AMD Ryzen 7 5800X3D Review

AMD gebruikt voor zijn processors met 3D V-Cache exact dezelfde ccd's als voor reguliere Zen 3-processors. Die blijken al sinds het begin over een extra dikke beschermlaag van ongebruikt silicium te beschikken, die deels kan worden afgeslepen om de hoogte zodanig te beperken dat de totale hoogte inclusief de 3D V-Cache gelijk blijft aan die van een normale Ryzen 5000-processor. Aan de heatspreader en koelers hoeft zodoende niets te worden veranderd.

Chip-on-wafer

Het technisch meest vernuftige aspect van de 3D V-Cache is de methode waarmee de extra cachedie bovenop de bestaande ccd wordt gestapeld. AMD heeft natuurlijk al lange tijd geen eigen fabrieken meer, maar laat zijn chips produceren bij TSMC, dat de gebruikte chip-on-wafer-techniek heeft ontwikkeld. In plaats van het gebruik van bolletjes (microbumps) om twee chips met elkaar te verbinden, zoals concurrent Intel doet met Foveros, worden de twee die's bij de TSMC-techniek direct op elkaar geplaatst.

Bij het verbinden van de die's komt geen lijm of soldeer ter sprake. Toch vallen ze niet van elkaar af als je de processordie op zijn kop zou houden. Voor de verbinding tussen de diëlektrische (slecht geleidende) buitenlagen past TSMC de vanderwaalskrachten toe, die ervoor zorgen dat perfect gladde oppervlakken van gelijksoortige moleculen zich aan elkaar binden als je ze tegen elkaar aan drukt. De koperen verbindingen tussen de through-silicon-via's, die aan de oppervlaktes van beide die's zitten, worden vervolgens tot stand gebracht door diffusiebinding, een combinatie van verhitting (maar onder het smeltpunt van de gebruikte materialen) en druk.

De extra cachedie wordt letterlijk bovenop de reguliere L3-cache gelegd, zodat de meer naar buiten geplaatste cores hun hitte niet door de extra cache heen hoeven kwijt te raken. Om de hoogte gelijk te houden, wordt op die plekken passief silicium aangebracht. De 64MB extra cache is verdeeld in acht slices van 8MB per stuk, die elk via duizend tsv's contact maken met een 4MB-slice op de originele die. Dat telt op tot een totaal van 8192 tsv's met een onderlinge afstand van 9 micrometer (0,009mm). Door het grote aantal connecties kan de kloksnelheid per verbinding omlaag ten opzichte van microbumps, wat de efficiëntie ten goede komt. Het energieverbruik zou slechts een derde zijn. Toch is er sprake van een totale bandbreedte van ruim 2TB/s full-duplex.

AMD 3D V-Cache — De verbindingen tussen de toegevoegde 3D V-Cache en de reguliere ccd. Bron: AMD tijdens ISSCC 2022, via Hardwareluxx

Overklokken vooralsnog niet mogelijk

TSMC's chip-on-wafertechniek heeft dus allerlei voordelen, maar vooralsnog ook een belangrijk nadeel, en dat is dat de spanning/kloksnelheid-schaling nog niet op het niveau van de reguliere packagingtechniek is. In vergelijking met een normale Ryzen 5000-chip wordt er eerder een spanning bereikt waarboven de kloksnelheid niet meer verder kan worden verhoogd. Daarom heeft AMD besloten om de mogelijkheden voor het aanpassen van de spanning en kloksnelheid van de Ryzen 7 5800X3D uit te schakelen: de standaardinstellingen zouden het 'potentieel reeds maximaal benutten'.

Toch houdt AMD de deur op een kier. In antwoord op vragen van Tweakers benadrukt technisch marketeer Robert Hallock dat het wel mogelijk is om het werkgeheugen en de Infinity Fabric-bus te overklokken, maar dat de cpu-snelheid en -spanning 'voor nu' is vastgezet. Door de interne koppelingen is ook undervolten en het gebruik van Curve Optimizer vooralsnog niet mogelijk, al kijkt AMD naar eigen zeggen wel naar mogelijkheden om dit in de toekomst toch beschikbaar te maken.

"We hebben intern gediscussieerd wat we wilden doen: wachten tot de technologie beter schaalt en volwassener wordt op dat punt, of bieden we de consument nu direct 15 procent betere gamingprestaties? Dat was in onze optiek een no-brainer, zeker als we kijken naar wat voor een bedrijf we willen zijn. Ook met chiplets, HBM en de multi-chip-modules van de eerste Threadrippers waren we er vroeg bij, dat zit in ons dna. Soms betekent dat dat we niet alle functies die beschikbaar zijn op andere producten, beschikbaar kunnen maken. Het komt erop neer dat de kloksnelheid die je terugkrijgt voor een hogere spanning nog niet op het niveau is van een traditionele Ryzen 5000-chip, maar we blijven eraan werken om dat te verbeteren. Dat is waar we nu staan."
- Robert Hallock, Director of Technical Marketing, AMD

Overigens is de Ryzen 7 5800X3D niet de enige processor die wordt uitgerust met 3D V-Cache, want AMD verkoopt sinds kort ook enkele Epyc-modellen voor servers met de nieuwe technologie aan boord. Waar AMD het voor de consumentenchip bij één chiplet houdt, bestaan de vier aangekondigde Epyc-modellen allemaal uit acht chiplets, wat betekent dat er in totaal 768MB L3-cache aanwezig is.