AMD Ryzen 4000: le nuove CPU per i notebook del 2020

AMD ci ha ormai abituato a presentare ogni anno nuove versioni di processori della famiglia Ryzen, soluzioni che sin dal debutto sono state apprezzate dagli utenti offrendo una valida alternativa alle proposte Intel della famiglia Core. Se il 2019 ha visto le proposte della famiglia 3000, il 2020 sarà la volta di quelle 4000 per tutte le differenti tipologie di piattaforme nelle quali questi processori sono utilizzati.

La diffusione dei processori Ryzen è stata inizialmente limitata alle proposte per sistemi desktop, tutte sprovviste di GPU integrata. Parliamo quindi della famiglia Ryzen 1000 presentata nella primavera del 2017, seguita poco più di 1 anno dopo dalla gamma Ryzen 2000 che è stata resa disponibile tanto in versione desktop senza GPU integrata come in quella che integra al proprio interno anche la componente video.

Quest'ultima è alla base di due distinte versioni di CPU: la prima destinata a sistemi desktop, compatibile sempre con le piattaforme socket AM4 in commercio. La seconda, a più basso consumo, è invece specificamente sviluppata per i sistemi notebook: a distinguerla dalla prima anche il package, più adatto all'utilizzo in sistemi notebook nei quali lo spessore complessivo è elemento di notevole importanza.

I processori Ryzen dotati di GPU al proprio interno si differenziano dalle corrispondenti versioni desktop per l'architettura della componente CPU. A parità di numerazione, quindi famiglia 2000 o 3000 ad esempio, troviamo nelle proposte con GPU integrata una componente CPU di precedente generazione rispetto a quella adottata nelle corrispondenti proposte per sistemi desktop senza GPU integrata. Lo schema di riferimento è questo:

Quest'oggi AMD rende disponibili tutti i dettagli sui processori Renoir, le prime CPU della famiglia Ryzen 4000 destinate all'utilizzo in sistemi notebook. Come spiegato sopra, si tratta di processori che abbinano componente CPU della famiglia Zen 2 identica per caratteristiche tecniche a quella dei processori Ryzen 3000 per sistemi desktop ad una parte GPU integrata basata su architettura Vega. I nuovi processori, anticipati da AMD al CES 2020 di Las Vegas lo scorso mese di gennaio, sono proposti in due distinte famiglie: quella con lettera U raccoglie le versioni a più basso consumo con TDP pari a 15 Watt, mentre quelle con lettera H indicano i processori destinati ai notebook più potenti e necessariamente dallo spessore maggiore con TDP che tocca quale massimo i 45 Watt.

Osservando le specifiche tecniche balza subito agli occhi la principale novità dei processori Renoir: il numero dei core ha registrato un netto incremento, raggiungendo per la prima volta tra i processori AMD la quota di 8 con un massimo di 16 threads. Tale risultato non è limitato alle sole proposte top di gamma della serie H con TDP pari a 45 Watt ma anche a due modelli della serie U con TDP limitato a 15 Watt, un risultato che conferma il livello di efficienza al quale sia giunta AMD con l'architettura Zen 2.

Segnaliamo anche la presenza di versioni di processore con sigla HS, modelli caratterizzati da un TDP pari a 35 Watt: mantengono le stesse specifiche delle CPU della serie H di pari indicazione numerica con una riduzione del TDP e nel caso del modello Ryzen 9 4900HS con una lieve riduzione delle frequenze di clock della componente CPU.

L'evoluzione delle CPU AMD per sistemi mobile ha visto una grande attenzione rivolta al migliorare l'efficienza energetica complessiva, intervenendo tanto sulla CPU come su tutti i componenti del sistema. AMD ha sintetizzato questo evidenziando come dal 2015 al 2020, quindi passando dalle architetture mobile Kaveri a quelle Renoir, abbia ottenuto un incremento di 3,4x dell'efficienza complessiva. Oltre al lavoro svolto da AMD con le proprie architetture di CPU a contribuire ad ottenere questo risultato sono stati anche i produttori di notebook. L'utilizzo di SSD dai consumi sempre più contenuti e di pannelli da 1 Watt di consumo, unitamente al supporto alla memoria LPDDR4. sono tutti elementi che contribuiscono a contenere il consumo complessivo del sistema e quindi a migliorare l'autonomia complessiva a parità di capacità della batteria.

Nel passaggio all'architettura Zen 2 AMD certifica un 2x nel rapporto tra prestazioni e watt consumati, risultato ottenuto in buona parte grazie al passaggio alla tecnologia produttiva a 7 nanometri con la quale sono costruiti i processori Ryzen 4000 e per la restante parte alle innovazioni a livello di design del chip e di IPC, Instructions Per Clock.

E' proprio in quest'ottica che dobbiamo valutare il lavoro svolto da AMD assieme ai partner produttori di notebook, che ha portato negli ultimi anni non solo ad un aumento nel numero di PC portatili basati su CPU AMD disponibili in commercio ma anche alla disponibilità di modelli di fascia alta, caratterizzati da un livello di finitura e caratteristiche accessorie in precedenza riservate alle sole proposte basate su CPU Intel. Un esempio di questo è l'adozione di processori Ryzen 3000U nei sistemi Microsoft Surface Laptop 3 da 15 pollici, notebook che per finiture e prezzo sono posizionati nel segmento di fascia più alta del mercato ben oltre quanto tipicamente ci si poteva tipicamente attendere da proposte dell'azienda americana. AMD evidenzia come nel 2018 sono stati circa 75 i design di notebook con propri processori, numero aumentato a circa 110 nel 2019: per il 2020 l'azienda prevede il lancio di circa 170 diversi notebook basati su proprie CPU: facile a questo punto attendersi per i notebook con CPU Ryzen 4000 non solo proposte entry level ma anche un ricco numero di modelli destinati ai segmenti premium del mercato.

Dal punto di vista dell'architettura ritroviamo nei processori Ryzen 4000 la stessa componente CPU che AMD utilizza per i processori Ryzen 3000 per sistemi desktop ora in commercio. Troviamo quindi il core Zen 2, con all'interno un massimo di 8 core, affiancato alla componente GPU basata su architettura Vega e ai vari controller da quello memoria (dual channel DDR4-3200 o in alternativa LPDDR4x-4266) al PCI Express (di tipo Gen 3.0 con al massimo 20 linee in questa famiglia di processori e non Gen 4.0 come per le CPU Ryzen 3000 basate sulla stessa architettura). Da segnalare il quantitativo di cache L3 che passa dagli 8 Mbytes delle CPU Ryzen 3000 per sistemi desktop ai 4 Mbytes integrati nelle soluzioni Renoir: l'integrazione del memory controller all'interno del die e non più in un chip di I/O dedicato ha presumibilmente fatto optare AMD per questa configurazione, in virtù dell'inferiore latenza di accesso complessiva alla memoria.

A differenza delle proposte desktop i processori Ryzen 4000 della famiglia Renoir non adottano un design a chiplets: tutto è integrato in un singolo die, così da ottenere un package di dimensioni più compatte soprattutto in termini di spessore. Può sembrare un elemento di poco conto ma lo spessore è caratteristica fondamentale nelle soluzioni notebook in quanto permette di ottenere chassis con ingombri più contenuti, ottimizzando le dimensioni del sistema di raffreddamento.

La componente GPU integrata nei processori Ryzen 4000 rimane quella Vega già adottata in precedenza; AMD però dichiara un incremento delle prestazioni per ogni Compute Unit integrata sono al 59%. A questo risultato l'azienda è giunta attraverso un netto incremento delle frequenze di clock massime alle quali opera la GPU, riducendo il numero complessivo di CU presenti così da semplificare il design e migliorare l'efficienza complessiva. L'architettura Vega implementata in questi processori è stata ottimizzata raddoppiando l'ampiezza dell'interfaccia Data Fabric, così da migliorare l'efficienza nel trasferimento dei dati ottenendo positive ricadute anche in termini di consumo.

AMD spiega l'incremento sino al 59% delle prestazioni per compute unit in buona parte legando questo all'utilizzo della tecnologia produttiva a 7 nanometri e in misura minore all'aumento della frequenza di clock e alle innovazioni implementate a livello architetturale. In questo caso i benefici dell'adozione della tecnologia a 7 nanometri contemplano l'utilizzo di un nuovo memory controller, che come vedremo è responsabile di buona parte dell'incremento prestazionale evidenziato dall'azienda.

Mettendo a confronto le specifiche delle CPU Ryzen 4000 con quelle dei modelli Ryzen 3000, considerando la sola componente GPU, notiamo l'aumento della frequenza di clock massima e un riallineamento verso il basso nel numero di Compute Units integrate. Se con le versioni Ryzen 3000 si è raggiunto il massimo di 11 compute units nel modello Ryzen 7 3780H sviluppato per le proposte Microsoft Surface Laptop 3, con Ryzen 4000 arriviamo al massimo alle 8 compute unit delle CPU 4800 e 4900. Si tratta di una scelta per molti versi anomala ma che AMD ha giustificato evidenziando come la riduzione nel numero delle CU abbia permesso di guadagnare in efficienza complessiva, anche grazie alla frequenza di funzionamento aumentata (da 1.400 MHz a 1.750 MHz nelle versioni più potenti).

Se confrontiamo la GPU integrata nel processore Ryzen 9 4900H con quella del modello Ryzen 7 3750H notiamo come il numero di Compute Units sia calato del 20% (da 10 a 8), mentre la frequenza di clock massima è aumentata del 25% (da 1.400 Mhz a 1.750 MHz): la differenza inale, pesando questi due elementi, non è di certo elevata. Non dobbiamo però dimenticare che è la bandwidth della memoria di sistema uno dei componenti che incide maggiormente sulle prestazioni delle GPU integrate: il supporto a memoria DDR4-3200 e a quella LPDDR4x-4266 garantisce un netto balzo in avanti in termini di bandwidth rispetto alla configurazione dual channel DDR4-2400.

• Ryzen 3000, memoria DDR4-2400 dual channel: bandwidth 38,4GB/s
• Ryzen 4000, memoria DDR4-3200 dual channel: bandwidth 51,2GB/s
• Ryzen 4000, memoria LPDDR4x-4266 dual channel: bandwidth 68,3GB/s

Adottando memoria DDR4-3200 l'incremento della bandwidth è del 33%, mentre con il passaggio allo standard LPDDR4x-4266 di ottiene un balzo in avanti del 78% nel valore massimo teorico. E' evidente come un tale aumento della bandwidth della memoria di sistema si ripercuota direttamente sulle prestazioni della componente GPU integrata nel processore, permettendo di raggiungere quel massimo di +59% delle prestazioni per compute unit che AMD indica.

Da segnalare, nella componente GPU dei processori Ryzen 4000, anche l'adozione di un nuovo multimedia engine che garantisce operazioni di encoding più veloci sino al 31%. AMD specifica il supporto a operazioni di decodifica di flussi video 4K60 con standard VP9 e H.265HEVC, passando a quella 4K120 per lo standard H-264 MPEG-4. L'encoding 4K60 è garantito tanto per H.264 MPEG-4 come per H.265 HVEC.

Con i processori Ryzen 4000 AMD ha operato un lavoro di ottimizzazione del consumo che riguarda tutta la piattaforma nel suo complesso, partendo dall'interazione tra processore e sistema operativo. La scelta di quale sia la frequenza di clock ottimale, in ogni dato istante, in funzione del carico di lavoro richiesto è uno degli elementi alla base della più efficiente gestione del consumo del processore: per questo motivo AMD ha implementato nei processori Ryzen 4000 della famiglia Renoir 3 differenti power state nella ACPI, così che all'interno di ognuno dei power state sia possibile spostarsi più velocemente tra i vari C-state corrispondenti. Il risultato quindi è quello di offrire un più rapido switch tra gli stati C, guadagnando di efficienza, oltre che lasciar identificare al sistema quale dei 3 stati sia ottimale in funzione del carico di lavoro istantaneo richiesto.

System Temperature Tracking o SST V2 è il nuovo strumento implementato da AMD per la gestione ottimale del profilo termico del notebook, basato sull'integrazione di diodi di rilevazione della temperatura in differenti aree dello chassis. L'andamento termico del processore, con identificazione della frequenza di clock istantanea alla quale può operare, non è più quindi legato solo a temperatura e potenza richiesta dei componenti hardware ma in questo modo viene bilanciata anche dalla condizione termica nella quale si trova il sistema nel suo complesso. I valori forniti da questi punti di rilevazioni vengono quindi utilizzati nelle decisioni legate alla frequenza di funzionamento istantanea tanto di CPU come di GPU, in modo da massimizzarne le prestazioni mantenendo però il più efficiente profilo termico per l'intero sistema.

Questa tecnologia opera anche in combinazione con Smartshift, altra novità delle piattaforme Renoir. Smartshift gestisce in parallelo il budget termico di CPU e GPU discreta (quindi non di quella integrata nella CPU), a condizione che sia basata su architettura AMD Radeon. Smartshift gestisce le frequenze di clock di CPU e GPU discreta presente nel sistema sfruttando un collegamento proprietario e indipendente dal sistema operativo, grazie al quale viene gestita la capacità termica a disposizione dei due componenti a seconda del carico di lavoro istantaneo. Smartshift, di conseguenza, regola consumo di GPU e CPU istante per istante permettendo a uno o all'altro componente di consumare una quota maggiore del budget termico a disposizione qualora vengano richieste prestazioni più elevate e l'altro componente possa rinunciare a qualcosa. STT V2 interviene in parallelo a Smartshift grazie all'integrazione di un diodo di rilevazione termico specifico per la scheda video discreta, con il quale tener monitorata la temperatura superficiale dello chassis nell'area in prossimità di questo componente e in questo modo tenerne conto nella gestione del budget termico complessivamente a disposizione.

AMD ha fornito alcune indicazioni sulle prestazioni velocistiche dei ntoebook basati su processori Ryzen 4000, in attesa di poter provare i primi prodotti destinati alla commercializzazione. Un primo dato significativo è quello della proposta Ryzen 7 4800H: con un TDP di 45 Watt riesce a fare di gran lunga meglio dei processori Intel Core i7-9750H e Core i9-9880H nel test 3DMark Fire Strike Physics, test fortemente dipendente dal numero e dalla frequenza di clock dei core della CPU.

Passando a test multihreaded come quello Cinebench R20 il margine di vantaggio della CPU Ryzen 7 4800H sul modello Intel Core i7-9750H diventa ancora più netto, potendo mettere a disposizione un maggior numero di core. La nuova proposta di AMD fa meglio anche dell'attuale top di gamma di Intel per sistemi notebook, la CPU Core i9-9880H dotata di 8 core e dello stesso TDP di 45 Watt della proposta AMD.

Il maggior numero di core e la frequenza di clock particolarmente elevata alla quale operano permette alla CPU AMD Ryzen 7 4800H di registrare prestazioni superiori a quelle di un notebook con CPU Intel Core i7-9750H con applicazioni di produttività personale. Il margine varia a seconda del tipo di elaborazione, toccando picchi molto elevati stando ai dati forniti da AMD.

Utilizzando una scheda video discreta, in questo caso un modello NVIDIA GeForce RTX 2060, la piattaforma AMD Ryzen 7 4800H è in grado di ottenere alla risoluzione di 1920x1080 pixel valori di frames al secondo che sono più alti rispetto a quelli della corrispondente soluzione Intel Core i7-9750H abbinata alla stessa GPU.

Con titoli più esigenti, sempre sfruttando una GPU dedicata (GeForce RTX 2060), la piattaforma AMD Ryzen 7 4800H fa registrare mediamente frames al secondo superiori con margini che variano a seconda del titolo ma che in generale sono quasi sempre a doppia cifra. Questo risultato è nuovamente giustificato in parte dal maggior numero di core ma soprattutto dalla elevata frequenza di clock alla quale opera la CPU AMD, oltre che alla generale maggiore efficienza offerta dal'architettura Zen 2 rispetto a quelle AMD di precedente generazione.

Passando nel confronto alle due CPU top di gamma tanto di AMD come Intel, rispettivamente Ryzen 9-4900HS e Core i9-9980H, notiamo un margine di vantaggio medio della prima in quasi tutti i test nonostante il TDP dichiarato sia inferiore (35 Watt per AMD contro 45 Watt per Intel). In questo caso il numero di core e threads messi a disposizione è lo stesso, rispettivamente 8 e 16, con la frequenza di clock massima mantenuta stabilmente per tutti i core a rappresentare la differenza. 

Passando alle CPU della famiglia U a basso consumo, con un TDP di 15 Watt, il confronto si sposta con la CPU Intel Core i7-1065G7 con architettura a 4 core della famiglia Ice Lake (10 nanometri). In questo caso il vantaggio della CPU Ryzen 7 4800U è netto nel test multithreaded per via del maggior numero di core a disposizione (8 contro 4) ma anche in single threaded cioè utilizzando un solo core la proposta AMD mostra un vantaggio. Miglior risultato anche nel test Time Spy di 3DMark, con il quale la GPU integrata nel processore AMD riesce a registrare un valore superiore del 28%

Nei test con giochi, eseguiti alla risoluzione di 1920x1080 pixel con impostazioni qualitative basse, si nota un andamento che passa da un sostanziale pareggio a un vantaggio della proposta AMD, a seconda del tipo di titolo scelto. In questo caso oltre ad evidenziare il buon comportamento della CPU AMD dobbiamo sottolineare anche i passi in avanti fatti da AMD con il proprio comparto GPU, che per i processori della famiglia Ice Lake è quello Iris Pro ben più veloce di quello HD Graphics adottato per le precedenti generazioni di processori Intel mobile.

In attesa della commercializzazione dei primi sample di sistemi notebook basati su processori AMD Ryzen 4000, l'azienda americana ha fornito informazioni su due modelli che verranno presto immessi sul mercato. Il primo è il notebook Lenovo Yoga Slim 7, modello con schermo da 14 pollici basato su processore Ryzen 7 4800U con TDP spinto sino a 25 Watt grazie ad uno specifico lavoro in collaborazione con AMD. La presenza di memoria LPDDR4x e il TDP aumentato lasciano spazio a prestazioni elevate anche dal comparto video, collegato ad uno schermo da 14 pollici con risoluzione Full HD e supporto alla tecnologia FreeSync. Non manca anche connettività WiFi6, caratteristica che sino ad oggi è stata una esclusiva delle piattaforme Intel nel mondo dei notebook.

Il secondo notebook è quello ASUS Zephyrus G14, modello basato su processore AMD Ryzen 4000 della famiglia HS e quindi caratterizzato da un TDP pari a 35 Watt. Si tratta di un notebook potente e compatto, che in uno spessore di 17,9 millimetri integra tanto la CPU AMD come una scheda video NVIDIA GeForce RTX 2060. Lo schermo da 14 pollici può essere con risoluzione WQHD oppure Full HD, in quest'ultimo caso con frequenza di refresh di 120Hz.

In attesa di poter avere a disposizione per i primi test i notebook basati su processori Ryzen 4000, quello che emerge dall'annuncio odierno è una ulteriore conferma del notevole lavoro sviluppato da AMD con i processori Ryzen basati su architettura Zen 2. Questo è ora evidente non solo nell'ambito desktop, con le CPU Ryzen 3000, ma anche nel mondo mobile: si tratta per giunta del settore nel quale AMD ha più margini di crescita vista la propria quota di mercato.

L'elemento tecnico più interessante di queste CPU è indubbiamente l'offrire versioni sino a 8 core anche in notebook compatibili con un TDP di soli 15 Watt. Questo apre la strada a una serie di sistemi compatti e sottili che saranno in grado di offrire prestazioni elevate in ambiti multitasking, avvicinandosi a quanto offerto ora da notebook con processori dal TDP di 45 Watt ben più spessi, ingombranti e pesanti. Per mettere alla prova questi sistemi ci sarà però ancora da attendere: AMD aprirà oggi alcune prevendite con partner commerciali in Cina ma non sarà, crediamo, prima di alcuni mesi che i notebook con processori Ryzen 4000 debutteranno sul nostro mercato. Giungeranno per primi quelli della famiglia U con TDP di 15 Watt, mentre le proposte più potenti delle serie H (45 Watt TDP) e HS (35 Watt TDP) arriveranno nelle settimane successive.