AMD Zen 5: meer snelheid en efficiëntie voor laptop, desktop en server

AMD zet met de vijfde iteratie van zijn Zen-architectuur in op snelheid en efficiëntie binnen een gelijkaardige voetafdruk. De architectuur verschijnt eerst in laptops, maar zal binnenkort heel AMD’s CPU-portfolio doordringen. Wat zijn de belangrijkste verschillen met Zen 4?

Op Computex kondigde AMD Ryzen 9000 voor de desktop en Ryzen AI 300 voor de laptop aan. De laptopchips zijn gelanceerd, de desktopprocessors staan na uitstel voor midden augustus op het programma. Later volgen nieuwe Epyc-chips. De CPU’s zijn alle drie gebouwd met rekenkernen gebaseerd op een nieuwe architectuur: Zen 5.

(Soms) 3 nm

Zen 5 volgt Zen 4 op en brengt over de hele lijn vernieuwing met zich mee. De klassieke Zen 5-rekenkernen worden gebakken op de N4X-productielijn van TSMC. Dat is een 4/5 nm-node die enkele kleine verbeteringen met zich meebrengt tegenover N4P, waarop de Zen 4-kernen worden gefabriceerd.

AMD plant ook Zen 5c-kernen te bouwen voor cloud native-processors voor servers waar het aantal rekenkernen de absolute prioriteit is. Die kernen zullen op TSMC’s N3 (3 nm)-proces gebakken worden. De I/O-die blijft voor Zen 5-processors wel een 6 nm-chiplet, net als bij Zen 4.

AMD stelt dat de individuele transistors voor Zen 5 kleiner en bijgevolg efficiënter zijn. Dat maakt snellere chips mogelijk, die voor een hogere kloksnelheid minder warmte genereren. Het productieproces voor Zen 5 zal de chips toch vooral een bescheiden efficiëntiewinst opleveren, behalve voor Zen 5c waar de 3 nm-node in theorie een grotere positieve impact zal hebben. De grootste sprongen voorwaarts moet AMD met Zen 5 helemaal zelf maken, via architecturale verbeteringen.

Meer instructies

Dat doet de processorspecialist ook. De IPC (instructies per klokcyclus) gaat er immers flink op vooruit. In eenzelfde cyclus kan een Zen 5-kern gemiddeld zestien procent meer instructies verwerken dan zijn voorganger. Een hogere IPC vertaalt zich naar een snellere chip, tenminste voor de meeste applicaties.

Benchmarks van AMD zelf tonen aan de onderkant elf procent meer IPC voor Handbrake (videoconversie). Voor Puget Bench (Adobe Première Pro) stijgt de IPC-winst al naar het gemiddelde van zestien procent. GeekBench 5.4 (AES-XTS) laat een uitschieter optekenen met 35 procent hogere IPC.

AMD heeft specifiek ingezet op hardwarematig sterkere ondersteuning van AES-XTS-encryptieworkloads. Ook machine learning moet significant beter gaan op een Zen 5-processor, met tot 32 procent meer prestaties.

Bandbreedte en voorspelling

De verbeteringen zijn het gevolg van verschillende nieuwigheden. AMD heeft de uitvoering drastisch versneld, net als decodeer-operaties. Kleinere maar relevante stappen vinden we in de ophaling en voorspelling van instructies, en de beschikbare bandbreedte op de CPU.

Om instructies sneller op te halen, gebruiken de Zen 5-kernen een dubbele fetch-pijp met een nauwkeurigere branche-voorspelling. De chip kan met andere woorden sneller voorspellen wat de volgende uit te voeren instructie zal zijn, nog voor de vorige is afgewerkt.

Ook de latency richting de cache is omlaaggegaan, terwijl de bandbreedte is gestegen. Richting de L1-cache heeft AMD de bandbreedte verdubbeld vergeleken met Zen 4.

AMD bewaart zijn chiplet-aanpak. Dat wil zeggen dat de Zen 5-rekenkernen in verschillende configuraties verpakt worden tot eindproducten voor een specifieke doelgroep. De kernarchitectuur voor de laptopprocessors is dus dezelfde als die voor de desktop en die voor de server.

Samen sterk

Niet alleen de Zen 5-kernen krijgen voor de nieuwe generatie chips een upgrade: ook de bijhorende grafische chiplet verbetert. Voor de geïntegreerde GPU’s introduceert AMD de RDNA 3.5-architectuur. RDNA 3.5 moet significant meer prestaties per watt bieden. Op 15 watt-componenten meet AMD een vooruitgang van negentien tot 32 procent in grafische workloads. Voor de totaalervaring van nieuwe chips op desktop en laptop spelen die upgrades ook een rol.

Specifiek voor servers plant AMD nog voor het einde van het jaar de vijfde generatie van Epyc met Zen 5 aan te kondigden. Het top-onderdeel daarvan wordt een chip met 192 Zen 5c-kernen.

Op de laptop combineert AMD de Zen 5-kernen nog met een NPU. Die kan AI-gerelateerde workloads accelereren, en is krachtig genoeg om het Copilot+-label van Microsoft te veroveren. In de praktijk zijn er nog niet zoveel workloads die de NPU optimaal benutten, maar wie veel videobelt, zal hier toch betere video, beter geluid en minder batterijverbruik merken.

AMD zal Zen 5 de komende maanden en jaren als fundering gebruiken voor nieuwe chips, al wordt er intussen ook naarstig gewerkt aan Zen 6. De Zen 5-architectuur is een belangrijke evolutie van Zen 4, die niet drastisch breekt met de vorige generatie. Zo zullen de Zen 5-desktopprocessors nog netjes in moederborden met AM5-socket passen.

Waarom niet altijd klein?

Het valt op dat AMD wel voor 3 nm kiest voor de Zen 5c-kernen, maar niet voor de bredere Zen 5 line-up. Dat maakt het complexer om grote generationele sprongen voorwaarts te verwezenlijken, al slaagt AMD er volgens de eigen cijfers wel in. Vermoedelijk speelt de beschikbaarheid van TSMC’s N3-node toch een rol in die keuze. De combinatie met eveneens vernieuwde NPU en GPU helpen om een voelbaar krachtiger totaalpakket naar de markt te brengen.

De Zen-architectuur legt AMD geen windeieren. Sinds de introductie van Zen levert de fabrikant competitieve processors af. Deze vijfde generatie toont aan dat Zen nog heel wat in zijn mars heeft, met ruimte voor innovatie los van de gebruikte productienodes.