AMD Ryzen 7 / 5 / 3

Ryzen ist eine Prozessor-Architektur (ab 2017) von AMD mit vier, sechs und acht CPU-Kernen unter den Typen-Bezeichnungen 3, 5 und 7. Damit vergleicht AMD seine Ryzen-Prozessoren mit der Intel Core-i3-, i5- und i7-Serie. Die Ryzen-Prozessoren lösen alle Athlons, Phenoms und die Prozessoren der A-Serie ab. Die Mikroarchitektur Zen bildet die Basis für die AMD-Prozessoren der nächsten Jahre.

Zen ist die Bezeichnung für die Mikroarchitektur. Weil es früher pro CPU nur einen Kern gab, war das gleichzeitig auch der Name für die Prozessor-Generation. Heute bezieht sich die Mikroarchitektur Zen auf einen einzelnen Kern. Und die Prozessor-Architektur, in dem Fall Ryzen, wie die Kerne zusammengeschaltet sind und welche Schnittstellen nach draußen führen.

Die Ryzen-CPUs von AMD sind dafür bekannt, dass sie mehr Leistung für das gleiche Geld im Vergleich zu Intel-Prozessoren liefern. Das hat Intel in Zugzwang gebracht, mal wieder ordentlich an der Performance-Schraube zu drehen und gleichzeitig eine Preisanpassung nach unten vorzunehmen.

Mikroarchitektur Zen

Bei der Entwicklung eines konkurrenzfähigen CPU-Designs standen drei Aspekte im Vordergrund: Performance, Durchsatz und Effizienz. Das erreichte man durch kleinere Strukturen, effizientere Rechenwerke und ausgefeilte Energiespartechniken. Gleichzeitig wurden bewährte Techniken und Recheneinheit aus der Bulldozer-Mikroarchitektur übernommen.
Die neue Mikroarchitektur arbeitet mit einer erweiterten Sprungvorhersage, die nicht nur Verzweigungen, sondern auch Befehlsabhängigkeiten auswertet. Jeder Rechenkern verfügt mit simultanem Multi-Threading (SMT) über zwei logische Kerne und kann damit zwei Threads gleichzeitig abarbeiten. Von Intel ist diese Technik schon länger als Hyper-Threading bekannt.
Insgesamt erreicht die Mikroarchitektur Zen deutlich mehr Performance pro Watt.

Aus der Mikroarchitektur Zen sollen neben Server, Desktop- und Notebook-Prozessoren auch Modelle hervorgehen, die im Embedded-Bereich eingesetzt werden können. Also auch der Bereich, der typischerweise von ARM-Prozessoren bedient wird. Für Netzwerkgeräte und Storage-Controller sind Spezialprozessoren geplant, die neben den Zen-Kernen auch GPUs und Komponenten externer Zulieferer enthalten.

Ryzen-Architektur

AMD Ryzen CPU Core Complex (CCX)

Die Ryzen-Architektur kombiniert jeweils 4 Kerne zu einem CPU Core Complex mit einem 8 MByte großen L3-Cache. Jeder Kern verfügt über einen 512 kByte großen L2-Cache. Hat ein Ryzen-Prozessor mehr als 4 Kerne, dann werden zwei CCX zusammengeschaltet.

AMD Ryzen Hexa-Core und Octa-Core

Bei einem Hexa-Core-Prozessor ist je ein Kern deaktiviert. Bei einem Octa-Core-Prozessor sind alle 8 Kerne nutzbar.
Weil nicht alle 6 bzw. 8 Kerne gleichwertig angeordnet sind, ist die Verteilung der Rechenleistung auf die einzelnen Kerne komplexer, weshalb die Performance darunter leidet.

Die Ryzen-Architektur verteilt die Chipsatz-Funktionen auf den Prozessor und einen Chipsatz-Baustein. Bei der Ryzen-CPU handelt es sich um einen System-on-Chip, der einen Speicher-Controller für zwei DDR4-Kanäle, die jeweils zwei Speichermodule aufnehmen, enthält. Zusätzlich werden Signalleitungen für SATA-6G, USB 3.0 und mehrere PCIe-Lanes nach außen geführt. Die wichtigen Schnittstellen kommen also aus der CPU. Chipsätze braucht man aber weiterhin, um mehr PCIe-Lanes, USB-3.0-Ports und auch USB 3.1 zur Verfügung zu haben. Je nach PC-Bauform oder -Ausbaustufe kann es ein abgespeckter Chipsatz oder ein Feature-Monster mit umfangreichen und leistungsfähigen Controllern sein. Dazwischen ist alles möglich.

Enthalten ist ein PCIe Root Complex der für die Anbindung des Chipsatzes, Grafikkarten und NVMe-SSDs gedacht ist. Die letzten beiden natürlich nur, wenn die Steckplätze direkt mit der CPU verbunden sind.

Turbo und Precision Boost

Bei Turbo Boost handelt es sich um Übertaktungsautomatik für einen einzelnen Kern. Zusätzlich zu Turbo Boost existiert eine variable Turbo-Funktion mit dem Namen Extended Frequency Range (XFR). Damit steigern Ryzen-CPUs ihre Taktfrequenz über den Nominal- und den Boost-Frequenz hinaus, wenn der verwendete Kühler noch genug Reserven zum Kühlen hat und die Leistungsaufnahme unter einem bestimmten Wert bleibt. Die Taktsteuerung erfolgt dabei in 25 MHz Schritten.
Bei X-Typen erhöht sich der Takt um maximal 100 MHz. Bei normalen Ryzen-Typen nur um 50 MHz.
Wie viel XFR in der Praxis bringt, hängt von der Leistungsfähigkeit des Kühlers und der gerade laufenden Anwendungen ab. Je nach auszuführenden Code erhitzen sich unterschiedliche Core-Bereich unterschiedlich stark.

Prozessor-Typen

  • Ryzen 7 / 5 / 3: Multi-Core-CPU für Desktop-PCs und Notebooks für den Massenmarkt
  • Ryzen Pro: Kombi-CPUs (APUs) mit integrierter GPU für Desktop-PCs und Notebooks für den Massenmarkt
  • Ryzen Threadripper: High-End-CPU mit 16 Kernen (32 Threads)
  • Epyc: Server-CPU mit bis zu 32 Kernen (64 Threads)

Es existieren normale Ryzen-Versionen und zusätzlich mit der Bezeichnung X und Pro. Ein X-Modell lässt bei gleicher TDP eine geringere Gehäusetemperatur zu und bedarf deshalb eine andere Kühlerklasse. Ein Pro-Modell kommt mit einer höheren Gehäusetemperatur klar.

AMD Ryzen 3 / 5 / 7

Alle Ryzen-Modelle verwenden die gleichen Octa-Core-Dies mit zwei Core-Complex-Modulen (CCX). je nach Anzahl der Kerne sind dann entsprechend einige davon abgeschaltet. Dem Ryzen 3 fehlt im Unterschied zu Ryzen 5 und 7 Simultaneous Multithreading (SMT). Der Ryzen 7 glänzt natürlich nur bei Programmen, die alle seine Kerne und Threads ausreizen.
Zu den normalen Ryzen-Versionen existieren auch welche mit der Zusatz "X". Ein X-Modell lässt bei gleicher TDP eine geringere Gehäusetemperatur zu und bedarf deshalb eine andere Kühlerklasse.

Neben den Ryzen-Modellen ohne integrierter GPU gibt es auch Ryzen-Modelle mit integrierter GPU (Ryzen with Radeon Graphics). Es handeln sich um APU-Kombiprozessoren auf denen eine GPU des Typs Vega M sitzt, die die Grafikberechnung und -ausgabe übernimmt. Wie so häufig müssen sich sowohl CPU als auch GPU den verfügbaren Arbeitsspeicher teilen.

AMD Ryzen Pro

Den AMD Ryzen Pro gibt es in den Varianten "Ryzen 7 Pro", "Ryzen 5 Pro" und "Ryzen 3 Pro", die sich hinsichtlich Anzahl der Kerne, Basis-Takt, Maximal-Takt und TDP unterscheiden
Zum Unterschied zu den CPUs ohne "Pro" existieren verschiedene Sicherheitsfunktionen zum Verschlüsseln von Daten und Arbeitsspeicher, sowie eine Fernwartungsschnittstelle. Die Pro-Modelle kommen auch mit einer höheren Gehäusetemperatur klar.
Der AMD Ryzen Pro ist typischerweise ein Prozessor für Bildschirmarbeitsplätze in größeren Unternehmen.

AMD Ryzen Threadripper

AMD Ryzen Threadripper ist die Bezeichnung eines Prozessors für das High-End-Desktop-Marktsegment (HEDT). Typische Aufgaben für den Ryzen Threadripper sind Rendering von Raytracing-Szenen, große Datenmengen von mehreren schnellen PCI-Express-SSDs in Workstations bearbeiten und Performance-Steigerung in 4K-Gaming-Rechnern mit mehreren High-End-Grafikkarten.

AMD Ryzen Mobile

AMD Ryzen Mobile sind spezielle Notebook-Prozessoren mit vier Zen-Kernen und einer Vega-Grafikeinheit.

AMD Epyc

AMD Epyc ist die Bezeichnung für eine Server-CPU, die speziell für den Bereich des High Performance Computings (HPC). Ein Epyc-Prozessor (Codename Naples) basiert auf der Zen-Architektur und löst die Opteron-Prozessoren von AMD ab. Er tritt in Konkurrenz zu Intels Xeon-Prozessor und ist eine lang ersehnte Alternative im Servermarkt.

Zusammenfassung

Mit dem Ryzen meldet sich AMD bei den High-End-Prozessoren zurück. Die Leistungsfähigkeit eines Ryzen 7 kommt besonders bei Anwendungen zur Geltung, wo viele Kerne und Threads gefragt sind. Also typischerweise 3D-Rendering, 4K-Videokodierung und Verschlüsselung. Hier hat AMD mit dem Ryzen ein unschlagbares Preis-Leistungsverhältnis. Es ist davon auszugehen, dass nach der Optimierung von Software und Treibern ein weiterer Leistungssprung möglich ist.

Nur Intel hat weiterhin bei der Single-Thread-Performance und der Leistung pro Takt (Instructions per Cycle) die Nase vorn. Jedenfalls ist Intel durch die starke Konkurrenz gezwungen, nach mehreren Jahren seine langsamen Leistungssteigerungen endlich mal wieder eine ordentliche Schippe draufzulegen.

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