AMD Ryzen y el IPC explicado: cómo ha mejorado cada generación

Los procesadores AMD Ryzen han vivido una evolución muy importante desde el lanzamiento de la primera generación allá por 2017. Tuvimos la oportunidad de analizarlos en su momento, y tuvimos claro que eran el golpe de efecto que tanto necesitaba AMD para volver al buen camino.

Viendo la situación actual, no hay duda de que nuestra predicción fue acertada. AMD consiguió una base de CPU modular fácil de fabricar, fácil de mejorar, y también fácil de escalar, tres claves que le permitieron recuperar en muy poco tiempo, y con una inversión y un riesgo mínimos, buena parte del terreno que había perdido tras el fracaso de Bulldozer.

AMD acertó con su apuesta por los procesadores modulares, un enfoque que Intel adoptó también con Meteor Lake, y que ha llevado al mercado de CPUs de alto rendimiento de consumo general con Intel Arrow Lake. Todo esto supone una despedida gradual del diseño de núcleo monolítico que, durante tantos años, había dominado el mercado de los procesadores de consumo general.

AMD Ryzen: más núcleos, y también más IPC

Si algo hizo bien AMD con la primera generación de procesadores Ryzen fue aumentar de forma drástica el número de núcleos. Esto fue importante, porque pasamos de tener un diseño modular de ocho núcleos de enteros y una unidad de coma flotante por cada dos núcleos de enteros a contar con hasta 8 núcleos y 16 hilos, gracias a la tecnología SMT.

En la serie Threadripper de primera generación el aumento del número de núcleos fue todavía más espectacular, porque AMD alcanzó los 16 núcleos y 32 hilos con el Threadripper 1950X. Sin embargo, un aumento de núcleos de esta magnitud habría quedado en agua de borrajas de no ser por algo todavía más importante: la mejora del IPC.

Sé que muchos de nuestros lectores saben qué es el IPC, pero para aquellos que no lo tengan claro os recuerdo qué es y por qué importa.

Qué es el IPC y cómo afecta el rendimiento de un procesador

IPC son las siglas en inglés de «instrucciones por ciclo de reloj». Este valor se refiere a la cantidad de instrucciones que un procesador es capaz de completar por cada ciclo de reloj. Es un concepto diferente a la frecuencia de reloj, que indica las veces que un procesador puede cambiar de estado en un segundo.

¿Por qué es tan importante el IPC en un procesador? Pues porque es uno de los factores más determinantes a nivel de rendimiento. Un procesador con un IPC más alto puede rendir mejor que un procesador con un IPC más bajo aunque este último funcione a una velocidad de trabajo mayor.

Por ejemplo, el Ryzen 7 1800 tiene una velocidad máxima de 4 GHz en modo turbo, y el AMD FX 9590 tiene una velocidad de hasta 5 GHz en modo turbo, pero el primero rinde mucho mejor a pesar de trabajar a una velocidad más baja porque su IPC es mucho mayor.

AMD antes de Ryzen: el problema del IPC decreciente

Antes de entrar a ver directamente la comparativa de IPC entre generaciones es importante saber de dónde venía AMD. Los procesadores Phenom II, basados en la arquitectura K10 de tercera generación, fueron muy competitivos. Su IPC estaba prácticamente al mismo nivel que el de la arquitectura Nehalem.

Sin embargo, con el lanzamiento de la arquitectura Bulldozer, sucesora de la arquitectura K10, el IPC no solo no avanzó, sino que retrocedió. AMD aumentó el máximo de núcleos a 8, y adoptó un diseño modular con dos núcleos de enteros por cada unidad de coma flotante que no ofreció los resultados esperados.

Esa apuesta fue un error, porque se produjo en una época en la que los procesadores de cuatro núcleos todavía no se aprovechaban de verdad, y en la que el rendimiento por núcleo era el valor más importante en el mundo de los procesadores de consumo general.

Bulldozer tenía un IPC inferior a la generación anterior, un problema que AMD intentó resolver aumentando la velocidad de trabajo a niveles nunca vistos anteriormente, tanto que de hecho fue la primera en alcanzar los 5 GHz con la serie AMD FX 9000, pero esto no fue suficiente porque, como dije anteriormente, al final lo que manda es el IPC.

Las tres revisiones posteriores de Bulldozer; Piledriver, Steamroller y Excavator, lograron mejorar el IPC, sobre todo esta última, pero no fue suficiente para llegar al nivel que ofrecía Intel en aquel momento, lo que dejó a AMD en una situación muy complicada.

Por qué Zen fue un golpe de autoridad gracias al IPC

AMD se lo jugaba todo con Ryzen, y como ya sabemos la jugada le salió muy bien. El cambio de diseño, y de arquitectura, hicieron posible ese aumento de núcleos al que hice referencia, pero lo más importante es que su IPC volvió a ser competitivo frente a Intel. Su rendimiento monohilo ya no estaba varias generaciones por detrás de los Intel Core del momento.

Si Bulldozer fue un gran paso atrás en IPC frente a K10 de tercera generación (se estima que un 22% menos de media), Zen fue todo lo contrario. Con esta arquitectura AMD aumentó el IPC en un 52% frente Excavator, la revisión de Bulldozer con mayor IPC, y logró colocarse al nivel de la arquitectura Haswell de Intel.

En aquél momento Intel ya había lanzado Skylake, así que AMD seguía por detrás a nivel IPC, pero la diferencia ya no era tan grande, y la compensó ofreciendo un mayor número de núcleos e hilos a un precio muy competitivo.

Evolución del IPC en procesadores Zen de AMD

• Zen frente a Excavator: mejoró un 52% el IPC, fue un enorme salto generacional.
• Zen+ frente a Zen: aumentó el IPC en un 3%. Fue una evolución menor sin cambios relevantes a nivel de arquitectura.
• Zen 2 frente a Zen+: mejoró el IPC en un 15%, y fue un cambio muy grande ya que esta generación introdujo el diseño de tipo chiplet.
• Zen 3 frente a Zen 2: el aumento del IPC fue del 19%, un salto muy grande que además estuvo acompañado de cambios estructurales notables, como la posibilidad de que los ocho núcleos del chiplet CPU pudieran acceder ahora a los 32 MB de caché L3, y no a 16 MB como en Zen 2.
• Zen 4 frente a Zen 3: esta generación mejoró el IPC en un 13%, y trajo mejoras importantes en la frecuencia de reloj que permitieron un aumento mayor del rendimiento general mediante fuerza bruta.
• Zen 5 frente a Zen 4: la mejora del IPC ronda el 10% en el mejor de los casos. Ha sido una generación que ha mejorado, sobre todo, a nivel de eficiencia y de temperatura de trabajo.

¿Cómo se comparan los procesadores Ryzen a nivel de IPC con los procesadores Intel?

Es un tema que hemos tratado de forma amplia en nuestro especial de equivalencias de procesadores Intel y AMD. Si queréis profundizar, os invito a repasar ese artículo, ya que encontraréis toda la información que necesitáis.

No obstante, a continuación os dejo un resumen breve y conciso con las equivalencias más cercanas de cada generación de procesadores Ryzen de AMD e Intel Core.

• Ryzen de primera generación (Zen): su equivalencia más cercana son los Intel Core Gen 4 (Haswell).
• Ryzen de segunda generación (Zen+): estaría entre los Intel Core Gen 4 y los Core Gen 5 (Haswell).
• Ryzen de tercera generación (Zen 2): quería más o menos al nivel de los Intel Core Gen 9 (Coffee Lake Refresh).
• Ryzen de cuarta generación (Zen 3): esta arquitectura logró superar a los Intel Core Gen 11 (Cypress Cove).
• Ryzen de quinta generación (Zen 4): con esta arquitectura tenemos un IPC al nivel de los Intel Core Gen 13 (Raptor Cove).
• Ryzen de sexta generación (Zen 5): esta arquitectura tiene un IPC al nivel de los Intel Core Gen 14 (Raptor Cove Refresh).