Глубокий взгляд на мобильные процессоры AMD 5000-й серии

В первой половине этого года основные усилия AMD в пользовательском сегменте будут направлены на продвижение мобильных процессоров серии Ryzen 5000, анонсированных на CES.

Cezanne vs. Renoir

Эти 14 чипов, объединенные кодовым наименованием Cezanne, разработаны для широкого диапазона ноутбуков, который охватывает практически весь спектр – от тонких и легких ультрабуков до игровых машин. Процессоры этой серии могут содержать до 8 ядер/ 16 потоков и в обязательном порядке оснащаются встроенной графикой из существующей линейки Radeon.

Основываясь на опыте прошлогодней серии мобильных процессоров Ryzen 4000, в этом году AMD ставит своей целью максимально облегчить и ускорить переход на новое поколение процессоров в партнерских ноутбуках, число производителей которых растет, что говорит о росте статуса мобильных технологий AMD. Начиная со следующего месяца и до конца года AMD планирует внедрить процессоры серии Ryzen 5000 в 150 новых моделей ноутбуков и таким образом еще больше усилить свои позиции в мобильном сегменте.

Сегодня мы рассмотрим технологии, на которых базируются эти процессоры, более подробно, что поможет нам в ближайшее время оценить ноутбук Asus ROG Flow X13 с топовым процессором этой серии.

Что нового предлагают мобильные технологии AMD в 2021 году?

Надо понимать, что для мобильной серии Ryzen 5000 время выхода на рынок является ключевым стимулом. Поскольку производители топовых ноутбуков, как правило, обновляют свои линейки ежегодно, способность вовремя предложить им новые, более быстрые и эффективные технологии – это большое преимущество. Именно поэтому AMD в своих мобильных схемах использует модульный подход, позволяющий быстро интегрировать наиболее актуальные модернизированные компоненты в микросхему SoC и в то же время постепенно, путем последовательных улучшений оптимизировать общую концепцию процессинга, что естественно происходит по мере накопления опыта.

Вышеприведенные слепленные вместе блочные схемы позволяют наглядно сравнить 5000-ю серию с текущей 4000-й, известной под кодовым наименованием Renoir. Их главная общая черта – обе компоновки продуманы в расчете на быструю модификацию микросхемы с заменой ключевых компонентов и быстрый вывод ее на рынок, о чем мы только что говорили. Это фирменный подход AMD: гибкая модульная архитектура SoC, служащая базой для быстромодернизируемых процессоров.

Основным нововведением, конечно, являются новые ядра CPU Zen 3, пришедшие на смену Zen 2. Поскольку новые ядра используют встроенный кэш большего объема, который занимает дополнительное пространство, общий размер SoC по сравнению с Renoir увеличился со 156 мм² (9.8 млрд транзисторов) до 180 мм² (10.7 млрд транзисторов). Преимущества модульного подхода подчеркивает и тот факт, что новейшие ядра Zen 3 вошли в состав мобильных процессоров всего через три месяца после своего дебюта в настольной серии Ryzen 5000. Давайте посмотрим на особенности их реализации в мобильных чипах.

Более высокая эффективность Zen 3 в части IPC (количества выполняемых за такт инструкций) уже подтверждена результатами тестов. Совокупность всех изменений относительно Zen 2 дает плюс 19% в каждом такте. Как и в настольном варианте, ядра Zen 3 упакованы в монолитный кристалл, где каждое ядро имеет доступ к общему объединенному кэшу L3, объем которого увеличен вдвое; это позволило снизить задержку и повысить производительность в реальных приложениях практически при любом виде нагрузки.

Снижение энергопотребления при переходе от поколения к поколению имеет первостепенное значение, и здесь изобретательность AMD себя исчерпывает. В частности, весьма «прожорливым» оказывается контроллер памяти, поскольку он остается включенным (а значит, потребляет энергию) при любом режиме работы SoC. Уменьшение этого фонового энергопотребления очевидно способствовало бы увеличению времени автономной работы ноутбука в режиме невысокой нагрузки.

В мобильных процессорах серии Ryzen 5000 во время работы с легкой нагрузкой SoC переводит физический интерфейс памяти (PHY) на очень низкое напряжение, переходя на более эффективный низковольтный режим взаимодействия с памятью DDR4 с выключением привязанного к PHY регулятора напряжения. Наибольший эффект это дает, когда SoC работает с очень низкой интенсивностью – в режиме простоя или веб-серфинга – по сравнению с процессорами предыдущего поколения Renoir энергопотребление в режиме слабой нагрузки заметно снизилось.

Энергообеспечение, модельный ряд и производительность

В рамках концепции увеличения времени автономной работы ноутбуков мобильные процессоры Ryzen 5000 также получили технологию совместного управления мощностью и производительностью (Collaborative Power and Performance Control, CPPC), которая применяется в настольных процессорах AMD начиная с серии Ryzen 3000. Технология CPPC позволяет обеспечить более дифференцированный контроль частоты и напряжения CPU по сравнению с традиционным ограниченным набором режимов P-States, предлагаемых операционной системой. В технологии CPPC процессор сам оптимизирует кривую напряжения/частоты (voltage/frequency, VF) для каждого приложения, выбирая ровно такой уровень энергопотребления, который нужен, и не больше. Это более экономичный подход, чем использование P-States, который положительно сказывается на времени автономной работы, а возможность быстро переключаться между различными точками кривой VF улучшает отклик.

В отличие от предыдущих поколений, в которых напряжение CPU было привязано к GPU, в этот раз AMD их разделила – так, что теперь ядра Zen 3 могут работать на различных, более низких напряжениях, в зависимости от гетерогенной вычислительной нагрузки. Это целесообразно с точки зрения энергетической эффективности, поскольку в такой схеме ядра, работающие с меньшей скоростью, могут соответственно снизить свое энергопотребление намного сильнее, чем в связанной схеме предыдущего поколения.

Низковольтный режим физического интерфейса памяти, технология CPPC и развязка напряжений CPU в сумме дают, согласно заявлениям AMD, до двух часов прибавки к времени автономной работы у ноутбуков с новейшими чипами по сравнению с точно такими же мобильными системными конфигурациями, но с процессорами 4000-й серии.

Итак, ключевые аспекты модернизации в этом поколении мобильных процессоров – повышение энергетической эффективности и включение в состав APU новых высокопроизводительных ядер CPU Zen 3. Учитывая также временной приоритет и стремясь как можно скорее выпустить новые процессоры следом за прошлогодней серией Renoir, в графической части SoC нового поколения AMD оставила давно опробованную и апробированную архитектуру Vega. Возможно, это разочарует тех потенциальных покупателей, которые предпочли бы видеть здесь более новую технологию RDNA (2), представленную в дискретных настольных видеокартах AMD. Мы бы тоже от этого не отказались, но можем понять и решение компании использовать надежный проверенный IGP в ситуации, когда время является решающим фактором.

Но даже при таком раскладе, по словам AMD, они смогли повысить производительность встроенной графики за счет увеличения максимальной частоты графического ядра на 350 МГц – до 2100 МГц, что стало возможным благодаря оптимизации кривой VF GPU и всестороннему повышению энергетической эффективности SoC. Другими словами, во многих рабочих ситуациях IGP может получать больше энергии с более совершенным контролем мощности на всех частотах – и при всем при этом общее значение TDP чипа не повысилось.

Мобильная линейка Ryzen 5000 включает в себя 14 процессоров, каждый из которых представляет собой APU со встроенной графикой. Шесть чипов серии U имеют стандартное значение TDP 15 Вт, которое можно слегка подвинуть в большую или меньшую сторону (плюс-минус несколько ватт), – эти процессоры предназначены главным образом для тонких и легких ноутбуков, как правило, не оснащаемых дискретной графикой. Остальные восемь представляют серию H: эти процессоры используют все те же самые технологии, но располагают большим бюджетом мощности – 35-45 Вт, что позволяет повысить производительность на всех фронтах.

При внимательном взгляде на слайд легко заметить, что три процессора серии U используют ядра Zen 2. Должны ли все компоненты мобильной серии Ryzen 5000 оснащаться ядрами Zen 3? AMD по этому поводу говорит, что в свете модульного подхода к проектированию микросхем некоторые заказчики предпочитают использовать новейшую архитектуру SoC, но при этом вполне довольны производительностью (и ценой) ядер CPU предыдущего поколения; это еще больше упрощает процесс ежегодного обновления моделей ноутбуков, тем более что TSMC, скорей всего, изготовила большой запас кристаллов Zen 2.

В этом есть рациональное зерно, но важно понимать, что эти чипы – больше, чем просто ребрендинг соответствующих аналогов 4000-й серии. Ядра Zen 2 в них интегрированы в новейшую схему SoC 5000-й серии, которая обеспечивает большую энергетическую эффективность, как было показано выше. Эти гибридные чипы получили кодовое наименование Lucienne, выделяющее их из линейки Cezanne, оснащаемой ядрами Zen 3. В любом случае, прежде чем покупать ноутбук Ryzen 5000, обратите внимание на номер модели процессора.

Мы составили сводную таблицу, по которой можно сравнить характеристики чипов 2021-го года и их предшествующих аналогов из серии 2020-го года Renoir.

Новые процессоры вдохновляют. Выбор большой.

В модельном ряду AMD появились две новые опции. Процессоры серии HX позиционируются как лучшие мобильные процессоры для геймеров и разработчиков контента. В серии HX используются те же технологии, что и в существующей серии HS, но в дополнение к этому AMD разрешает партнерам, оснащающим свои ноутбуки процессорами HX, увеличивать лимит TDP до значений более 45 Вт. Такой маневр в принципе позволяет перейти в более высокую скоростную категорию, хотя по спецификациям превосходство процессоров HX над соответствующими компонентами HS не выглядит из ряда вон выходящим.

В качестве бенчмарка, подтверждающего теоретические выкладки, AMD представила результаты популярного теста Cinebench R20, в котором «быстрейший мобильный процессор» набрал 4349 баллов (в многопоточном режиме). Если посмотреть последние обзоры настольных процессоров, то можно сказать, что это комфортный отрыв от Core i5-10600K или Ryzen 5 3600XT. AMD не сравнивает здесь производительность встроенной графики своих APU и конкурирующих процессоров Intel, поскольку, говорят они, ноутбуки с этими процессорами все равно оснащаются дискретной графикой от AMD или Nvidia.

Результаты серии U, возможно, выглядят еще более впечатляюще в аспекте эволюции 15-ваттных SoC. Здесь мы наблюдаем не менее чем 10%-ный годовой рост производительности относительно очень приличных чипов Renoir.

Вот этого можно ожидать от ноутбуков на APU AMD 2021-го года: увеличение производительности CPU примерно на 10% и соответствующий рост показателей встроенной графики.

Означает ли это их абсолютное чемпионство в мобильном сегменте? Тут мы не можем ничего утверждать, пока не появятся результаты сравнительного тестирования этих процессоров и их новейших конкурирующих аналогов от Intel, тем более что в этой области позиции синих по-прежнему сильны. Быстрый переход от поколения Renoir к поколению Cezanne/Lucienne также показал, что AMD не смогла существенно улучшить другие характеристики своих процессоров, не имеющие непосредственного отношения к производительности. Например, SoC обеспечивает подключения внешних периферийных устройств через интерфейс PCIe 3.0, что идет вразрез с мантрой AMD о встроенной поддержке PCIe 4.0, которая была реализована в настольных процессорах. А процессоры Intel Tiger Lake поддерживают PCIe 4.0, что означает их потенциальное преимущество над Cezanne в этом аспекте.

В целом же AMD предлагает убедительную линейку мобильных SoC для широкого диапазона ноутбуков – от высокопроизводительных игровых до ультрабуков. Если 2020-й стал для AMD годом обретения уверенности в своих силах в мобильном сегменте, то 2021-й обещает пройти под знаком дальнейшего развития успехов компании на мобильном рынке.