Zen 2 y Vega 20 en 7 nm: AMD saca músculo en San Francisco

AMD aprovechó el evento Next Horizon 7 celebrado en San Francisco para presentar sus próximas novedades en el sector CPU, GPU y también en materia de software para entornos profesionales, aunque no hay duda de que Zen 2 y Vega 20 fueron los grandes protagonistas.

Gracias a AMD España tuve la suerte de acudir al evento y pude disfrutar en vivo de una buena dosis de información tecnológica sobre productos de última generación. Todo fue muy técnico y en cierto modo intenso, pero es comprensible y además la ocasión lo merecía, ya que en general supuso una confirmación de que la firma de Sunnyvale no solo ha vuelto al buen camino y puede competir de tú a tú con Intel, sino que está trabajando por ponerle las cosas cada vez más difíciles.

Ya lo hemos dicho en otras ocasiones, la competencia es buena para todos. Hasta la llegada de Ryzen de primera generación los procesadores de cuatro núcleos y ocho hilos eran la norma en la gama alta y rondaban los 250 euros, una situación que cambió en 2017 con el debut de la arquitectura Zen, que como sabemos marcó la llegada de los procesadores de seis y ocho núcleos con precios verdaderamente asequibles.

Gracias a la competencia que ha traído la arquitectura Zen (y Zen+) hoy podemos encontrar procesadores de seis núcleos y doce hilos por menos de 160 euros, y procesadores de ocho núcleos y dieciséis hilos por menos de 200 euros. Hace dos años esto era inimaginable, y los equivalentes de Intel con esa cantidad de núcleos rondaban los 500 y 1.000 euros, respectivamente.

En busca del equilibrio

Si algo define a la arquitectura Zen es precisamente el equilibrio. Desde su lanzamiento AMD ha buscado ofrecer al usuario un buen valor en términos de precio y de rendimiento, un enfoque que han potenciado con Zen 2.

Como sabrán muchos de nuestros lectores el diseño de los procesadores basados en la arquitectura Zen parte de una base MCM, es decir, módulo multi-chip. Esto se aleja de la concepción de núcleo monolítico que utiliza Intel y presenta ventajas y desventajas frente a aquella.

Zen 2 mantiene la arquitectura MCM, lo que significa que la configuración de un procesador multinúcleo se consigue uniendo varias unidades CCX. Cada unidad CCX integra un chip de silicio con una determinada cantidad de núcleos, que trabajan en conjunto con otras unidades a través del sistema de comunicación Infinity Fabric. Por ejemplo, un procesador Ryzen 7 2700X suma dos unidades CCX con cuatro núcleos cada una, lo que suma un total de ocho núcleos, capaces de trabajar con 16 hilos gracias a la tecnología SMT.

Pues bien, con Zen 2 se sigue el mismo enfoque, aunque con mejoras importantes. AMD ha confirmado que esta arquitectura dará el salto a los 7 nm y que gracias a la reducción de proceso han podido dar forma a procesadores de hasta 64 núcleos y 128 hilos. Es un avance enorme, ya que Naples, los procesadores EPYC de primera generación, suman 32 núcleos y 64 hilos.

Para construir estos procesadores la firma de Sunnyvale ha utilizado una configuración de «8 + 1» encapsulados menores («dies») que ya tuvimos ocasión de ver en filtraciones anteriores. Esto quiere decir que el procesador cuenta con ocho unidades CCX de ocho núcleos cada uno y otro encapsulado central donde se ubican todos los elementos clave para la comunicación de esos «chiplets» y del sistema: controladores de memoria y de entrada y salida.

Ese chip central es una pieza clave en el nuevo diseño de estos procesadores, ya que al agrupar en una posición central todos los elementos de comunicación y de interacción consigue reducir las latencias y mejorar el rendimiento. Es lo que AMD define como un sistema Infinity Fabric mejorado, y sin duda un elemento fundamental en una configuración MCM.

En las imágenes que acompañamos podéis ver de forma clara las diferencias que existen entre la primera generación de procesadores basada en Zen y esta nueva aproximación que ha ejecutado AMD con Zen 2. Os recordamos que los chiplets de núcleos (unidades CCX) están fabricadas en proceso de 7 nm, pero el chip I/O central utiliza el proceso de 14 nm.

Tenemos una visión sencilla pero efectiva de los cambios más relevantes a nivel de arquitectura que trae Zen 2, ¿pero por qué hablamos de equilibrio? Como dijimos éste se centra en ofrecer un alto rendimiento con un precio controlado, y los procesadores Zen 2 no van a ser una excepción.

Cada chiplet o unidad CCX cuenta con un máximo de ocho núcleos, lo que significa que su salto al proceso de fabricación de 7 nm es relativamente sencillo y que la tasa de éxito (chips funcionales por oblea) será bastante buena desde el principio. Si AMD hubiera adoptado una arquitectura de núcleo monolítico o una aproximación más compleja (por ejemplo dos bloques de 32 núcleos cada uno) el salto habría sido problemático y la fabricación muy costosa, tanto que puede que no hubiera sido viable ni técnica ni comercialmente.

Con esa última aproximación cada chip tendría 32 núcleos, lo que quiere decir que ocuparía más espacio en esa oblea y que habría más posibilidades de que algo saliera mal. Un solo núcleo defectuoso de esos 32 obligaría a desechar un chip y reduciría la tasa de éxito. Lo mismo ocurre con las unidades CCX de ocho núcleos, pero en este caso las posibilidades de error se reducen al haber un número menor de núcleos.

En resumen, los chiplets de 8 núcleos son más baratos y más sencillos de producir, una realidad que permite a AMD mantener unos costes controlados. Esto, unido a las novedades que introduce el proceso de 7 nm y a las mejoras que trae el sistema Infinity Fabric convierten a Zen 2 en una arquitectura muy competitiva, tanto que creo que Intel tiene motivos más que de sobra para empezar a preocuparse de verdad.

Rendimiento y proceso de fabricación: claves

El resumen anterior nos permite lanzarnos de lleno a ver las mejoras más importantes que trae Zen 2 en términos de rendimiento y de consumo, y valorarlas en conjunto con el salto al proceso de fabricación de 7 nm.

Ya vimos en este artículo que la reducción del proceso de fabricación redunda en transistores más pequeños. Esto explica de una manera sencilla por qué AMD dice que el salto al proceso de 7 nm le ha permitido duplicar el número de transistores frente al proceso de 14 nm, y también nos sirve de punto de partida para entender las otras ventajas que derivan de este nuevo proceso:

• Hasta un 50% menos consumo energético (transistores más pequeños) manteniendo el mismo rendimiento.
• Hasta un 25% más de rendimiento con el mismo consumo de la generación anterior.

Interesante, ¿verdad? Pero esto no es todo, Zen 2 es algo más que un simple avance en términos de proceso de fabricación, es una renovación importante a nivel de arquitectura, y esto se deja notar en varios frentes:

• Mejoras a nivel de pipeline para conseguir una alimentación de datos y una ejecución más eficiente y equilibrada.
• Mejoras en caché e instrucciones. También en el sistema de predicción de saltos.
• Importantes mejoras en las unidades de coma flotante: ahora soportan instrucciones AVX de 256 bits.
• Funciones de seguridad avanzadas, entre las que destaca la protección contra Spectre a nivel de silicio.
• Mayor IPC, menor latencia en cachés y mayor ancho de banda.
• Arquitectura preparada para trabajar con PCIE 4.0.
• Hasta el doble de rendimiento en coma flotante frente a los procesadores Zen y Zen+.
• Compatible con las plataformas actuales. No obliga a cambiar de plataforma.

Mayor rendimiento, seguridad mejorada y una puesta a punto total que convierte a Zen 2 en una arquitectura de última generación. Y lo mejor es que como indicamos será compatible con los sockets actuales, lo que significa que el usuario no tendrá que cambiar de placa base para poder renovar su procesador, una buena noticia que viene a ser el broche de oro a esa idea de «equilibrio» a la que hemos ido haciendo referencia.

Habrá que esperar a ver qué mejoras reales acaban ofreciendo todos estos cambios, pero en general vemos una importante maduración de la arquitectura MCM y novedades que buscan mejorar sus carencias inherentes (latencias, comunicación, carga equilibrada de trabajo, étc), así que tengo un buen presentimiento.

Las primeras unidades de Zen 2 ya se encuentran en fase de producción previa a nivel de muestras, pero su llegada al mercado de consumo (producción en masa) no tendrá lugar hasta el primer trimestre de 2019.

Vega 20: la primera GPU en 7 nm

El segundo plato fuerte del evento celebrado en San Francisco fue Vega 20. Zen 2 es la arquitectura que dará forma al primer procesador de alto rendimiento fabricado en 7 nm, y Vega 20 es la primera GPU de alto rendimiento fabricada también en dicho proceso.

AMD dejó claro que Vega 20 está dirigida al mercado profesional, en concreto a cubrir los sectores dedicados a la computación de alto rendimiento, la nube, el aprendizaje profundo y la inteligencia artificial. En efecto, esto quiere decir que las tarjetas gráficas basadas en Vega 20 se agrupan en la serie Radeon Instinct y que competirán con las Tesla de NVIDIA.

El salto al proceso de fabricación de 7 nm permite reducir el consumo y las temperaturas de trabajo, dos valores importantes cuando hablamos de centros de datos y de servidores, ¿pero qué representa Vega 20 para el mercado de consumo general? En términos de producto nada, pero nos dice algunas cosas importantes que merece la pena tener en cuenta.

La primera deriva de las especificaciones. Como vimos en este artículo Vega 20 mantiene las mismas especificaciones clave de Vega 10, es decir, tiene el mismo conteo de CUs (unidades de computación), y por tanto el mismo número de shaders, unidades de texturizado y unidades de rasterizado. No hay cambios drásticos a nivel de arquitectura, pero AMD ha elevado el conteo de memoria HBM2 a 32 GB y el bus de datos es de 4.096 bits, lo que permite a esta generación romper la barrera de 1 TB/s en ancho de banda.

En segundo lugar destaca el soporte de PCIE 4, un avance que convierte a Vega 20 en la primera GPU del mercado que compatible con dicho estándar. Está por ver qué diferencia marca esto a efectos prácticos, pero no hay duda de que en lo que respecta al soporte de tecnologías de última generación AMD ha hecho los deberes.

Podemos dar casi por seguro que Vega 20 no llegará al mercado de consumo general, es decir, que no habrá versiones Radeon RX. Sin embargo, todo lo que hemos dicho nos permite sacar en claro que Navi, la próxima GPU para consumo general de AMD, no solo llegará fabricada en proceso de 7 nm, sino que supondrá un verdadero salto en términos de arquitectura y que además vendrá con soporte de las últimas tecnologías del sector.

Navi es la gran promesa de AMD para el mercado de consumo y es comprensible. Como sabéis los que nos leéis a diario dicha arquitectura será la utilizada en las consolas de próxima generación, Xbox Two y PS5 (nombres provisionales), y también en las tarjetas gráficas de nueva generación que llegarán al merado entre mediados y finales de 2019.

La arquitectura Vega ha tocado techo, así que no veremos nuevas interacciones que vayan más allá de los 4.096 shaders, simplemente porque a nivel de estructura ya no puede dar más de sí. En caso de que te preguntes por qué ha optado AMD por llevarla entonces a los 7 nm no te preocupes, no te vamos a dejar con la duda: porque es una arquitectura madura y potente que les sirve como transición para empezar el proceso de preparación necesario para llevar una nueva arquitectura directamente a los 7 nm, es decir, como «práctica previa» para tener una base sólida que aplicar al desarrollo y producción de Navi.