AMD continua ad innovare le CPU desktop e notebook con Zen 5

Zen 5 debutta nei sistemi desktop

Torniamo con la memoria al mese di marzo 2017: sono trascorsi 7 anni e alcuni mesi dal giorno in cui AMD annunciava i primi processori della famiglia Zen, quelli della serie 1000 destinati ai PC desktop. In quei giorni c'era grande attesa verso AMD e quella nuova architettura della quale si vociferava da molto tempo, in grado di riportare AMD ad un livello competitivo allineato alle proposte concorrenti Intel Core.

Nei 7 anni che sono trascorsi da quell'iniziale debutto sul mercato abbiamo visto il susseguirsi di numerose versioni di processore basate su architettura Zen, destinate a un po' tutte le famiglie di prodotti presenti sul mercato. Dai desktop ai notebook, passando alle soluzioni embedded, alle proposte per i datacenter sino ai chip semi-custom sviluppati per i partner quali quelli adottati nelle console gaming.

Non c'è stato un prodotto AMD che non abbia visto utilizzata l'architettura Zen, nelle sue differenti iterazioni. Quest'oggi AMD annuncia i dettagli tecnici di Zen 5, quinta generazione di questa architettura che da oggi trova spazio nei sistemi desktop e in quelli notebook ma che verrà adottata a breve anche nei processori EPYC destinati ai datacenter come nelle altre famiglie di prodotto che AMD sviluppa.

Partiamo dai sistemi desktop, con 4 modelli che AMD ha già annunciato al Computex di Taipei lo scorso mese e che andranno a replicare di fatto quanto offerto con la gamma Ryzen 7000:

• Ryzen 9 9950X: 16 core, 32 thread; frequenza di clock massima di 5,7GHz; 80MB di cache totale e TDP di 170 Watt.
• Ryzen 9 9900X: 12 core, 24 thread; frequenza di clock massima di 5,6GHz; 76MB di cache totale e TDP di 120 Watt.
• Ryzen 7 9700X: 8 core, 16 thread; frequenza di clock massima di 5,5GHz; 40MB di cache totale e TDP di 65 Watt.
• Ryzen 5 9600X: 6 core, 12 thread; frequenza di clock massima di 5,4GHz; 38MB di cache totale e TDP di 65 Watt.

La piattaforma alla base è sempre quella Socket AM5, che AMD ha introdotto con i processori Ryzen 7000 basati su architettura Zen 4 e che continuerà a venir utilizzata anche con le future generazioni di processore che AMD introdurrà sul mercato nei prossimi anni.

L'azienda ha del resto confermato che Zen 5 sarà seguito da una nuova architettura indicata con il nome di Zen 6, per la quale non sono state fornite indicazioni circa il periodo di lancio, la tecnologia produttiva con la quale i vari processori verranno costruiti e tantomeno dettagli sulle caratteristiche architetturali.

La famiglia Zen 5 vede la presenza di due distinti core, al pari di quanto avvenuto con la precedente generazione. Zen 5 e Zen 5c sono le due versioni che condividono tutto a livello di microarchitettura, con differenze riconducibili alle inferiori dimensioni complessive del core Zen 5c per via di differenti quantitativi di cache al pari di quanto avvenuto con Zen 4c rispetto ai core Zen 4. La scelta di AMD in questo senso è molto chiara: offrire core che siano eterogenei tra di loro, per i quali non vi siano differenze dal punto di vista della capacità di elaborazione per i differenti software si possono eseguire, adattandoli alle specifiche necessità di utilizzo in base al prodotto finale che si vuole ottenere. I due core si differenziano ovviamente per i livelli prestazionali da un lato, a favore di quello Zen 5, e per la migliore efficienza complessiva propria per sua natura del core Zen 5c.

Interessante inoltre evidenziare, per le CPU Ryzen 9000 destinate ai sistemi desktop, un massiccio lavoro di ottimizzazione per quanto riguarda la thermal resistance: AMD ha indicato infatti un miglioramento del 15% in questo comparto, con una riduzione della temperatura del die di 7 gradi centigradi a parità di TDP grazie a un lavoro di ottimizzazione dell'interfaccia termica tra die e heatspreader del package.

Zen 5 nei notebook: Ryzen AI 300

Passando ai sistemi notebook, Zen 5 debutta con i processori Ryzen AI 300 che AMD ha già annunciato sempre in occasione del Computex 2024 di Taipei lo scorso mese di giugno. Quello che vedremo nelle prossime settimane sarà il debutto di numerosi notebook sviluppati dai partner OEM di AMD dotati di questi nuovi processori, che al loro interno integrano accanto alla componente CPU anche quella GPU e, ovviamente, una NPU dedicata alle elaborazioni di intelligenza artificiale.

Nei processori Ryzen AI 300 troviamo quindi una componente CPU che integra sino a 12 core, 4  con architettura Zen 5 e 8 Zen 5c, capaci di processare sino a 24 thread in parallelo. Accanto a questa abbiamo una soluzione video con architettura AMD RDNA 3.5 che integra un massimo di 16 compute unit al proprio interno, assieme a una NPU della famiglia XDNA 2 che permette di ottenere un picco di potenza di elaborazione di 50 TOPS, poco sopra quelli richiesti da Microsoft per i Copilot+ PC.

AMD ha per ora annunciato due versioni di processore Ryzen AI 300:

• Ryzen AI 9 HX 370: 12 core e 24 thread, boost clock massimo di 5,1 GHz, 36 MB di cache, GPU Radeon 890M con 16 CU e NPU da 50 TOPS;
• Ryzen AI 9 365: 10 core e 20 thread, boost clock massimo di 5 GHz, 34 MB di cache, GPU Radeon 880M con 12 CU e NPU da 50 TOPS.

È evidente che nel settore della tecnologia il tema dell'Intelligenza Artificiale sia quello che sta dominando tutte le discussioni e le evoluzioni tecnologiche, a prescindere da quale ne sia la ricaduta pratica e diretta per l'utente finale. Detto questo, non possiamo non evidenziare come le 3 componenti di elaborazione integrate nei processori Ryzen AI 300 siano tutte anche a servizio dell'IA e che i calcoli a questa legati non siano unicamente veicolati all'interno della NPU.

CPU e GPU, quindi, assumono anche il ruolo di fonte di elaborazione per i calcoli legati all'intelligenza artificiale con un'efficienza complessiva che non può raggiungere quella di un'unità così specializzata come è per sua natura la NPU. La loro presenza è tuttavia molto importante nell'ottica dell'ottimizzazione software: tutte quelle applicazioni che sono state accelerate via AI prima della disponibilità di NPU dedicate lo hanno fatto sfruttando CPU e GPU, attraverso affinamenti lato codice che continueranno ad essere presenti e che non saranno rivisti per spostare i calcoli verso le NPU.

Le novità dell'architettura Zen 5

Potremmo pensare all'architettura di CPU Zen 5 come una fase evolutiva nello sviluppo delle soluzioni AMD e non rivoluzionaria nelle sue innovazioni rispetto a quanto in precedenza sviluppato dall'azienda. Ma se così facessimo, limiteremmo la portata del lavoro di AMD, in grado con Zen 5 di offrire un miglioramento medio dell'IPC pari al 16% rispetto a Zen 4.

Come è stato possibile ottenere questo risultato? La scelta di design è stata quella di modificare la base architetturale dei core, ridisegnando il front end della CPU così da renderlo più ampio e modificando tutte le altre unità in modo da bilanciarle adeguatamente evitando che potessero fungere da collo di bottiglia per le prestazioni.

Ecco quindi un path dual decode per il branch predictor, in grado di ridurre la latenza e fornire maggiore accuratezza nei risultati, unito a unità per Dispatch e Execute più ampie: troviamo ora un dispatch/retire espanso a 8 vie e una execution window anch'essa ampliata.

AMD è intervenuta anche a livello di cache, con una L1 data da 48KB a 12 vie con un load di 4 cicli di clock: è raddoppiata la bandwidth massima verso la cache L1 e l'unità di calcolo in virgola mobile, per far fronte alla maggiore quantità di dati che il nuovo core può elaborare.

Importante novità in Zen 5 è il debutto del supporto AVX-512 con datapath a 512bit, non più ottenuto quindi con due datapath a 256bit affiancati. Questa novità si rivela essere fondamentale per assicurare prestazioni elevate lato CPU con le elaborazioni di intelligenza artificiale e permette di gestire più operazioni in virgola mobile che operano in parallelo nello stesso momento.

Per incrementare il numero di istruzioni processate per ciclo di clock AMD è quindi intervenuta con un approccio lineare, ampliando le unità di elaborazione e facendo in modo che le restanti componenti interne fossero in grado di stare al passo. Un'espressione classica nel settore è quella del "feed the beast", cioè dare da mangiare alla bestia: rende bene l'idea del dover fare sempre in modo che le istruzioni vengano processate dalle unità di esecuzione senza che vi siano colli di bottiglia all'interno.

Passando ai processori Ryzen AI 3000 per sistemi notebook dobbiamo anche evidenziare le peculiarità della GPU integrata che è basata su architettura RDNA 3.5, appositamente sviluppata per venire incontro alle necessità dei sistemi mobile. Molto del lavoro dietro questa soluzione viene da quanto sviluppato da AMD per conto di Samsung, cliente per il quale ha integrato l'architettura RDNA all'interno dei SoC della famiglia Exynos destinati ai device mobile.

L'incremento nelle prestazioni della GPU rispetto alla precedente generazione varia, secondo di dati forniti da AMD, tra il 20% e il 30% in base al tipo di applicazione eseguito. A questo si è arrivati grazie ad alcune novità come il raddoppio del texture sampler rate, l'ottimizzazione di molte delle tipiche operazioni degli shader grafici e una gestione più raffinata degli accessi alla memoria mirante a ridurli e in questo modo ottimizzare prestazioni e consumi anche attraverso ottimizzazione delle tecniche di compressione delle texture.

L'ultima unità di elaborazione sviluppata da AMD è quella legata all'NPU, con l'architettura XDNA 2. Il passo in avanti rispetto alla precedente generazione è stato considerevole, passando da una potenza di picco di 10 e 16 TOPS per le due precedenti generazioni di processori Ryzen AI sino agli attuali 50 TOPS che rendono queste soluzioni compatibili con lo standard dei Copilot+ PC di Microsoft.

L'architettura XDNA 2 vede un array di 32 AI Engine (contro i 20 dell'architettura XDNA) collegati tra di loro attraverso un'interconnessione molto veloce e smart, riprogrammabile in tempo reale. Quello implementato è pertanto un design molto diverso da quello delle altre NPU disponibili sul mercato. La possibilità offerta dalla NPU XDNA 2 di eseguire in tempo reale una riconfigurazione delle differenti unità di elaborazione, attraverso una loro ripartizione flessibile, permette di gestire al meglio le differenti necessità di elaborazione della specifica applicazione. Questo porta a un superiore livello di utilizzazione delle unità di calcolo della NPU e in ultima analisi a un aumento delle prestazioni che sono incrementate sino a 5 volte nel confronto con l'architettura XDNA ottenendo in parallelo un raddoppio dell'efficienza energetica.

Con l'architettura XDNA 2 AMD è intervenuta anche a livello di supporto a nuovi datatype per le elaborazioni di intelligenza artificiale. Troviamo ora, accanto a quelli a 8bit e a 16bit che privilegiano uno le prestazioni velocistiche e l'altro l'accuratezza dei dati, quello Block FP16 che ne rappresenta l'ideale punto d'incontro. Con Block FP16 si ottengono prestazioni che sono di fatto quelle del datatype a 8bit, con un livello di precisione nei risultati delle elaborazioni di IA che è di fatto quella dell'FP 16.

Partendo dal presupposto che la maggior parte delle applicazioni di intelligenza artificiale utilizzano datapath a 16bit, quello Block FP16 rappresenta un'opzione quasi sempre disponibile grazie alla quale velocizzare le elaborazioni non perdendo in accuratezza dei risultati.

AI oggi e la sua evoluzione di domani

Dopo aver visto le novità implementate da AMD a livello di architettura nelle proprie soluzioni Zen 5, oltre alle peculiarità delle CPU Ryzen AI 300 per sistemi notebook forti di nuove GPU e di unità NPU XDNA 2, non possiamo non trattare quello che è "l'elephant in the room" cioè il tema dell'intelligenza artificiale.

"AI is the new electricity"

L'intelligenza artificiale è la nuova elettricità. Questo il commento entusiasta che abbiamo raccolto durante la presentazione di AMD delle proprie nuove soluzioni della famiglia Zen 5, commento sicuramente lanciato per fare sensazione e che ci trova solo in parte concordi. La tematica, è evidente, sta caratterizzando tutto il mondo dei PC e dei dispositivi mobile: impossibile non sentir parlare di un nuovo prodotto senza che l'intelligenza artificiale non venga in qualche modo menzionata.

D'altro canto siamo ancora agli albori di quella che molti indicano come una rivoluzione, con una portata speculare a quello che è stata la diffusione nel web nel mondo dei personal computer. In questo momento vediamo l'IA diffondersi sempre più a livello di client, con un movimento che è opposto a quanto abbiamo assistito in precedenza con l'enfasi portata sul datacenter chiamato ad eseguire elaborazioni di IA sempre più complesse.

In questo momento considerazioni legate al costo, all'accessibilità e alla sicurezza dei propri dati personali portano sempre più l'Intelligenza Artificiale all'interno dei dispositivi e quindi direttamente tra le mani degli utenti. È per questo motivo che AMD, in una soluzione come quella Ryzen AI 300, offre una elevatissima potenza di elaborazione per applicazioni di IA. Detto questo, ci dobbiamo però domandare quali siano al momento, o meglio ancora quali saranno nel prossimo futuro, le applicazioni in grado di rendere l'IA qualcosa di imprescindibile nella modalità di utilizzo quotidiano della tecnologia della maggior parte degli utenti.

Difficile dare una risposta a tutto questo con un ragionevole margine di certezza. Se proviamo a delineare un paragone con il mondo mobile, in questo momento siamo in uno scenario simile a quello che abbiamo sperimentato con il debutto dei primi smartphone: bei dispositivi, innovativi ma per i quali mancava forse agli occhi della maggior parte dei consumatori la modalità d'utilizzo realmente innovativa in grado di far abbandonare il tradizionale telefono cellulare. Sappiamo tutti bene come sia finita: resta da capire solo come e quando questa dinamica si presenterà con il tema dell'intelligenza artificiale. Se possiamo avanzare una previsione: non sappiamo quando, ma è facile attendersi che avverrà più velocemente di quanto non sia stato con la diffusione degli smartphone.

Siamo in un mercato che evolve molto rapidamente

Ci troviamo di fronte a uno scenario di mercato a dir poco frizzante, nel quale il tema dell'IA sembra farla da padrona. Non dobbiamo però pensare che tutto passi unicamente attraverso il filtro dell'IA: l'evoluzione di CPU e GPU, chiamate a scenari di elaborazione sempre più complessi, continua e gli annunci di AMD legati alle soluzioni con architettura Zen 5 ne sono una conferma.

Lato CPU tanto AMD come Intel hanno in previsione molte novità nella seconda metà del 2024. È indubbiamente più calmo lo scenario per quanto riguarda le GPU desktop e mobile, per le quali i nuovi prodotti arriveranno dall'inizio del 2025, ma da questo versante possiamo attenderci importanti cambiamenti e un balzo in avanti delle prestazioni che sarà speculare a quanto visto in passato con il debutto di nuove architetture di GPU.

AMD ha reso disponibili numerose indicazioni prestazionali per i propri processori basati su architettura Zen 5, ma preferiamo attendere di averli a disposizione in redazione per i nostri tradizionali confronti prima di esprimere un giudizio finale. Se dal versante desktop possiamo attenderci un incremento medio delle prestazioni che sia allineato al dato medio del +16% per l'IPC, diverso è il discorso per il comparto notebook con le CPU Ryzen AI 300.

Quello dei PC portatili è il vero settore nel quale ci sarà uno scontro competitivo molto forte, con AMD chiamata a fronteggiare Intel da un lato e Qualcomm dall'altro. Con la prima lo scontro è per certi versi rimandato: l'architettura Lunar Lake di nuova generazione è stata mostrata al Computex lo scorso mese ma bisognerà attendere settembre per l'annuncio ufficiale. Dopo, dovremo presumibilmente attendere ancora un paio di mesi prima che i notebook giungano sul mercato, cosa che permetterà ad AMD di sfruttare un vantaggio quantificabile in circa 3 mesi.

Il tema del confronto con Qualcomm è ancora più complesso, in quanto vede il coinvolgimento diretto anche di Microsoft. I primi notebook Copilot+ PC basati su chip Qualcomm Snapdragon X Elite sono già in vendita ma resta ancora da capire sino a che punto questi possano rappresentare un'alternativa completa alle proposte AMD e Intel basate su architettura x86.

Molto dipenderà da Microsoft, chiamata a ottimizzare al meglio il proprio emulatore per fare in modo che tutte le applicazioni x86 non disponibili ancora in versione per istruzioni ARM possano essere eseguite correttamente e con prestazioni adeguate dai sistemi basati sul nuovo SoC Qualcomm. Di certo c'è che sarà solo questione di ancora poche settimane di attesa prima di vedere sugli scaffali i primi notebook Ryzen AI 300, con design e soluzioni molto diverse tra di loro in grado di meglio adattarsi alle necessità degli utenti finali.