hohe Speicherbandbreite durch 8 Speicherkanäle übertreffen zu diesem Zeitpunkt das Konkurrenzprodukt Intel Xeon (Broadwell). Epyc ist damit im Servermarkt konkurrenzfähig, Motherboards mit PCI-Express-OcuLink-Verbindern, die jeweils 4 PCIe-Lanes zum Anschluss von schnellen NVMe-Solid-State-Drive-Massenspeichern nutzen, werden angeboten.[21]

Im Februar 2018 brachte AMD eine weitere Baureihe von Serverprozessoren unter dem Markennamen Epyc heraus, die mit den Xeon-D Prozessoren von Intel konkurrieren.[22][23] Sie bestehen aus einem oder zwei (auf einem Multi-Chip-Modul) Zeppelin-Chips, die in einem neuen BGA-Lötsockel integriert werden.[24] Es wird eine lange Verfügbarkeit von 10 Jahren versprochen, bis zu acht 10-Gbit-Ethernet-Kanäle sollen integriert sein. Die hohe Ein-/Ausgabe-Performance durch die 64 bzw. 32 PCIe-3.0-Lanes wird besonders beworben. Gedacht sind diese Prozessoren für sogenannte Edge Server oder Embedded Server, kleine Ein-Sockel-Systeme für IoT-Anwendungen.

Blockschaltbild AMD-Threadripper-CPU:
Multi-Chip-Modul mit 2 Zeppelin-Chips

Am 10. August 2017 erschien die High-End-Desktop-Modellreihe Ryzen Threadripper im LGA-Package für den Sockel TR4. Dabei sind die Pins nicht mehr wie bei AMD-Prozessoren üblich am Prozessor, sondern auf dem zugehörigen Sockel zu finden. Vier Modelle kamen im August 2017 auf den Markt: Der Ryzen Threadripper 1950X mit 16 Kernen und 32 Threads kostete 999 US-Dollar, während der kleinere Prozessor Ryzen Threadripper 1920X mit 12 Kernen und 24 Threads 799 US-Dollar, jeweils vor Steuern, kostete. Der 1920X läuft mit 3,5 GHz Basistakt und 4,0 GHz Turbo-Takt. Die Basistaktfrequenz des 1950X liegt bei 3,4 GHz und damit 0,1 GHz niedriger, die Turbo-Taktfrequenz beträgt jedoch ebenfalls 4,0 GHz. Außerdem kamen noch die Modelle 1900X und 1920 auf den Markt. Das Modell 1900X hat 8 Kerne und 16 Threads sowie 16 MB L3-Cache. Das Modell 1920 hat 12 Kerne und 24 Threads mit 32 MB L3-Cache in einer wie vom Ryzen 5 und 7 bekannten Non-X-Variante mit niedrigerem Basistakt und eingeschränktem XFR.[25] Der Sockel TR4 ist mit dem Epyc/Naples-Sockel SP3r2 eng verwandt. Er verfügt über 64 PCIe-Lanes, 4 DDR4-Hauptspeicherkanäle und unterstützt bis zu 2 TB Arbeitsspeicher und verwendet den (mit dem X370-Chipsatz verwandten) X399-Chipsatz.

Zuvor war über acht verschiedene Modelle unter dem angenommenen Namen Ryzen 9 von 16- über 14- und 12- bis zu 10-Kern-CPUs spekuliert worden.[26][27] Jedoch basierten diese Spekulationen auf Falschmeldungen und erhärteten sich nicht. 10- oder 14-Kern-CPUs könnten demnach nicht produziert werden, da die Kerne auf den vier verwendeten CPU-Complexes (CCX) immer symmetrisch abgeschaltet werden müssten.[28]

Am 6. August 2018, fast ein Jahr später, stellte AMD die 2. Generation der Ryzen-Threadripper-CPUs vor. Das neue Top-Modell Ryzen Threadripper 2990WX hat 32 Kerne und 64 Threads. Die Threadripper-2000-Serie basiert jetzt ebenfalls auf der Zen+-Architektur wie die Ryzen-2000-Serie und kann in bestehenden TR4-Mainboards mit X399-Chipsatz betrieben werden. Die WX-Modelle, die im Gegensatz zu den anderen Varianten aus einem MCM mit 4 Chips (statt wie bisher 2) bestehen und damit weitgehend dem Epyc-Server-Prozessor entsprechen, benötigen ob der auf 250 W gestiegenen TDP eine Freigabe durch den Mainboardhersteller.

Ryzen 1800X

Die ersten Prozessor-Modelle der Ryzen-Serie waren die Modelle Ryzen 7 1800X, Ryzen 7 1700X und Ryzen 7 1700.[29] Als reine CPU ohne zusätzliche Grafikeinheit bieten sie mit jeweils acht Kernen durch Simultaneous Multithreading (SMT) 16 Threads. AMD gibt für neue Modelle nur einen garantierten Grundtakt an. Der angegebene Turbotakt wird nur bei Last auf maximal zwei Kernen angelegt, der Turbotakt für Last auf allen Kernen ist niedriger. Mittels XFR (Extended Frequency Range) kann der Prozessor bei genügender Kühlung und Last auf nur zwei Kernen den Takt in 25-MHz-Schritten sogar über den Turbotakt hinaus erhöhen[30].

Mit der 2. Generation (Zen+) und der Fertigung im 12-nm-Prozess wurden Taktbarkeit und Leistungsaufnahme verbessert. Der Turbotakt wird im Zusammenspiel mit XFR2 nicht mehr nur auf zwei Kernen, sondern je nach Temperatur- und Leistungsbudget auf alle Kerne angewendet. Eine Angabe, wie viel Mehrtakt möglich ist, unterbleibt. Es ist jedoch eine nahezu lineare Taktverteilung je nach Anzahl ausgelasteter Kerne über den Basistakt festzustellen[31].

Die ersten vier verfügbaren Ryzen-5-Modelle kamen am 11. April 2017 zu Preisen zwischen 189 und 279 Euro auf den Markt.[32] Das Modell Ryzen 5 1600X verfügt über sechs Kerne und hat dieselben Taktfrequenzen wie das Modell Ryzen 7 1800X; das Modell Ryzen 5 1500X hat vier Kerne. Der Ryzen 2500X ist nur für OEMs verfügbar.[33] Den Ryzen 5 1600 gibt es in zwei Versionen: OPNB (Ordering Part Number Boxed) YD1600BBAEBOX basiert auf der Zen-Mikroarchitektur und eine September 2019 erschienene Version YD1600BBAFBOX nutzt die Zen+-Mikroarchitektur und ist darum schneller.[34]

Die ersten beiden Modelle der Ryzen-3-Serie kamen am 27. Juli 2017 auf den Markt. Der Ryzen 3 1200 mit einem Basistakt von 3,1 GHz und einem Turbo-Takt von 3,4 GHz, sowie der Ryzen 3 1300X mit einem Basistakt von 3,5 GHz und einem Turbo-Takt von 3,7 GHz, beide ausgestattet mit vier Kernen und vier Threads. Ein Unterschied zwischen den beiden befindet sich also lediglich in ihren Taktfrequenzen und der XFR-Fähigkeit. Der Ryzen 3 2300X ist nur für OEMs verfügbar. Im April 2020 erschien eine Zen+-Version des Ryzen 3 1200 (Zen: YD1200BBAEBOX; Zen+: YD1200BBAFBOX) analog zum Ryzen 5 1600 (s. o.).

Ryzen-Prozessoren mit integrierter Grafikeinheit für den Desktop-Einsatz (APU; „Raven Ridge“) hatten ihre Markteinführung am 12. Februar 2018.[35] Für die beiden Prozessoren erschien jeweils eine GE-Version mit reduziertem Takt und niedrigerer TDP von 35 W am 10. Mai 2018.[36] Im Mai 2018 kam ebenfalls eine mit „Pro“ bezeichnete Version sämtlicher Desktopprozessoren mit Grafikeinheit auf den Markt.[37] Die Pro-Modelle verfügen unter anderem über die Möglichkeit den Arbeitsspeicher mittels „Transparent Secure Memory Encryption“ zu verschlüsseln (ähnlich zu Intels SGX) und richten sich deshalb vor allem an Hersteller von PCs im Business-Umfeld.[38]

In den USA kamen die Prozessoren 2200G für 99 US-Dollar und 2400G für 149 US-Dollar im Februar 2018 auf den Markt. Angesichts ihres guten Preis-Leistungs-Verhältnisses sprach die US-amerikanische Computerzeitschrift ZDNET davon, dass sie den Markt für günstige Personalcomputer insbesondere wegen ihrer guten Grafikleistung „durcheinanderwirbeln“ würden (“The price points at which AMD is selling these new chips makes them particularly disruptive”[39]).

Die APUs der 3000-Klasse sind im Gegensatz zu den CPUs in 12 nm gefertigt (Zen+; „Picasso“) und bringen dadurch nur evolutionäre Verbesserung. Die Markteinführung der 65 W-Modelle erfolgte gleichzeitig mit den 7 nm-CPUs ab dem 7. Juli 2019. Am 30. September wurden die Pro-Modelle der 3000-Klasse angekündigt. Der am 15. November 2019 angekündigte Athlon 3000G gehört hingegen sogar nur zu Zen („Raven Ridge“, manchmal in Zusammenhang mit dieser APU „Raven2“ genannt).

Die Pro-Modelle in der Tabelle sind nur als solche erhältlich, in Listen der von ASRock-Mainboards unterstützten Prozessoren finden sie sich bereits seit Juni 2019 auch bzw. nur als normale Modelle.[40] Mit Ausnahme der Athlons 220GE, 240GE und 3000G existiert auch von allen anderen APUs eine hinsichtlich der in Tabelle angegebenen Daten identische Pro-Version (siehe Beschreibung oben). Alle Ryzen-Prozessoren mit GE-Suffix und alle Pro-Modelle sind OEM-Produkte und für Endkunden in aller Regel nicht zu beziehen.

Im Oktober 2017 kamen die ersten Varianten der für mobile Rechner gedachten Ryzen-Prozessoren, Codename „Raven Ridge“, auf den Markt. Es handelt sich dabei um den bereits von den anderen Ryzen-Prozessoren bekannten Vierkern „Core Complex“ mit einer über „Infinity Fabric“ integrierten Grafikeinheit aus der Baureihe der Vega-Grafikkerne.[41] Da diese Prozessoren nur von Notebookherstellern verbaut werden, waren sie de facto nicht sofort verfügbar. Erste Notebooks mit diesen Prozessoren waren in Deutschland ab Januar 2018[42][43] verfügbar.

Die Prozessoren sind sowohl von der Prozessorleistung als auch von der Grafikleistung und dem Energieverbrauch konkurrenzfähig mit der gleichzeitig erschienenen neuen Intel-Generation „Coffee Lake“.

Am 8. Januar 2018 erschienen zwei weitere Prozessoren aus der Ryzen-3-Serie für eher günstige mobile Geräte: Die Ryzen-3-Modelle 2300U und 2200U.[44] Erste Notebooks mit dem mobilen Ryzen-3-Modell waren in Deutschland im März 2018[45] verfügbar. Beide Prozessoren können vier Threads gleichzeitig verarbeiten. Das Modell 2300U ist ein Vierkern ohne SMT und das Modell 2200U ist ein Doppelkern mit SMT. Die integrierten Grafikeinheiten sind auch in der Leistung reduziert: Der 2300U hat sechs Compute Units (CU), der 2200U nur drei CUs. Nach Angaben von AMD reicht dies aber noch aus, um die Grafikleistung des vergleichbaren Intel-Prozessors Core i3-7100U zu übertrumpfen.[46]

Zur CES 2019 stellte AMD die Ryzen-Mobile-3000-Serie (Codename „Picasso“) vor. Diese neuen Modelle basieren nun auf Zen+, neu sind auch Modelle mit einer TDP von 35 W verfügbar, und es gibt zusätzlich ein Einsteigermodell unter der Marke Athlon.[47]

Zur CES 2020 stellte AMD zwei weitere Einsteigermodelle „Athlon Gold“ und „Athlon Silver“ vor.[48] Ebenfalls erschienen im Januar 2020 erstmals Zen-Prozessoren mit nur 6 W TDP. Der 3020e debütierte im Sommer in Schul-Laptops von Lenovo Education und hat keine Markenbezeichnung. Auch ein Athlon Silver mit dieser TDP wurde vorgestellt, zudem ein Ryzen 3 3250U, dessen technische Daten mit dem 3200U identisch sind. Im Sommer erschien das Modell 3015e mit beschnittenem Speichercontroller (Single Channel, max. DDR4-1600) und niedrigem Grafiktakt.[49]

Im Februar 2018 bringt AMD neben den Epyc-3000-Embedded-Server-Prozessoren eine weitere Reihe von Embedded-Prozessoren heraus, die Ryzen-V1000-Varianten. Sie entsprechen im Wesentlichen (bis auf den BGA-Lötsockel) den Raven-Ridge-APUs. Sie sind gedacht für Embedded-Systeme, die Grafikanwendungen beinhalten, genannt werden als Beispiele Spielautomaten oder medizinische Visualisierungsanwendungen. Eine lange Verfügbarkeit wird versprochen, es gibt zum Erscheinungstermin auch Motherboards für die Prozessoren, die CPU-Packung kommt mit einem FP4 BGA package genannten Lötsockel (37 mm × 29 mm, 0,8 mm pitch)[50][51].