AMD は、PC およびサーバー市場で再び勢力を発揮するには、Zen CPU チップに抜本的な変更を加える必要があることを認識していました。
そのため、チップ設計者が 4 年前に Zen の設計に着手したとき、彼らが念頭に置いていたのは、CPU のパフォーマンスを可能な限り向上させることと、電力効率を安定させることの 2 つの点でした。
同社は最終的に、Zen を前身の Excavator より 40 パーセント改良することに決めた。
「40%を目指すとチームを説得するのに苦労しました」と、AMDのシニアフェロー、マイク・クラーク氏は語る。「非常にアグレッシブな目標だったので、競争力を維持するにはそれを達成する必要があると分かっていました。」
AMDは、2015年にチップロードマップの見直しの一環としてZenを発表した際に、CPU性能を40%向上させるという目標を初めて掲げました。同社は最近、この目標を達成したことを証明するため、Zenチップのデモを行いました。
Zen を搭載した PC のベンチマークが維持されれば、CPU パフォーマンスの 40 パーセント向上は、最近の x86 チップで Intel と AMD が主張する 2 桁台前半の向上と比較すると、劇的な改善となります。
AMDは1年以上前に、新しいZen CPU設計は従来のチップより40パーセント高速になると約束しており、その目標を達成したと主張している。
AMDが最近のチップの一部で設計・製造上の問題に直面した後、IntelはPCおよびサーバー市場を席巻しました。AMDのCPU性能はライバルのIntelに遅れをとっており、BulldozerアーキテクチャはIntel自身にとっても完全な失敗作でした。2011年に出荷が開始されたBulldozerチップは、派生製品と見なされる後継チップに影響を与えました。
AMDはZenによって、チップ設計における栄光の時代を再現しようとしている。Zenは、AMDが2003年に64ビットサーバーチップ、そして2004年にデュアルコアチップを導入した時と同等の意義を持つ可能性がある。どちらの動きも、当時AMDにIntelに対する競争優位性を与えた。
Zenサーバーチップは、来年初めにハイエンドゲーミングワークステーションに最初に搭載され、その後サーバー、そしてノートパソコンに搭載される予定です。チップは8～32コアを搭載し、32コアチップはクアッドCPU構成になる可能性もあるとのことですが、詳細はまだ確定していないとクラーク氏は述べています。
AMD の設計者は最初から、積極的な電力効率の目標を念頭に置く必要があることを認識していたが、これは同社がチップ設計プロセスのかなり後の段階で導入する考慮事項だとクラーク氏は語った。
クラーク氏は、設計者は40パーセントのパフォーマンス向上の目標に対して「電力を同等のものとして扱う」必要があると述べた。
「設計段階を通して、非常に動的な反復プロセスです」とクラーク氏は述べた。「優れた設計指標があったので、消費電力やクロックあたりの命令数に問題がないことがわかっていました。」
AMD の新しい Zen は、従来の設計を大幅に上回る性能を備えた、まったく新しい CPU です。
設計者たちは、従来のチップのアーキテクチャ上の弱点を検討し、Zenチップの設計を紙に描き出し、開発に着手しました。新しいアーキテクチャはCPUコアごとに2つのスレッドを実行するため、電力効率を維持しながらパフォーマンスを向上させることができます。
Zenには、メモリサブシステムを再構築し、より高速でより短い長さを実現した新しいチップ構造も導入されました。より太いパイプラインを設計することで、マシンにより多くの命令を送れるようになり、コマンドの実行速度が向上しました。
AMDはZenでキャッシュ構造も変更しました。L2キャッシュのサイズを512KBに縮小し、L3キャッシュのサイズを拡大しました。クラーク氏はL3キャッシュのサイズを公表しませんでしたが、以前のチップよりも大幅に高速化すると述べました。しかし、今週のHot Chipsカンファレンスで発表されたZenに関するスライドでは、L3キャッシュのサイズが8MBと示されていました。
同社はまた、チップの整数演算ユニットと浮動小数点演算ユニットをより動的にし、シングルスレッドおよびマルチスレッドのワークロードへのアクセス性を向上させました。これにより、演算ユニットへの演算のロードサイクル数が減少します。Bulldozerとその派生製品のユニットはそれほど動的ではなく、広く問題視されていました。
設計者はチップの実行ユニットも強化しました。Zenは分散スケジューラを搭載し、ウィンドウ内のより多くのスレッドを可視化します。一方、Bulldozerはより複雑な統合スケジューラを搭載していました。
クラーク氏は、1996年に発表されたAMD初の自社製チップ「K5」の開発に携わった。「Zenで設定された目標を達成できたのは喜ばしいが、まだパフォーマンスを向上させる余地がある」とクラーク氏は語った。
「コンピューティング性能に関しては、まだ道のりは長い」と彼は付け加えた。「Zenは決して最終目的地ではなく、パフォーマンス向上のための最初のステップに過ぎないのです。」
