AMD Ryzen 7 5800X3D alla prova: la cache all'ennesima potenza fa la differenza?

Il Ryzen 7 5800X3D è il nuovo processore di AMD, il canto del cigno delle piattaforme socket AM4 che, lo ricordiamo, sono quelle utilizzate per tutte le generazioni di processori Ryzen presenti sul mercato. Il nuovo chip può essere installato sulle motherboard con chipset della serie 300, 400 e 500 - a patto che il produttore della scheda madre in vostro possesso distribuisca un BIOS adeguato.

Simile nella configurazione al modello Ryzen 7 5800X, come facilmente intuibile dal nome, questo processore si distingue per uno strato di memoria SRAM posto sopra il die (nel gergo di AMD, CCD) che serve a espandere la cache L3 già presente in buona quantità all'interno della CPU.

Disponibile sul mercato dal 20 aprile a un prezzo di 449 dollari (senza dissipatore in bundle), questo processore è il primo al mondo che si sviluppa in verticale grazie all'implementazione della tecnologia 3D V-Cache. Il compito di questa ulteriore memoria cache è quello di mantenere quanti più dati in prossimità dei core di calcolo, riducendo il ricorso alla memoria RAM esterna. In questo modo i calcoli avvengono più velocemente, con un beneficio per le prestazioni finali.

Sopra al CCD con 8 core e 16 thread basati su architettura Zen 3 troviamo ulteriori 64 MB di cache, che si aggiungono ai 32 MB di cache L3 presenti nel processore per un totale di 96 MB. La CPU è impostata a 3,4 GHz di base e 4,5 GHz di boost, ossia 400 e 200 MHz in meno rispetto al Ryzen 7 5800X che conosciamo ormai da tempo. Non cambia il TPD, che rimane pari a 105 Watt.

Secondo AMD, la maggiore quantità di cache L3 in più consente al processore di battere il Core i9-12900K e il Ryzen 9 5900X nel gaming in Full HD. Insomma, si candida a diventare la CPU gaming per eccellenza. Sarà così? E il Core i9-12900KS è in grado di respingerne l'assalto? Lo vedremo, più avanti, nei test.

3D V-Cache, cosa significa

Abbiamo detto che AMD ha messo una memoria SRAM sopra un CCD per dare più cache L3 al processore. Questa è la sintesi, la versione semplificata, ma se preferite qualche dettaglio in più entriamo maggiormente nel merito.

Sopra il chip viene impilato un solo layer di SRAM, ma tecnicamente è possibile accatastare più layer in modo da aumentare ulteriormente la capacità di questa memoria. Secondo AMD questa tecnologia non impatta sulle rese produttive, così come sulle temperature e i consumi; inoltre la cache è controllabile, cioè può essere spenta totalmente quando non in uso. L'aspetto più importante è che agli sviluppatori di software non è richiesto alcun intervento per permettere ai loro programmi di sfruttare la cache in più.

Per fondere il chiplet con la SRAM sopra il Compute die AMD ha usato il processo SoIC di TSMC con un collegamento dielettrico diretto rame su rame delle interconnessioni verticali TSV (through silicon vias) che uniscono i due die. La tecnica scelta non usa dei microbump saldati per il collegamento dei due chip, cosa che facilita un collegamento più denso ed efficiente.

Secondo AMD questa soluzione migliora la densità delle interconnessioni di 200 volte rispetto alle classiche soluzioni di packaging 2D, con un aumento della densità di 15 volte rispetto alle implementazioni 3D microbump e un'efficienza energetica tre volte superiore grazie al legame diretto "rame su rame" tra i due chip. Una bandwidth fino a 2 TB/s tra i due die assicura una latenza ai minimi termini.

Si parla di un "pitch", ossia della distanza tra i collegamenti TSV, di 9 micron - valore paragonabile alla futura tecnologia Foveros Direct (2023) di Intel e decisamente più denso dei 50 micron dell'attuale Foveros impiegata sempre da Intel.

Una tecnica di bonding in due fasi consente a TSMC di fondere i due chip insieme. Nella prima fase si usa un processo idrofilo dielettrico su dielettrico a temperatura ambiente, poi avviene una "ricottura" che lega le connessioni dielettriche. La seconda fase è un legame diretto rame su rame che forma i collegamenti tramite diffusione allo stato solido.

AMD mantiene il chip SRAM centrato sopra la cache L3 dello strato inferiore per ridurre l'esposizione della SRAM al calore dei core della CPU sottostante. Inoltre, tramite lo stesso processo, posiziona del silicio strutturale sopra i core della CPU in modo da uniformare l'altezza del chiplet al fine di garantire un migliore raffreddamento.

Quindi, a fronte di un CCD a 7 nanometri da 80,7 millimetri quadrati da 4,15 miliardi di transistor, il die di 3D V-Cache a 7 nanometri copre un'area di 41 millimetri quadrati ed è formato da 4,7 miliardi di transistor. Il processore, come gli altri Ryzen 5000, è completato da un I/O die realizzato a 12 nanometri che conta 2,09 miliardi di transistor e copre un'area di 125 millimetri quadrati. 

Si può overcloccare?

La risposta a questa domanda è "ni", nel senso che questa è l'unica AMD Ryzen a cui non è possibile modificare la frequenza o la tensione. AMD ci ha fatto sapere che questa decisione è figlia proprio della nuova tecnologia 3D V-Cache che non offre "lo stesso scaling di tensione / frequenza delle tradizionali implementazioni basate su chiplet". I parametri di tensione e frequenza di clock, a detta dell'azienda, sono già stati "massimizzati". 

Più precisamente, la 3D V-Cache opera in un range di tensione di 1,3-1,35 Volt e non gradisce altri valori. Le CPU possono sopportare tensioni ben superiori a quelle della 3D V-Cache, quindi per evitare possibili malfunzionamenti AMD ha deciso di eliminare il problema alla radice, impedendo agli appassionati di combinare pasticci. Rimangono invece possibili interventi sulla frequenza della memoria RAM e sul clock dell'interconnessione Infinity Fabric.

AMD ha dichiarato che l'overclock rimane prioritario in casa AMD e in tal senso il Ryzen 7 5800X3D è una da ritenersi un "una tantum". L'obiettivo di AMD è continuare a sviluppare la tecnologia X3D affinché le possibili future CPU con 3D V-Cache possano non solo garantire prestazioni elevate ma si possano anche overcloccare.

Configurazione di prova

Di seguito indichiamo le piattaforme di prova usate per provare i diversi processori Intel e AMD inseriti in questo articolo:

• Sistema operativo: Windows 11 Pro italiano
• SSD M.2: Silicon Power P34A80 1TB
• Scheda video: Nvidia GeForce RTX 3080Ti Founders Edition
• Alimentatore: Cooler Master V850 Platinum
• Scheda madre socket AM4: Asus Crosshair VIII Extreme Wi-Fi
• Scheda madre socket LGA 1200: Asus ROG Maximus XII Hero Wi-Fi
• Scheda madre socket LGA 1700: Asus ROG Maximus XIII Hero Wi-Fi
• Memoria scheda madre socket AM4 (Ryzen 3000/5000): 2x8 GB DDR4-3200 16-15-15-36 1T
• Memoria scheda madre socket LGA 1200: 2x8 GB DDR4-3200 15-15-15-36 1T
• Memoria scheda madre socket LGA 1700: 2x16 GB DDR5-4800 40-40-40-77

ASUS ROG Crosshair VIII Extreme

Insieme al processore di AMD abbiamo ricevuto una motherboard di livello assoluto, la ASUS ROG Crosshair VIII Extreme. Questa scheda madre ha un prezzo di circa 800 euro in questo momento ed è rivolta al mondo degli overclocker estremi.

Bellissima da vedere e più che adeguata a gestire qualunque processore AMD per socket AM4, la Crosshair VIII Extreme si presenta con 18+2 fasi VRM da 90 A per assicurare il massimo dell'alimentazione alle CPU anche pesantemente overcloccate sotto azoto liquido. La motherboard è in formato E-ATX (305 x 277 mm) e ha il chipset X570, il migliore disponibile.

Accanto ai quattro slot di memoria DDR4-3200 "tradizionali" che consentono di installare 128 GB di RAM è presente un ulteriore slot chiamato DIMM.2 che serve per installare una scheda aggiuntiva con due ulteriori connettori M.2 per espandere lo storage in aggiunta ai tre slot M.2 presenti a bordo. Ci sono anche 6 porte SATA 6 Gbps.

Quanto alla connettività PCI Express per le schede video, la motherboard è dotata di due PCIe 4.0 x16 (x16 o x8+x8) a cui si aggiunge un PCIe 3.0 x1. A bordo è un tripudio di connettori, sia per dissipatori a liquido che soluzioni per il raffreddamento ad azoto liquido (LN2), ma anche connettori comuni e non, come uno dedicato all'ulteriore alimentazione degli slot PCI Express.

Nella parte posteriore, la motherboard è dotata di un jack di rete 10G (gestito da un controller AQtion AQC113CS) e uno 2.5G (Intel I225-V), due porte Thunderbolt 4 e otto porte USB-A 3.2 Gen 2.

Presenti anche due DisplayPort, cinque jack audio illuminati da LED (a bordo della motherboard c'è un codec Realtek ALC4082) e due antenne per connettività Wi-Fi 6E e Bluetooth 5.2. Completano il quadro l'uscita S/PDIF, il tasto BIOS Flashback e quello di Clear CMOS.

Consumi

Il Ryzen 7 5800X3D sottoposto al carico di Cinebench R23 si posiziona su un livello di consumo molto interessante per una CPU a 8 core: come vedete nel grafico, richiede meno energia del Ryzen 7 5800X. La differenza si può ricondurre alle frequenze operative più basse. Le CPU Intel di fascia alta, invece, raggiungono valori decisamente più elevati, con il Core i9-12900KS che compie un ulteriore balzo in avanti rispetto al 12900K.

Prestazioni Ryzen 7 5800X3D

Calcolo

Iniziamo la nostra analisi dalle applicazioni di puro calcolo, nelle quali osserviamo un netto vantaggio dei processori con un alto numero di core e thread. Con Cinebench R23 e POV-Ray 3.7 possiamo però anche svolgere un rendering in single thread, sfruttando un solo core, così da verificare quale sia la potenza a livello di architettura di ogni CPU.

In Cinebench R23 vediamo con la maggiore cache L3 del Ryzen 7 5800X3D non è di grande utilità, mentre pesano sulle prestazioni le frequenze di clock più basse rispetto al Ryzen 7 5800X.

Lo stesso scenario visto in Cinebench R23 si ripete con POV-Ray, con il 5800X3D dietro al 5800X a causa della frequenza operativa minore. Come potete vedere nel test single-thread, le CPU Alder Lake di Intel con meno core - come il Core i5-12400 recensito qui - si comportano meglio delle soluzioni Zen 3 di AMD in virtù delle prestazioni IPC superiori.

Nella sfilza di test qui sopra, il Ryzen 7 5800X3D e il 5800X si scambiano più volte le posizioni a seconda del carico, ma non possiamo dire che la 3D V-Cache offra un evidentemente miglioramento delle prestazioni nei test di calcolo: a pesare maggiormente è il mix di frequenza operativa, architettura e numero di core. Il grafico di sintesi di seguito dice tutto:

Scientifico

Nell'ambito delle applicazioni di tipo scientifico ritroviamo una dinamica speculare a quella del puro calcolo: vengono privilegiate le CPU con un elevato numero di core, capaci di processare più thread in parallelo e ove possibile di garantire frequenze di clock elevate.

Compressione e decompressione

Con i tool 7-Zip e WinRar analizziamo il comportamento dei processori Intel e AMD nella compressione dei file; in questo ambito oltre alla memoria gioca un ruolo fondamentale un elevato numero di core.

Il nuovo Ryzen 7 5800X3D sembra avere un guizzo in più rispetto al 5800X nei test con 7-Zip su compressione e decompressione: la cache L3 maggiorata mantiene i dati più vicino ai core di calcolo con qualche beneficio. Il test con WinRAR, programma che evidentemente ama i 96 MB della nuova CPU AMD, insieme al grafico di sintesi, certificano la nostra sensazione.

Multimedia

Le tipiche applicazioni usate in ambito multimediale tendono in alcuni casi a privilegiare la disponibilità di un elevato numero di core, in altri l'efficienza del singolo core e la sua capacità di operare a frequenze di clock molto elevate. Da questo un comportamento del processore che deve essere il più possibile bilanciato tra queste due contrastanti esigenze così da ottenere i più ridotti tempi di elaborazione e la massima produttività.

Nei test con Handbrake il maggior quantitativo di memoria cache del Ryzen 7 5800X3D sembra restituire qualche ritorno positivo, ma non possiamo dire il 5800X sia da meno. Nello scontro tra cache maggiorata (5800X3D) e frequenze operative più alte (5800X) ci troviamo di fronte a un sostanziale pareggio che ritroviamo anche nel test con DaVinci Resolve.

Produttività personale

Per le operazioni quotidiane di produttività personale, dalle videoconferenze alla navigazione online, fino all'uso di software come Office per la scrittura e la compilazione di fogli di lavoro, ci siamo avvalsi del test per antonomasia, PCMark10, oltre che del nuovo Procyon incentrato sulle applicazioni della suite Office di Microsoft.

I test sulla produttività personale amano in genere la frequenza di clock e non ci stupisce constatare il vantaggio del 5800X sul 5800X3D. L'esperienza tra i due processori è del tutto simile nelle operazioni quotidiane come l'uso di programmi Office, le videoconferenze e la navigazione web.

Giochi

Abbiamo eseguito i test con una scheda video NVIDIA GeForce RTX 3080 Ti, utilizzando impostazioni qualitative elevate ma non spinte al massimo così da far dipendere maggiormente i frame al secondo medi dalla potenza di calcolo della CPU più che da quella della sola scheda video. I test sono stati eseguiti alle risoluzioni di 1920x1080 e 2560x1440 pixel: a risoluzioni inferiori la dipendenza dalla potenza di calcolo del processore tende a diventare più netta, ma sono risoluzioni che nella vita reale chi ha uno di questi processori non imposta mai.

Il gaming è l'ambito scelto da AMD per pubblicizzare il nuovo Ryzen 7 5800X3D, quindi i test che vedete sono i più importanti dell'intero articolo. Se in Metro Exodus la nuova CPU stacca il 5800X e il 5900X ma non conquista la vetta (seppur di poco), in Far Cry 6 è davanti alle due CPU di punta di casa Intel, il Core i9-12900K e il Core i9-12900KS.

Anche in F1 2021 la nuova CPU AMD è davanti, con la cache L3 che risulta importante per strappare una vittoria evidente in Full HD e un pareggio in WQHD.

Anche in Shadow of the Tomb Raider il Ryzen 7 5800X3D brilla con un evidente vantaggio sul 12900KS e il fratello minore. Staccate anche le altre CPU Ryzen 5000 di AMD.

In DiRT 5 le prestazioni del 5800X3D sono dietro di un soffio a quelle del 12900KS, un processore che però se messo sotto carico tocca consumi decisamente superiori. Il gioco non scala però molto bene in termini di core e frequenze, con risultati simili tra le varie CPU.

Chiudiamo con Borderlands 3, dove la frequenza di punta delle CPU Intel ha la meglio. Il Ryzen 7 5800X3D è tuttavia molto vicino ed è davanti al resto della pattuglia AMD. Qual è, in sintesi, il comportamento della nuova CPU AMD in gaming? Vediamolo nei seguenti grafici:

Il Ryzen 7 5800X3D è la CPU gaming più veloce in circolazione, con un vantaggio chiaro in Full HD, mentre le distanze si riducono salendo di risoluzione dove il carico si sposta maggiormente sulla scheda video. Il 12900K e il 12900KS rimangono delle signore CPU gaming, ma il 5800X3D mette a frutto la sua cache L3 maggiorata.

Conclusioni

Che dire di questo Ryzen 7 5800X3D? Primo processore a implementare la tecnologia 3D V-Cache di AMD, questa CPU è molto simile al Ryzen 7 5800X eccetto per due differenze: la cache maggiorata, che sale da 32 a 96 MB e le frequenze di clock inferiori sia di base che di boost. Il prezzo di listino comunicato è identico tra le due CPU, ma il 5800X si può rintracciare al momento a 100 euro in meno. Di seguito il grafico che fa la media dei test con tutte le applicazioni:

Confrontiamo nello specifico le prestazioni della CPU Ryzen 7 5800X3D con quelle del Ryzen 7 5800X. I valori del modello Ryzen 7 5800X3D sono espressi come percentuale di quelli della CPU Ryzen 7 5800X, con quest'ultima sempre pari al 100%:

• Multimedia: 100,6%
• Compressione: 115,1%
• Calcolo: 100%
• Scientifico: 100,4%
• Produttività personale: 94,9%
• Giochi 1920x1080 pixel: 118,7%
• Giochi 2560x1440 pixel: 108%
• Media 104%

I valori medi evidenziano un comportamento molto simile tra le due CPU, con alcune differenze di rilievo. Nei test di compressione e nei giochi la nuova CPU AMD guadagna un certo margine di vantaggio, confermando come siano questi i contesti applicativi nei quali la cache ulteriore viene sfruttata al meglio.

In altri il comportamento è pressoché speculare, dipendendo in larga parte dalla frequenza di clock della CPU e dal numero di core integrati, mentre con le applicazioni di produttività personale Ryzen 7 5800X3D fa un lieve passo indietro a causa della frequenza di boost massima più ridotta, parametro spesso chiamato in causa con queste applicazioni che scalano poco all'aumentare del numero di core integrati nel processore. Di conseguenza, se il gaming non è la vostra priorità fareste bene a puntare sul più economico Ryzen 7 5800X.

Per quanto riguarda invece l'ambito dei videogiochi, la nuova CPU di AMD è al vertice del settore e sfida CPU con più core e frequenze maggiori. La frequenza minore viene più che compensata dalla cache L3 maggiorata e, al tempo stesso, consente alla CPU di consumare meno del 5800X. Rispetto al 12900K e 12900KS il vantaggio in termini di prezzo e consumi sono evidenti, senza contare che il 5800X3D si può inserire su svariate generazioni di motherboard AM4 previo update del BIOS.

Ryzen 7 5800X3D nasce quindi con uno scopo ben preciso, l'ambito gaming, e sembra più che altro una prova generale per una futura implementazione della tecnologia 3D V-Cache su un più ampio numero di CPU. In particolare, la tecnologia potrebbe essere davvero quel "qualcosa in più" da integrare sui modelli di fascia più alta con un maggior numero di core, dove darebbe ulteriore sprint a prestazioni in produttività già competitive.

La palla passa quindi ad AMD e ai suoi progetti per le future CPU Ryzen 7000 Zen 4, dove 3D V-Cache potrebbe rappresentare un asso nella manica nel confronto con Intel.