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Review AMD Ryzen 9 5950X y 5900X [AM4 – Zen 3]

Al parecer Q4 de cada año es un periodo donde AMD suele entregarnos novedades con nuevas tecnologías, muchas aveces asociamos a esta etapa del año a renovar el automóvil, sin embargo AMD nos ha tentando a muchos a dar un upgrade y ser parte de los nuevos estándares que ha instaurado dentro del mundo de la tecnología.

En esta oportunidad y luego del anuncio que hizo Lisa Su a principio de octubre, tenemos por fin en nuestras manos la arquitectura Zen 3, una familia de procesadores que desde su anuncio dio mucho que hablar con respecto al salto de rendimiento que esta entregaba, mucho de esto gracias a ese 19% de ganancia en su IPC, ahora es el momento de evidenciar si todo lo visto entonces es cierto.

Sin más preámbulos veamos de que se trata Zen 3 y que cambios en su esquema nos estará entregando.

Arquitectura

AMD se embarcó en lo que describe como, un rediseño de la microarquitectura Zen 2, para ofrecer las ganancias que normalmente veríamos con un diseño completamente nuevo. De hecho, el aumento de ~19% en IPC representa su mayor aumento de una sola generación en la era ‘post-Zen’ (Zen +, Zen 2).

AMD prometió que ZEN3 traería cambios en su diseño, y que con ello habría una serie de mejoras en rendimiento. Estas mejoras están enfocadas en 3 frentes: Rendimiento de 1-core (IPC), Latencia, y Eficiencia Energética.

Lograr las impresionantes ganancias de IPC requirió una serie de modificaciones ‘de adelante hacia atrás’ en el diseño, que incluyen (pero no se limitan a) el subsistema de caché, el front-end, el predictor de ramas, el motor de ejecución y los elementos de carga / almacenamiento, todo con un concéntrese en impulsar el rendimiento de un solo subproceso mientras logra un mejor paralelismo de nivel de instrucción (ILP).

El resultado, es un rendimiento mejorado en todos los ámbitos en cargas de trabajo de punto flotante y enteros, de uno o varios subprocesos. Sin embargo, el límite de potencia de 142W impuesto por el zócalo AM4 restringe el alcance de las ganancias de rendimiento en algunas cargas de trabajo de subprocesos múltiples.

La gran mejora es con respecto al predictor de rama. AMD afirma una predicción de rama de “burbuja cero” con Zen 3, en la mayoría de las predicciones. En caso de que no sepan que es una burbuja en el pipeline principal, es cuando está inactiva debido a un bloqueo de memoria o una predicción de rama incorrecta, en la que todo el pipeline debe vaciarse y cargarse con un nuevo conjunto de instrucciones, desperdiciando preciosos ciclos de ejecución.

AMD introdujo el predictor TAGE para predicciones basadas en L2, mientras que el Predictor Hashed Perceptron se mantuvo para L1. Teniendo en cuenta que el primero ya es bastante eficiente, es probable que se mejore el segundo o quizás ambos.

Dentro de las mejoras en el motor de ejecución, fue sobre las unidades de numero entero, y algunas para punto flotante. Es por esto, que tenemos ahora una unidad mas ancha para enteros, y para punto flotante.

Se paso de 92 INT schedulers a 96 INT schedulers, en una configuración 4×24-entry ALU/AGU, de esta manera la ejecución de instrucciones enteras se aceleró, pasando de 7 issues por ciclo, a 10 issues por ciclo. Al tener schedulers ALU/AGU compartidos, se puede realizar un mejor balance durante las cargas de trabajo, de esta manera, se minimiza la latencia en la ejecución, y con ello, no es necesario aumentar la cantidad de unidades de ejecución ALU.

En lo relativo a la ejecución de Punto Flotante, se tiene una unidad FMAC (Filter Math Accelerator) de 4 ciclos más rápida, con ello se aumentó el ancho de banda de despacho de información. Además, se separaron las unidades F2I y F2I Store, de esta forma se tiene un scheduler mas largo.

La etapa final también tuvo mejoras, entre ellas, la unidad de Store/Queue (STQ) se amplió de 48 a 64 entradas. También, se triplicaron las operaciones por ciclo de memoria, con una cache L1-data de 32KB y 8-way, permitiendo ahora un máximo de 3 cargas por ciclo (2 si son instrucciones de 256bits), y un máximo de 2 almacenamientos por ciclo (1 si son instrucciones de 256bits). Con estos cambios, se tiene una copia mas rápida de cadenas cortas, mejorando el prefetching y la predicción de las dependencias de almacenamiento-carga de la información.

Sin duda, uno de los cambios a nivel de arquitectura que generó comentarios, fue la nueva distribución del CCX dentro de cada CCD. Pasando de una arquitectura de 4 cores por CCX, con 16MB de cache L3 cada uno, a una de 8 cores por CCX, y todos compartiendo 32MB de cache L3. Esto trae como beneficio inmediato una menor latencia en la ejecución de instrucciones, ya que no deben saltar de un CCX a otro, cuando un hilo de ejecución no tenía disponible memoria cache.

Este mismo diseño, lo vimos en los Ryzen 3 3300X, en donde se pasó a una configuración 4+0 en el CCD, a diferencia del Ryzen 3 3100 que tenía una configuración 2+2 en el CCD. Al tener todos los núcleos dentro del mismo CCX, la velocidad de acceso a la memoria caché, era mayor en comparación a la configuración 2+2, en donde los 4 núcleos estaban separados. Esta memoria cache de 32MB, estará compartida por los 8 núcleos del CCX.

Con este cambio, se aumentó la velocidad de acceso de la data a la memoria caché, hasta casi el doble. Con ello, aplicaciones como los juegos, verán un aumento en su rendimiento comparado con la generación anterior (ZEN2).

La topología de cada CPU quedará de esta forma. Con 1 CCD que tendrá hasta 8 núcleos en su interior como máximo (p.ej. Ryzen 7 5800X), y se aumentó la cantidad de información de escritura enviada al Infinity Fabric por ciclo a 16B.

Cuando pasamos a la topología de un CPU que necesita 2 CCDs, como por ejemplo un Ryzen 9 5900X (12C/24T) o el Ryzen 9 5950X (16C/32T), así lucirá. El Ryzen 9 5900X tendrá 6 núcleos por CCX, y el Ryzen 9 5950X tendrá los 8 núcleos por CCX.

En lo referente a las memorias RAM, con AMD existen 3 frecuencias que son importantes de mirar, el Infinity Fabric (fclk), Controlador de Memoria (uclk), y la Frecuencia de las Memorias (mclk).

Para una operación óptima, la relación entre estas 3 frecuencias debe estar pareada 1:1:1, y este punto en ZEN2 se lograba cuando la frecuencia de la memoria era de 1800MHz. Cuando se pasaba de ese punto, había inestabilidad en el sistema, y se debía hacer uso de divisores, que redundaban en una pérdida de rendimiento.

Con ZEN3, esta frecuencia de equilibrio se aumento a 2000MHz, por lo que utilizar memorias mas rápidas (DDR4-4000), traerá consigo un aumento de rendimiento global.

Para finalizar, una mirada a cómo luce el Ryzen 9 5950X “delidded”, imagen cortesía de AMD.

Especificaciones.

EspecificacionesAMD Ryzen 9 5950XAMD Ryzen 9 3950XAMD Ryzen 9 5900XIntel Core i9 10900KIntel Core i9 9900KSAMD Ryzen 9 3900XTAMD Ryzen 7 3800XTAMD Ryzen 7 3800X
Proceso de Fabricación7nm+7nm7nm+14nm14nm7nm7nm7nm
Cores1616121081288
Threads3232242016241616
Frec. Base3.4GHz3.5 GHz3.7GHz3.7 GHz4.0 GHz3.8 GHz3.9GHz3.9GHz
Frec. Máx4.9GHz4.7 GHz4.8GHz5.3 GHz5.0 GHz4.7 GHz4.7 GHz4.5GHz
Caché L28MB8MB6MB2.5MB2MB6MB4MB4MB
Caché L364MB64MB64MB20MB16MB64MB32MB32MB
TDP105W105W105W125W127W105W105W105W
Sist. RefrigeraciónN/AN/AN/AN/AN/AN/AN/AWraith Prism with RGB LED
Precio USD$799$699.99$549$529.99$499.99$499$399$319.99
Precio CLP$869.990$609.990$599.990$739.990$569.990$389.990

Una mirada global a las especificaciones de estos nuevos procesadores de AMD.

Esto es lo que CPU-Z nos muestra de cada uno, se aprecia claramente que la cache L3, ahora es de 2x32MB para ambos procesadores, cuando antes era de 4x16MB en el mejor de los casos.

Primera Mirada.

Démosle una mirada a estos nuevos exponentes de AMD.

Ambos modelos Ryzen 9 de serie 5000 como muestra en el borde inferior, ahora con respecto a esta presentación cabe destacar que se extraña el empaque más solido con que el Ryzen 9 3900X salió al mercado, era más robusto y una presentación muy bien acabada, para esta serie 5000 AMD al parecer quiso escatimar en estos gastos.

Claramente por la dimensiones del empaque podemos ver que son modelos sin solución de refrigeración, hemos podido ver también esto mismo bajo el modelo XT para Ryzen 9 y la versión 3950X, la lógica acá es simple, los usuarios para este gama optan por una solución liquida AIO como base.

 

Dentro encontramos los procesadores bajo el empaque típico.

 

Cada procesador con su respectivo sticker, al parecer el diseño del sticker sigue siendo el mismo.

Plataforma de Pruebas y Metodología.

Plataforma de Pruebas 
Procesador- AMD Ryzen 9 5950X
- AMD Ryzen 9 5900X
Placa Madre- GIGABYTE X570 AORUS MASTER
Memorias- G.Skill TridentZ Neo 3600MHz 2x8GB @3600MHz (AMD & INTEL)
Refrigeración- XIGMATEK AURORA 360 (AMD & INTEL)
Tarjeta de video- Sapphire Pulse RX 5700 XT 8GB (AMD & INTEL)
Fuente de Poder- Corsair RM1000X (AMD & INTEL)
Almacenamiento- Corsair MP600 1TB M.2 (AMD & INTEL)
Monitor- ASUS MG28UQ (AMD & INTEL)
  • Sistema operativo Windows 10 Pro x64 [Update 2004].
  • La BIOS de la placa madre es: X570AORUSMASTER.T57.r21411 (provista por AMD)
  • Las pruebas fueron realizadas en un ambiente con temperatura de 25ºC aproximadamente.
  • La plataforma fue utilizada sin gabinete.
  • Driver de Video utilizado: Adrenalin 2020 Edition 20.9.1 WHQL
  • Las resoluciones de las pruebas sintéticas son las predeterminadas por cada uno de los benchmarks.

Pruebas 2D.

Revisemos el comportamiento de estos procesadores, en pruebas 2D.

Una gran mejora notoria comparada a la generación anterior (ZEN2), y una mejora comparativa notable contra los procesadores de Intel, quienes antes eran bien fuertes en ciertas pruebas.

Pruebas 3D.

Pasemos ahora al gaming, un escenario donde AMD seguía estando por detrás de Intel.

Cruzando golpes directo con Intel, estos nuevos procesadores ZEN3 quedan muchísimo mejor parados en términos de Gaming, comparados con ZEN2.

Overclocking

En el apartado del overclocking ya tenemos una cierta referencia de lo que experimentaremos. Últimamente en las ultimas actualizaciones tanto de AMD como Intel, los margenes de overclocking bajo soluciones de refrigeración convencionales (aire o AIO) han experimentado una baja frente a lo que esto significaba en generaciones previas, esto ya que los modelos de cada gama han sido llevado a extremos de su frecuencia para este tipo de refrigeración, sin embargo las frecuencias han apuntado a un par de núcleos lo que nos permite aportar de rendimiento con overclocking aumentado la frecuencia a la totalidad de estos núcleos, de esta forma recibimos una mejora aunque solo aplicará a aplicaciones que ocupen multi hilos.

Bajo este contexto es donde hemos preparado nuestra experiencia con esta nueva serie Ryzen 5000, llevando todo los núcleos a 4.625 MHz para ambos modelos con un Vcore de 1.35V, una frecuencia por debajo de lo que entrega, sin embargo este overclocking fue para la totalidad de sus núcleos.

Veamos el resultado que obtuvimos con esta configuración.

Y para probar estabilidad, y ver la ganancia de rendimiento que teneos con este nivel de OC en todos los núcleos, ejecutamos un par de pruebas.

Los resultados en 2D bajo un esquema multi núcleo muestran una diferencia descomunal, hasta un 21% más en el Ryzen 9 5950X y un 18% más para el Ryzen 9 5900X, esta configuración sin duda será de gran utilidad para quienes ocupan aplicaciones que se alimentan del número de núcleos más que por frecuencia, ahora cuando vamos a un escenario 3D y como lo esperábamos, la diferencia de rendimiento no cambia incluso disminuye, esto ya que bajo un estado de fabrica los peak de frecuencia le darán ese diferencia de rendimiento que fue disminuido en el overclocking para todos los núcleos.

Temperatura y Consumo.

Considerando ser los nuevos procesadores más potentes de la serie Ryzen 5000 en socket AM4, temperatura y consumo son factores que hay que considerar, basicamente por las especificaciones que posee, aunque en nuestra experiencia con los modelos en serie Ryzen 3000 tanto la temperatura como consumo estaban en rangos muy aceptables para lo que lograban desarrollar estos modelos. AMD ha logrado una gran mejora bajo este apartado antes del AMD que hoy conocemos estos puntos eran en los que más comentarios negativos generaba, aunque ya eso quedó en el pasado tras cada generación que ha lanzado bajo Ryzen.

Veamos si para esta nueva versión de 7nm más refinada podemos conseguir mejoras frente a estos vitales aspectos de un procesador.

En temas de temperatura claramente hay una mejora, considerando las misma configuración en lo que a especificaciones gruesas se refiere (núcleos e hilos), vemos como Zen 3 entrega un escenario mucho más fresco frente a carga sostenida, dejando una clara diferencia tanto para lo que experimentábamos con Zen 2 como también la diferencia con lo que ofrece Intel en este momento. Claramente cuando esto lo llevamos a la configuración de overclocking mencionada esto cambia, aunque siguen siendo valores aceptables para lo que logramos desarrollar de performance multi hilo, aunque claramente si no ocuparas de aplicaciones que aprovechen esto es mejor dejarlo como está.

Para lo que es consumo también se experimentas mejoras, basándonos en el rendimiento que nos entregan el hecho de mantener o mejorar son aspectos muy destacables, por un lado tenemos al aumento de frecuencia y con ello todo el rendimiento extra que esto permitió, sin dejar de lado a la cualidad principal que es este aumento del IPC de 19% que AMD hace mención.

Conclusión.

No cabe duda que en rendimiento AMD con Zen 3 ha dejado la vara aún más alta, hay muchos aspectos donde esta arquitectura ha demostrado dar grandes mejoras, aunque para muchos en su experiencia básicamente el rendimiento punta que se logra experimentar con esta nueva serie es lo más importante. AMD ha logrado refinar la arquitectura de 7nm, como primeros en dominar este tamaño de fabricación AMD tuvo tiempo para implementar y posteriormente mejorar este tamaño dejando atrás a la competencia desde el inicio.

Cumpliendo con la lógica de entregar un tamaño de transistores más pequeños, la disminución de la temperatura al igual que el consumo están totalmente alineados, independiente de que la temperatura y consumo no haya disminuido en grandes cifras debemos considerar que la frecuencia de estos modelos es mayor a sus antecesores, aunque esperábamos ver en esta generación una frecuencia en los 5.0 GHz, aunque al parecer eso está la vuelta de la esquina.

Llevando más allá el tope de frecuencia, se vé una mejora en escenario 3D o bien con videojuegos, y es el terreno donde AMD con Ryzen ha sido débil frente a la competencia, sin embargo ya con esta serie 5000 podemos ver que la brecha que existía a logrado disminuir notablemente incluso en algunos casos hasta superarla, lo que pone a estos modelos como los procesadores más completos que podemos encontrar hoy en día, ya que en lo que es productividad no tienen comparación.

 

 

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