AMD RYZEN Prozessor
AMD ZEN-Architektur
Mit der AMD ZEN Architektur und dem RYZEN-Prozessor möchte AMD nicht nur ein Korrekturschliff in Form eines Upate dem Prozessor verpassen, sondern entwickelt mit Jim Keller zusammen eine völlig neue Architektur.
Die RYZEN-Prozessoren besitzen mindestens ein CCX (CPU-Compex). Dieses besteht aus 4 Integer-Kernen samt FPU, einem L1, L2 und einen gemeinsamen L3-Cache, der jedoch in 4 Teile aufgeteilt ist. Dieser ist jedoch von allen Kernen verwendbar.
Im Branch-Prediction-Bereich werden die Operationen vorsortiert. Ein Teil davon wird über den 64kByte großen Instruction Cache geleitet und dann im Decoder verarbeitet. Der Befehl wird dann an den Micro-op Queue weitergeleitet. Der Teil, der nicht vom Branch Prediction an den Instruction Cache geleitet wird, wird direkt im Op Cache verarbeitet und dann direkt an dem Micro-op Queue geleitet. Dieser entscheidet dann, ob der Befehl zum x86-Register geleitet wird, oder ob die FPU diesen verarbeiten muss. Im Integer-Core wird der Befehl im Integer Rename verarbeitet und dann durch einen der 6 Scheduler geleitet und in den ALUs (arithmetische-logische Einheit) oder in den AGUs (Adressen Generations Einheit) verarbeitet. In den Load/Store Queues werden die Operationen an den 32 kByte großen Datencache weitergeleitet und zwischengespeichert.
Die Befehle, die nicht durch den X86 Core, sondern durch die FPU geleitet werden, werden im FPU Rename aufgearbeitet, im Scheduler getimed, und dann an die Multiply- und Add-Register weitergeleitet. Im Floating Point Register File werden die Operationen an den Daten-Cache weitergeleitet, wo auch die zwischengespeicherten Integer Operationen hinterlegt worden sind.
Beide Operationen, also die Integer-Berechnungen sowie die Fließkommaberechnungen werden über den 32 kByte großen Datencache an den 512 kByte großen L2-Cache weitergeleitet.
Bestandteile des AMD RYZEN „System on Chip“
Der AMD RYZEN Prozessor besteht im Wesentlichen nicht nur aus einem oder mehreren CCX (Compute-Complex) sondern dieser beinhaltet folgende zusätzliche Komponenten:
Speichercontroller
AMD setzt beim RYZEN-Prozessor auf einen reinen DDR4-Speichercontroller. Somit sind DDR3-Speicher und frühere Generationen nicht mehr mit dem Prozessor kompatibel. Mit dem Dual-Channel Modus kann eine Bandbreite von 128 Bit realisiert werden. Als maximaler Takt wird DDR4 2666 unterstützt und kann auch DDR4-2133-Speicher unterstützen. RYZEN ist mit dem eingesetzten Speicher jedoch sehr wählerisch. Soll DDR4 2666 unterstützt werden, müssen ausschließlich Single-Rank-Module eingesetzt werden. Bis DDR4 2400 sind auch Double-Rank Module lauffähig. Wird das System komplett mit 4 Modulen bestückt, fällt der Speichertakt auf DDR4 2133.PCI Express Anbindung für Grafikkarten:
Bei den Bulldozer- und Piledriver-Prozessoren war die Northbridge für die Anbindung der Grafikkarten und Grafikkartengespanne verantwortlich. Die AMD 990FX, 990X sowie der 970 Northbridges haben die Grafikkarten über den PCI Express verwaltet. Das maximal unterstützte Übertragungsprotokoll war PCI Express 2.0. Bei den AMD RYZEN-Prozessoren sind die PCI-Express Lanes direkt mit dem Prozessor verbunden und unterstützt PCI Express 3.0 mit maximal 20 Lanes. 16 davon sind ausschließlich für Grafikkarten gedacht. Werden Multi-GPU-Gespanne auf dem Mainboard verbaut, lassen sich Multi-GPU SLI-Systeme aus 2x 8 Lanes (Generation 3.0) bilden.Bei CrossFireX Systeme sind entweder 2x 8 Lanes (Generation 3.0) als 2-Way CrossFireX möglich, oder 3-Way CrossFireX mit den 2x 8 Lanes (Generation 3.0) plus 1 x4 Lanes (Generation 2.0) vorhanden, sofern man ein Mainboard einsetzt, was einen geeigneten AMD I/O-Hub verwendet.
AMD I/O-Hub-Anbindung
AMDs RYZEN-Prozessoren kommunizieren über weiteren 4 PCI Express 3.0 Lanes für die Anbindung der I/O-Hubs. Die I/O-Hubs stellen weitere Schnittstellen bereit und bieten hinsichtlich des I/O-Hubs mehr Variabilität. Über die I/O-Hubs werde ich später im Verlaufe des Textes nochmals darauf zurückkommen.SATA, NVMe, USB-Schnittstellen, Audio-Codec, BIOS und Sonstiges
Des Weiteren beinhalten AMD RYZEN-Prozessoren die direkte Anbindung an Speichergeräte. Dafür werden 4 PCI Express 3.0 Lanes verwendet. Dabei sind folgende Konfigurationen möglich:entweder M.2-SSDs mit 4 PCIe 3.0 Lanes
oder 2x S-ATA 3.0 + M.2-SSD mit 2 PCIe 3.0 Lanes
oder 2x S-ATA 3.0 + 1x S-ATA Express
Setzt man also eine M.2-SSD und steuert diese mit 4 Lanes an, liegen alle anderen Ports brach. Steuert man die M.2-SSD mit 2 Lanes an, können weitere 2 S-ATA 600-Schnittstellen direkt an den Prozessor angebunden werden. Verwendet man, sofern das verwendete Mainboard S-ATA Express unterstützt, S-ATA Express und S-ATA 600 Schnittstellen, liegt der M.2-Slot für SSDs brach. Jedoch werden weitere S-ATA-Ports über den I/O-Hub zur Verfügung gestellt.
Ebenso werden 4 USB3.0 Ports direkt über den RYZEN-Prozessor bereitgestellt. Weitere Schnittstellen sind ebenso auf dem I/O-Hub verfügbar.
Auch die Anbindung des Audio-Codes befindet sich auf dem Prozessor. Dieser unterstützt HD-Audio mit bis zu 7 Kanälen.
Zuletzt wäre die Anbindung des UEFI-BIOS sowie der LPC-Controller direkt auf dem Prozessor. Der LPC-Controller entspricht einem Controller, der althergebrachte Hardware-Komponenten, wie z.B. der Echtzeituhr, dem Intervall-Timer, den DMA-Controller und den damaligen PS2-Schnittstellen mit einem aktuellen PC-System vereint.
Auf konventionellen PCs müsste die Southbridge die Kommunikation mit der Northbridge, den USB-Schnittstellen, S-ATA-Schnittstellen, BIOS und den LPC übernehmen.