AMD Zen cumple 10 años: la arquitectura que salvó a AMD de la hecatombe

Llevo muchos años compartiendo mi pasión, y mis conocimientos, sobre tecnología con todo aquel que quiera leerme, y esto me ha permitido vivir de primera mano lanzamientos de hardware muy interesantes, pero sin duda uno de los más importantes fue el lanzamiento de Zen, una arquitectura que marcó un antes y un después, y que salvó a AMD de una quiebra que en 2016 parecía inminente.

Para entender el papel que jugó Zen de AMD debemos recordar cómo estaba la cosa antes del lanzamiento de esta arquitectura, que fue presentada el 18 de agosto de 2016, y que debutó en el mercado de consumo general a mediados de 2017.

AMD pone contra las cuerdas a Intel con los AMD Athlon 64

Aunque muchos creen que AMD nunca logró superar de forma rotunda a Intel hasta la llegada de Zen 3, la verdad es que la historia nos dejó una realidad muy diferente que todos los apasionados de la tecnología con una mente imparcial recordamos a la perfección.

AMD logró poner contra las cuerdas a Intel a finales del año 2004 con sus procesadores Athlon 64, que fueron los primeros en dar el salto a una arquitectura de 64 bits. Ofrecían un rendimiento tan bueno que los Pentium 4 de Intel no tenían nada que hacer. No exagero, la diferencia era tan grande que un Athlon 64 3000+, que funcionaba a 1.800 MHz, era capaz de superar en rendimiento a un Pentium 4 a 3.000 MHz.

La compañía pasaba por un buen momento, tanto que se atrevió a lanzar procesadores «premium» con un rendimiento excelente, pero a un precio excesivamente alto. Me refiero a los Athlon 64 FX, que fueron un auténtico lujo y objeto de deseo en su generación.

AMD continuó con su buena racha al lanzar los Athlon 64 X2, los primeros procesadores de doble núcleo con un diseño monolítico que daba sopas con honda a los Intel Pentium D. Parecía que Intel no era capaz de responder, y entonces la compañía de Santa Clara rompió el molde con la arquitectura Conroe y los Core 2 Duo, dando uno de los mayores saltos generacionales a nivel de IPC que hemos visto en toda la historia de los procesadores x86-x64.

Intel volvió a ponerse por delante, pero AMD siguió haciendo lo posible para aguantar el tipo con sus arquitecturas K9 y K10, que mantenían la base de la veterana arquitectura K8. La arquitectura K10 fue la que dio vida a los AMD Phenom, una generación de procesadores que llegó a tener configuraciones de hasta 6 núcleos en CPUs de consumo general, pero que a nivel de IPC estaban muy por detrás de lo que tenía Intel en aquel momento.

Bulldozer casi lleva a AMD a la quiebra

AMD sabía que necesitaba dar forma a una arquitectura nueva que le permitiera competir de verdad con Sandy Bridge, la nueva generación que Intel iba a lanzar en 2011. Esta mantenía el diseño de núcleo monolítico, se configuró con hasta 4 núcleos y 8 hilos en las versiones de consumo general y utilizaba el nodo de 32 nm, el mismo que su antecesor, Westemere, lo que significa que Sandy Bridge fue un «tock» sobre aquél, y que se centró en la mejora del IPC.

El arma secreta de AMD se llamaba Bulldozer, una arquitectura que sobre el papel parecía tenerlo todo para vencer a Intel, ya que prometía contar con hasta 8 núcleos y 8 hilos, contaba con soporte de las últimas instrucciones del momento, incluyendo las instrucciones vectoriales avanzadas (AVX), que en 2011 fueron una novedad muy importante, y era capaz de trabajar a más de 4 GHz.

Por desgracia, esta arquitectura no solo no estuvo a la altura, sino que quedó muy por debajo de lo esperado. Bulldozer utilizaba un diseño modular de recursos compartidos que fue, precisamente, su principal punto débil. Se redujo el tamaño de los núcleos de enteros, y estos se agruparon en bloques de dos núcleos compartiendo tanto la caché L1 de 64 KB como los 2 MB de caché L2 y una unidad de coma flotante.

Imagen: Shigeru23.

Ese diseño hizo que estos procesadores realmente se describieran como modelos con hasta cuatro módulos y ocho núcleos de enteros, debido a ese diseño compartido con ocho núcleos de enteros y cuatro unidades de coma flotante. Su capacidad de paralelizado era buena, ya que al fin y al cabo tenían ocho núcleos de enteros, pero el IPC de Bulldozer fue tan bajo que era inferior al de la arquitectura K10 en su última revisión, y esto era algo que no se pudo solventar ni siquiera subiendo la velocidad de trabajo por encima de los 4 GHz.

AMD lanzó procesadores de hasta 8 núcleos en consumo, pero a costa de ofrecer un IPC muy pobre. Esto fue un error grave, porque ese diseño llegó en un momento en el que la mayoría de los juegos y de las aplicaciones se ejecutaban en dos o como mucho cuatro hilos, y donde el rendimiento monohilo era mucho más importante que tener una gran cantidad de núcleos.

La compañía se vio atada durante años a una arquitectura que no era competitiva con lo que iba sacando Intel, ni siquiera con las revisiones Piledriver, Steamroller y Excavator, y esto la desgastó hasta tal punto que el valor de las acciones de AMD cayó a menos de un dólar. La sombra de la bancarrota y una posible compra por parte de Samsung fueron rumores que estuvimos viendo durante un tiempo.

AMD Zen: la salvación llegó con el diseño modular

AMD Zen a vista de silicio. Esta configuración suma dos unidades CCX, lo que equivale a 8 núcleos, 16 hilos y 16 MB de caché L3.

Es curioso, porque el mismo concepto de CPU modular que casi hunde a AMD con Bulldozer fue el que acabó salvando a la compañía, y la convirtió en el gigante que es hoy. AMD Sabía que con Zen tenía algo grande entre manos, y que esta arquitectura realmente era esa revolución que tanto necesitaba. Por esa razón no quiso esperar, y la anunció en mayo de 2015 durante una reunión con los inversores y analistas, pero no la presentó con todo lujo de detalles hasta agosto de 2016.

Zen parte de un diseño modular que permite crear procesadores de hasta 16 núcleos y 32 hilos (Threadripper 1950X), aunque en consumo general lo más avanzado fueron los Ryzen 7 1800X, Ryzen 7 1700X y Ryzen 7 1700, todos ellos configurados con dos módulos de cuatro núcleos y ocho hilos fabricados en el nodo de 14 nm, es decir, contaban con 8 núcleos y 16 hilos en total.

Esos bloques se conocen como unidades CCX, y estaban dentro de la misma pastilla de silicio, interconectados a través del sistema Infinity Fabric. Cada unidad CCX tenía cuatro núcleos y ocho hilos, gracias a la tecnología SMT que permite a cada núcleo trabajar de forma simultánea con un proceso y un subproceso, y contaba con 512 KB de caché L2 por núcleo (2 MB en total) y 8 MB de caché L3.

Con esta arquitectura AMD logró volver al buen camino, abandonado ese diseño de recursos compartidos que tanto daño hizo en Bulldozer y sus derivados, y apostando además por un diseño escalable que le permitía crear procesadores de hasta 32 núcleos y 64 núcleos simplemente uniendo unidades CCX de 4 núcleos y 8 hilos e interconectándolas mediante Infinity Fabric.

Ese diseño modular basado en unidades CCX hizo que además los procesadores Zen fuesen muy baratos de producir, ya que AMD solo dependía de chips de 4 núcleos y 8 hilos, un diseño relativamente sencillo de llevar a la oblea, y que tenía una alta tasa de éxito.

Zen fue enorme, porque superó el IPC de Bulldozer en un 52%, porque dio el salto a la DDR4, y porque además democratizó los procesadores de hasta 8 núcleos y 16 hilos. El Ryzen 7 1700 se lanzó con un precio de 369 euros, y el equivalente por núcleos e hilos más cercano de Intel superaba por entonces los 1.000 euros. Esta comparativa tan sencilla nos ayuda a entender mejor por qué AMD dio un golpe de autoridad tan grande con Zen.

Es cierto que Zen no logró superar a lo más avanzado que tenía Intel por entonces, la arquitectura Skylake, en rendimiento monohilo, pero superó las expectativas, sentó esa base que permitió a AMD seguir evolucionando y mejorando su diseño modular, e hizo posible que la compañía entrase en una fase de recuperación económica y de confianza de los inversores que nadie se había atrevido a imaginar.

Después de Zen llegó Zen+, que fue una evolución menor. La verdadera revolución la vivimos con Zen 2, que cambió el diseño modular con la externalización de la unidad CCX, que se convirtió en unidad CCD, también conocida como chiplet CPU. Con Zen 3 en AMD lograron superar a Intel tanto en rendimiento monohilo como en multihilo, y colocó al gigante del chip en una posición muy complicada.

Si queréis saber más sobre la evolución de las diferentes arquitecturas CPU de AMD os invito a repasar este artículo.