معماری جدید AMD در آزمایش‌های اولیه تا ۲۴ درصد سریع‌تر ظاهر شد

به گزارش خبرگزاری آنا؛ نخستین نتایج مستقل بنچمارک پردازنده سروری EPYC ۹۹۹۶ شرکت AMD، اطلاعات تازه‌ای درباره پیشرفت معماری Zen ۶c در مقایسه با نسل قبلی پردازنده‌های این شرکت ارائه کرده است. این پردازنده که از خانواده EPYC ۹۰۰۶ با نام رمز Venice محسوب می‌شود، به ۲۵۶ هسته پردازشی مجهز شده و یکی از قدرتمندترین محصولات سروری AMD از نظر تعداد هسته به شمار می‌رود. با وجود تعداد بسیار زیاد هسته‌ها، موضوع اصلی نتایج منتشرشده عملکرد چند‌هسته‌ای نیست، بلکه توان پردازشی هر هسته به‌صورت مستقل است. یکی از علاقه‌مندان سخت‌افزار با نام کاربری ۳۲۶powah پس از انتشار نتیجه بنچمارک EPYC ۹۹۹۶، پردازنده دسکتاپ رایزن ۷ ۹۷۰۰ X مبتنی بر Zen ۵ را در فرکانسی مشابه آزمایش کرده تا امکان مقایسه مستقیم‌تری میان ۲ معماری فراهم شود. نتایج گیگ‌بنچ ۷ از برتری قابل توجه Zen ۶c حکایت دارند و در برخی وظایف مانند پردازش صفحات وب، فشرده‌سازی داده‌ها و ویرایش محتوای چندرسانه‌ای، اختلاف عملکرد به بیش از ۲۰ درصد می‌رسد. با این حال، تفاوت ساختار حافظه، ظرفیت کش و پلتفرم آزمایش باعث شده کارشناسان درباره تعمیم این ارقام به تمام پردازنده‌های Zen ۶ هشدار دهند.

پردازنده ۲۵۶ هسته‌ای AMD چه ساختاری دارد؟

پردازنده EPYC ۹۹۹۶ از ۲۵۶ هسته مبتنی بر معماری Zen ۶c استفاده می‌کند که در قالب ۸ چیپلت پردازشی با نام Monarch سازمان‌دهی شده‌اند. هر چیپلت یا CCD شامل ۳۲ هسته است و به ۱۲۸ مگابایت حافظه کش سطح سوم دسترسی دارد. براساس اطلاعات معماری منتشرشده، این مجموعه در هر چیپلت به ۲ خوشه ۱۶ هسته‌ای یا CCX تقسیم می‌شود که هرکدام از ۶۴ مگابایت کش L۳ بهره می‌برند. در مجموع، پردازنده دارای ۱۰۲۴ مگابایت یا یک گیگابایت حافظه کش سطح سوم است؛ ظرفیتی بسیار بیشتر از حافظه کش موجود در پردازنده‌های دسکتاپ معمولی. همچنین پشتیبانی از ۵۱۲ رشته پردازشی باعث شده این تراشه برای اجرای تعداد زیادی وظیفه هم‌زمان در مراکز داده، سامانه‌های پردازش ابری و زیرساخت‌های محاسباتی سنگین طراحی شود.

در مقابل، رایزن ۷ ۹۷۰۰ X یکی از پردازنده‌های دسکتاپ خانواده Zen ۵ است که از ۸ هسته و ۱۶ رشته پردازشی همراه با ۳۲ مگابایت کش L۳ استفاده می‌کند. هر ۲ پردازنده به‌طور میانگین ۴ مگابایت حافظه کش سطح سوم به ازای هر هسته دارند، اما نحوه سازمان‌دهی حافظه کش و ظرفیت قابل دسترس در سطح هر خوشه متفاوت است. این مسئله در آزمایش‌های تک‌هسته‌ای نیز اهمیت دارد، زیرا مقدار حافظه کش و سرعت دسترسی به داده‌ها می‌توانند بر عملکرد یک هسته مستقل تأثیر بگذارند. در پردازنده‌های مدرن، بخش قابل توجهی از زمان اجرای برنامه‌ها صرف انتظار برای دریافت اطلاعات از حافظه می‌شود و افزایش ظرفیت کش می‌تواند دفعات مراجعه به حافظه رم را کاهش دهد؛ بنابراین برتری مشاهده‌شده در بنچمارک‌ها لزوماً تنها حاصل تغییرات واحد‌های محاسباتی داخل هسته نیست و بخشی از آن ممکن است به ساختار حافظه نسل جدید مربوط باشد.

پردازنده سروری AMD همچنین از رابط حافظه بسیار گسترده با مجموع عرض ۱۰۲۴ بیت برخوردار است و می‌تواند در پیکربندی‌های سازگار با حافظه پرسرعت DDR۵، به پهنای باند نظری حدود ۱٫۶۴ ترابایت بر ثانیه دست پیدا کند. این میزان پهنای باند برای پردازش حجم بالای داده در مراکز داده اهمیت زیادی دارد، اما در آزمایش‌های تک‌هسته‌ای معمولاً عامل اصلی محدودکننده عملکرد محسوب نمی‌شود. پردازنده رایزن مورد استفاده در مقایسه نیز با حافظه DDR۵ دارای سرعت ۶۰۰۰ مگاترنسفر بر ثانیه و تأخیر CL۳۴ آزمایش شده است. با وجود تفاوت چشمگیر پهنای باند حافظه میان ۲ سیستم، نوع وظایف اجراشده در گیگ‌بنچ ۷ باعث می‌شود بتوان بخشی از عملکرد معماری هسته‌ها را مستقل از ظرفیت کلی پردازش سروری بررسی کرد.

اختلاف عملکرد Zen ۶c و Zen ۵ در گیگ‌بنچ ۷ چقدر است؟

نتایج منتشرشده از بنچمارک گیگ‌بنچ ۷ نشان می‌دهند پردازنده EPYC ۹۹۹۶ در آزمایش تک‌هسته‌ای امتیاز ۲۸۴۷ را ثبت کرده است. این آزمایش روی سرور Dell PowerEdge R۹۸۱۵ انجام شده و پردازنده در فرکانسی نزدیک به ۴٫۱ گیگاهرتز فعالیت داشته است. در طرف مقابل، پردازنده رایزن ۷ ۹۷۰۰ X با محدود شدن فرکانس به ۴٫۱ گیگاهرتز، در یکی از نتایج منتشرشده تحت سیستم‌عامل لینوکس CachyOS امتیاز ۲۴۸۳ را به دست آورده است. اختلاف میان این ۲ نتیجه حدود ۱۴٫۷ درصد است که از برتری Zen ۶c در عملکرد تک‌هسته‌ای تحت شرایط آزمایش حکایت دارد. آزمایش دیگری از پردازنده رایزن تحت ویندوز ۱۱ نیز امتیاز ۲۳۱۸ را ثبت کرده، اما تفاوت سیستم‌عامل‌ها باعث می‌شود مقایسه مستقیم آن با نتیجه سرور لینوکسی معیار دقیقی برای ارزیابی معماری پردازنده‌ها نباشد.

بررسی جزئی‌تر آزمایش‌های گیگ‌بنچ نشان می‌دهد میزان پیشرفت در همه وظایف یکسان نیست. بیشترین اختلاف گزارش‌شده در آزمایش پردازش HTML۵ مرورگر دیده شده که عملکرد Zen ۶c حدود ۲۴ درصد بهتر از Zen ۵ بوده است. این آزمایش به تأخیر دسترسی به حافظه حساس است و افزایش ظرفیت حافظه کش در پردازنده جدید می‌تواند یکی از عوامل تأثیرگذار بر نتیجه باشد. در بخش فشرده‌سازی دارایی‌های دیجیتال نیز پیشرفت حدود ۱۹ درصدی ثبت شده و پردازش ویدئو با اختلافی نزدیک به ۲۱ درصد به سود Zen ۶c همراه بوده است. عملکرد ویرایش تصاویر نیز حدود ۱۷ درصد افزایش پیدا کرده که می‌تواند از بهبود واحد‌های پردازشی و نحوه مدیریت دستورالعمل‌ها در معماری جدید ناشی شده باشد. نکته قابل توجه آن است که در نتایج منتشرشده تحت لینوکس، پردازنده Zen ۶c در تمام آزمایش‌های مورد مقایسه عملکرد بهتری داشته و افت عملکردی نسبت به Zen ۵ ثبت نشده است.

یکی از ویژگی‌های مهم نتایج جدید، استفاده از مجموعه دستورالعمل‌های AVX۲ در آزمایش‌هاست. هر ۲ معماری Zen ۵ و Zen ۶c از دستورالعمل‌های برداری پیشرفته‌تر مانند AVX-۵۱۲ پشتیبانی می‌کنند، اما آزمایش مورد بحث عمدتاً از آن‌ها استفاده نکرده است؛ بنابراین برتری مشاهده‌شده را نمی‌توان صرفاً به افزایش توان پردازش برداری گسترده نسبت داد. بخش مهمی از وظایف گیگ‌بنچ ۷ به محاسبات اعداد صحیح، پردازش داده‌ها، عملکرد زیرسیستم حافظه و نحوه اجرای دستورالعمل‌های متداول وابسته هستند. برتری معماری جدید در چنین شرایطی اهمیت دارد، زیرا این نوع وظایف به فعالیت‌های روزمره رایانه‌ای و بسیاری از نرم‌افزار‌های عمومی نزدیک‌تر هستند. البته عملکرد واقعی در برنامه‌های حرفه‌ای، بازی‌ها و پردازش‌های سنگین همچنان باید با بنچمارک‌های مستقل بیشتری بررسی شود.

آیا IPC معماری Zen ۶ واقعاً ۲۴ درصد افزایش یافته است؟

مهم‌ترین پرسشی که پس از انتشار این نتایج مطرح شده، میزان واقعی پیشرفت IPC معماری Zen ۶ در مقایسه با Zen ۵ است. شاخص IPC یا تعداد دستورالعمل‌های اجراشده در هر چرخه کلاک، یکی از معیار‌های ارزیابی کارایی معماری پردازنده محسوب می‌شود. افزایش IPC به این معناست که پردازنده می‌تواند در فرکانس یکسان، تعداد بیشتری دستورالعمل را در هر چرخه پردازش کند. به همین دلیل، محدود کردن فرکانس رایزن ۷ ۹۷۰۰ X به حدود ۴٫۱ گیگاهرتز، امکان مقایسه مناسب‌تری با EPYC ۹۹۹۶ ایجاد کرده است. با این حال، امتیاز نهایی یک بنچمارک حتی در فرکانس مشابه، معادل اندازه‌گیری مستقیم IPC نیست، زیرا تفاوت ظرفیت کش، تأخیر حافظه، تنظیمات نرم‌افزاری و نحوه اجرای برنامه نیز می‌توانند بر سرعت پردازش تأثیر بگذارند.

برخی ارزیابی‌های اولیه از احتمال افزایش حدود ۱۵ درصدی عملکرد به ازای هر چرخه کلاک در Zen ۶c حکایت دارند و در برخی مقایسه‌های دیگر نیز ارقام بالاتر از ۲۰ درصد مطرح شده است. با این حال، اختلاف ۲۴ درصدی مشاهده‌شده در آزمایش HTML۵ را نمی‌توان به‌عنوان افزایش قطعی IPC در تمام وظایف در نظر گرفت. برای تعیین دقیق این شاخص، آزمایش‌های گسترده‌تر در پیکربندی‌های کنترل‌شده و بررسی عملکرد مجموعه متنوعی از برنامه‌ها ضروری است. همچنین باید توجه داشت که پردازنده EPYC ۹۹۹۶ از هسته‌های Zen ۶c استفاده می‌کند که نسخه متراکم معماری Zen ۶ هستند. این هسته‌ها برای افزایش تعداد واحد‌های پردازشی در فضای محدود طراحی شده‌اند و معمولاً در مقایسه با هسته‌های استاندارد، ظرفیت کمتری برای دستیابی به فرکانس‌های بسیار بالا دارند. در نتیجه، نتایج این پردازنده لزوماً بازتاب دقیق عملکرد نسخه استاندارد Zen ۶ در محصولات دسکتاپ آینده نخواهند بود.

معماری Zen ۶c در پردازنده EPYC ۹۹۹۶ از فناوری ساخت پیشرفته در کلاس ۲ نانومتر بهره می‌برد و در فرکانس حداکثر ۴٫۱ گیگاهرتز فعالیت می‌کند. این مقدار در مقایسه با فرکانس پردازنده‌های دسکتاپ رده‌بالا چندان زیاد نیست، زیرا برخی مدل‌های فعلی می‌توانند به فرکانس‌هایی بالاتر از ۵ گیگاهرتز دست پیدا کنند. تفاوت اصلی آن است که تراشه‌های سروری با تعداد بسیار زیاد هسته، برای حفظ پایداری حرارتی و مدیریت مصرف انرژی در شرایط پردازش هم‌زمان طراحی می‌شوند. در مقابل، پردازنده‌های دسکتاپ می‌توانند با تعداد هسته کمتر و بودجه توان متفاوت، فرکانس‌های بالاتری ارائه دهند؛ بنابراین اگر معماری استاندارد Zen ۶ بتواند پیشرفت عملکرد تک‌هسته‌ای مشاهده‌شده در Zen ۶c را حفظ کند و هم‌زمان به فرکانس بیشتری برسد، احتمال دستیابی به افزایش قابل توجه عملکرد در نسل بعدی رایزن وجود خواهد داشت.

نتایج اولیه چه معنایی برای نسل بعدی پردازنده‌های رایزن دارند؟

نسل فعلی پردازنده‌های دسکتاپ AMD مبتنی بر معماری Zen ۵ در مقایسه با Zen ۴ پیشرفت‌هایی در طراحی داخلی و بهره‌وری پردازشی ارائه کرده است، اما افزایش عملکرد آن در تمام کاربرد‌ها یکسان نبوده و برخی بررسی‌ها از بهبود نسبتاً محدود در تعدادی از وظایف حکایت داشته‌اند. نتایج اولیه Zen ۶c این احتمال را مطرح می‌کنند که AMD در نسل بعدی بتواند تغییرات گسترده‌تری در عملکرد تک‌هسته‌ای ایجاد کند. چنین پیشرفتی برای نرم‌افزار‌هایی که به سرعت اجرای یک یا چند رشته پردازشی وابسته هستند اهمیت دارد و می‌تواند بر عملکرد بازی‌ها، برنامه‌های مهندسی، پردازش‌های تعاملی و برخی فعالیت‌های تولید محتوا تأثیر بگذارد. البته میزان پیشرفت در بازی‌ها به عواملی مانند حافظه کش، تأخیر ارتباط میان هسته‌ها، توان پردازنده گرافیکی و بهینه‌سازی موتور بازی نیز بستگی دارد و نمی‌توان مستقیماً نتایج گیگ‌بنچ را به افزایش نرخ فریم تبدیل کرد.

AMD در حال آماده‌سازی پردازنده‌های دسکتاپ مبتنی بر معماری Zen ۶ است که با نام رمز Olympic Ridge شناخته می‌شوند و انتظار می‌رود در سال ۲۰۲۷ وارد بازار شوند. اطلاعات فنی منتشرشده از سوی این شرکت نیز به پشتیبانی این خانواده از سوکت AM۵ اشاره دارند؛ موضوعی که می‌تواند مسیر ارتقای کاربران پردازنده‌های نسل‌های قبلی رایزن را ساده‌تر کند. با این حال، هنوز مشخصات نهایی، فرکانس کاری، تعداد هسته‌ها و میزان پیشرفت عملکرد مدل‌های دسکتاپ معرفی نشده است؛ بنابراین مقایسه کنونی بیشتر تصویری اولیه از ظرفیت معماری جدید AMD ارائه می‌دهد و برای ارزیابی عملکرد واقعی محصولات آینده باید منتظر نتایج مستقل نسخه‌های دسکتاپ بود.

پردازنده EPYC ۹۹۹۶ در حال حاضر به‌عنوان یکی از محصولات پرچم‌دار خانواده Venice برای بازار سرور‌ها عرضه شده و براساس مشخصات رسمی AMD، دارای فرکانس پایه ۲٫۵۵ گیگاهرتز، حداکثر فرکانس ۴٫۱ گیگاهرتز و توان طراحی حرارتی ۶۰۰ وات است. قیمت رسمی این محصول برای سفارش‌های هزارعددی ۱۴ هزار و ۹۰۴ دلار اعلام شده که جایگاه آن را به‌عنوان پردازنده‌ای تخصصی برای مراکز داده و سازمان‌های بزرگ مشخص می‌کند. با وجود تمرکز اصلی این محصول بر پردازش‌های سروری، نتایج تک‌هسته‌ای آن اکنون به یکی از نخستین معیار‌های بررسی پیشرفت معماری Zen ۶ تبدیل شده است. اگر نتایج آزمایش‌های گسترده‌تر نیز برتری فعلی را تأیید کنند، نسل آینده پردازنده‌های AMD می‌تواند نسبت به Zen ۵ جهش عملکردی قابل توجهی داشته باشد، هرچند تعیین میزان دقیق این پیشرفت هنوز زود است.