Zen 2

AMD Zen 2 マイクロアーキテクチャの詳細解説



AMD Zen 2は、同社のCPUマイクロアーキテクチャのコードネームであり、ZenおよびZen+の後継として開発されました。このアーキテクチャは、メインストリームデスクトップ向けのRyzen 3000シリーズ（Matisse）、ハイエンドデスクトップ向けのThreadripper 3000シリーズ、およびAPUのRyzen 4000Gシリーズといった第3世代Ryzenプロセッサに採用されています。

製造プロセスと発表



Zen 2は、TSMCの7nmプロセスで製造されており、2019年7月7日にRyzen 3000シリーズが発表されました。その後、2019年8月7日にはZen 2ベースのEPYCサーバーCPU（Rome）が、同年11月には追加チップセットとRyzen 9 3950Xが発表されました。CES 2019では、8コア16スレッドのチップレットを含む第3世代Ryzenのエンジニアリングサンプルが公開され、最終製品ではさらに多くのコアが搭載されることが示唆されました。Computex 2019でZen 2「Matisse」プロセッサが12コアであることが明かされ、E3 2019では16コアのRyzen 9 3950Xが発表されました。

アーキテクチャの特徴



Zen 2は、Spectre脆弱性に対するハードウェアレベルでの対策を組み込んでいます。EPYCサーバーCPUでは、各マルチチップモジュール（MCM）パッケージにおいて、7nmプロセスで製造された複数のCPUダイ（最大8個）と、14nm I/Oダイを組み合わせた設計を採用しています。これにより、ソケットあたり最大64個の物理コアと128個の計算スレッド（同時マルチスレッディング）をサポートします。このアーキテクチャは、Threadripper 3990Xにもほぼ同様のレイアウトが採用されています。

Zen（14nm）、Zen+（12nm）と比較して、Zen 2はクロックあたりの命令実行数（IPC）が約15%向上しています。

チップレット設計



Zen 2は、従来のZenアーキテクチャから大きく逸脱し、CPUのI/Oコンポーネントを独立したダイに配置するチップレット設計を採用しています。この設計により、スケーラビリティと製造コストが改善されています。I/Oコンポーネントを分離することで、CPUダイをより小さく、高性能にすることが可能となり、また、ダイの欠陥率がダイのサイズに比例するため、一つのウェハーからより多くのダイを切り出すことができ、製造コストの削減にもつながっています。さらに、中央のI/Oダイは複数のチップレットで共有できるため、多数のコアを持つプロセッサの設計が容易になります。

コア構成



各CPUには8コアが搭載されており、4コアの「コアコンプレックス」（CCX）が2つ配置されています。これらのチップレットはTSMCの7nmプロセスで製造され、サイズは74～80mm²です。チップレットには約39億個のトランジスタが使用されているのに対し、12nm I/Oダイには20.9億個のトランジスタが125mm²の面積に配置されています。

キャッシュと性能向上



L3キャッシュは、ZenおよびZen+が8MiBであったのに対し、Zen 2では8コアチップレットの各コアが16MiBにアクセスできるため、合計32MiBに倍増しています。実行ユニットの幅が128ビットから256ビットに拡張されたため、AVX2の性能が大幅に向上しています。

I/Oダイのバリエーション



I/Oダイには複数のバリエーションがあり、GlobalFoundriesの14nmプロセスと12nmプロセスのものが存在します。14nmダイはEPYC Romeプロセッサに採用され、12nmダイはコンシューマ向けプロセッサに使用されています。どちらのプロセスも寸法が類似しているため、トランジスタ密度もほぼ同じです。

消費電力と性能



AMD Zen 2アーキテクチャは、IntelのCascade Lake[[マイクロアーキテクチャ]]よりも低い消費電力でより高いパフォーマンスを実現しています。たとえば、AMD Ryzen Threadripper 3970X（TDP 140W、エコモード）は、Intel Core i9-10980XE（TDP 165W）よりも高い性能を発揮します。

新機能



  • - 新命令の追加: WBNOINVD、CLWB、RDPID、RDPRU、MCOMMIT。
  • - Spectre V4投機的ストアバイパス脆弱性に対するハードウェア的緩和。
  • - ゼロレイテンシメモリミラーリングの最適化（文書化されていない）。
  • - TAGE分岐予測の導入。
  • - Opキャッシュを4096エントリへ増量。
  • - AGUパイプラインの追加。
  • - チップレットへの最適化。

カスタムAPUの採用製品



Zen 2アーキテクチャは、以下の製品にも採用されています。


関連項目



  • - Ryzen
  • - EPYC
  • - ジム・ケラー
  • - メニーコア

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