قطعا یکی از شگفتی های رویداد کامپیوتکس 2021، معرفی فناوری 3D V-Cache از سوی AMD بود. فناوری پیشرفته ای که از این پس می تواند عملکرد پردازنده های RYZEN و EPYC را تا نهایت 25 درصد افزایش دهد.
در واقع همانطور که از نام فناوری 3D V-Cache پیداست، با ساختاری سه بعدی در ساخت تراشه ها روبرو هستیم. فناوری 3D V-Cache زمانی شکل بهتری به خود می گیرد که در مورد ساختار پردازنده هیا AMD و اینتل اطلاعاتی داشته باشید. قطعاً جای چنین بحث پر چالشی در این مطلب نیست اما لازم است به چند نکته مثبت و نکته منفی ساختار پردازنده های AMD اشاره کنیم.
ساختار Monolithic پردازنده های اینتل، ساختاری آسان اما پر هزینه بود. در این ساختار، سازه هسته ها و حافظه نهان به صورت یکپارچه در یک قالب قرار می گرفت که نتیجه آن عملکرد خوب با زمان تاخیر بسیار اندک در انتقال داده بود. اما در این میان یک معماری جذاب تر به وجود آمد و آن هم چیپلت AMD برای پردازنده های سری رایزن بود. در واقع این جنگ بین چیپ ست و چیپلت بود. ساختار پردازنده های AMD به گونه ای بود که دیگر از یکپارچه بودن سازه خبری نبود و همین دلیل دست AMD را برای به کار گیری هسته های و حافظه نهان (کش) بیشتر باز می گذاشت. در واقع در پردازنده های رایزن چندین CCX یک CCD را تشکیل می دادند یعنی اگر پردازنده ای 8 هسته ای بود، دو CCX چهار هسته ای با حافظه نهانی که مجبور بود بین CCX ها تقسیم شود.
این ساختارهای مختلف معایت و مزایایی داشت. اینتل زمان تاخیر کمتری برای دسترسی به داده داشت اما هزینه بیشتری گریبان گیر اینتل شده بود. اینتل نمی توانست یک پردازنده 8 هسته ای را با قیمت رقابتی به بازار عرضه کند به همین دلیل همیشه پردازنده های اینتل در سطحی یکسان، از قیمت بیشتری برخوردار بودند. پردازنده های AMD هم هسته های بیشتری داشتند و هم حافظه نهان بیشتر اما فضای بین CCX ها کمی مشکل ساز شده بود. این مشکل فاصله بین CCX در ساختار بود که باعث میشد تا دسترسی به داده با تاخیر بیشتری انجام شود. باید این طور بگویم که پردازنده های رایزن به رم هایی با فرکانس بالا بیشتر واکنش مثبت نشان می دادند زیرا رم با فرکانس بالا تا حدی این زمان تاخیر را جبران می کرد.
این داستان ادامه داشت تا زمانی که AMD پردازنده های رایزن سری 3000 و خصوصاً رایزن 5000 را معرفی کرد. در نسل رایزن 5000، نه پردازنده های نسل 10 اینتل و نه پردازنده های نسل 11 اینتل قارد به رقابت با این پردازنده ها نبودند. با این توضیحات بر میگردیم به فناوری 3D V-Cache شرکت ای ام دی.
در سال 2018 اینتل فناوری Foveros را معرفی کرد که یک فناوری ساختار روی یکدیگر بود. ساختاری که در نهایت عملکرد پردازنده های اینتل را تا حدی بهبود داده بود. اما داستان 3D V-Cache شرکت AMD متفاوت از ساختار Foveros اینتل است. فناوری 3D V-Cache که احتمالا در پردازنده های +Zen 3 استفاده می شود، باعث می شود تا بجای گسترش ساختار بروی محور X، ساختار بروی محور Z گسترش یابد. شرکت AMD می گوید حافظه نهان در این ساختار را بروی هم قرار می دهد تا در یک قالب ثابت، میزان بیشتری از حافظه نهان را در اختیار پردازنده قرار دهد.
اگر پردازنده Ryzen 9 5900X را با حافظه نهان 64 مگابایت در سطح L3 در نظر بگیریم، با فناوری 3D V-Cache این حافظه نهان با سه برابر افزایش، به 192 مگابایت تنها برای سطح L3 می شود. قرار دادن یک حافظه نهان بزرگ به طور مستقیم در مجاورت تراشه پردازنده می تواند از مزایای عملکردی قابل توجهی برخوردار باشد. پردازنده برای خواندن و ذخیره داده ها باید به حافظه نهان دسترسی داشته باشند زیرا دسترسی به حافظه نهان نسبت به حافظه ای مانند رم هم دسترسی سریعتری دارد و هم پهنای باند بیشتر و تاخیر کمتر. اضافه کردن حافظه نهان سطح L3 با ساختار قرار گیری روی یکدیگر هم در فضا و هم در هزینه باعث صرفه جویی می شود. شرکت AMD ادعا می کند که این ساختاری TSMC باعث می شود تا پهنای باند ارتباطی بین حافظه نهان و پردازنده به بیش از 2 ترابایت در ثانیه برسد. البته همانطور که می دانیم حافظه نهان در سطح L3 دارای تاخیر بیشتر نسبت به سطح L1 و L2 است اما دست یابی به چنین پهنای باندی بسیار شگفت انگیز است.
در نهایت تمام این تغییرات موجب شده تا پردازنده هایی که با فناوری 3D V-Cache وارد بازار می شوند، بین 4 تا 25 درصد و به طور میانگین 14 درصد عملکرد بهتری در فریم ریت بازی ها داشته باشند. شرکت AMD دو پردازنده Ryzen 9 5900X پایه و Ryzen 9 5900X با فناوری 3D V-Cache را با فرکانس مشابه 4.0 گیگاهرتز مقایسه کرد که نتیجه آن در بازی Gears 5 بهبود 12 درصدی یعنی تفاوت بین 184 فریم در ثانیه و 206 فریم در ثانیه بود.