De eerste processors met Zen-architectuur zijn de Ryzen 7-processors, die zoals bekend een tdp van 95W of zelfs 65W gekregen hebben. Dat is nogal een prestatie: een smt-octacore met 65 tot 95W. Daarmee is AMD in een klap een van de zuinigste processorfabrikanten en verstookt een Ryzen 7-processor minder energie dan een gelijkwaardige Intel Broadwell E-chip. Daarmee zijn het absolute verbruik en de prestaties per watt gigantisch verbeterd ten opzichte van de vorige generaties. Hoe heeft AMD dat voor elkaar gebokst?
Een flinke winst zit natuurlijk in het procedé waarmee de chips gebakken worden. Het low power plus 14nm finfet-procedé van GlobalFoundries leidt tot een rendementsverbetering van ongeveer 70 procent ten opzichte van de Excavator-generatie. Volgens AMD hebben de architectuur en het power design van Zen echter een veel grotere invloed op de verbeterde energiebehoefte. De architectuur zou 129 procent verbetering leveren en de rangschikking van de componenten, dus het fysieke ontwerp, nog eens 31 procent. Ten slotte is AMD's Pure Power-ontwerp, dat door het hele ontwerp is geweven, nog eens goed voor 40 procent winst. Daarmee moet de totale performance per watt met zo'n 270 procent verbeterd zijn. Als we de Cinebench-prestaties van de 1800X met die van de 8370E, beide 95W-processors, vergelijken, komen we op 250 procent verbetering. Dus dat klopt aardig.
Voorlopig zien we in Ryzen-desktopprocessors een zeer zuinige, krachtige Zen-architectuur
Het 14nm-procedé is vrij vanzelfsprekend, maar hoe zit het met de rest? AMD heeft de Zen-cores van meet af aan ontworpen voor hoog rendement, en dat begint met compacte cores. Het core-complex met vier Zen-cores is 44mm² groot, inclusief 6mm² aan L2-cache en 16mm² aan L3-cache. De clock distribution, de methode om het kloksignaal te verspreiden en verantwoordelijk voor ongeveer 36,1 procent energieoverhead in Excavator, is efficiënter gemaakt en vergt in Zen ongeveer 26,8 procent overhead. De caches zijn iets zuiniger gemaakt en vragen nu 30,6 procent, waar dat in Excavator 32,6 procent was. Dat laat 42,6 procent van het energiebudget over voor nuttig werk in de execution-units, waar dat in Excavator 31,6 procent was. Een verbetering van ongeveer 35 procent dus.
AMD's Pure Power-techniek maakt gebruik van het SenseMI-netwerk, dat bestaat uit honderden sensors die spanningen, kloksignalen en andere aspecten continu monitoren. Daarbij wordt de spanning op 48 punten gecontroleerd en de warmteontwikkeling op 20 punten. Ook spanningsvallen worden gemeten en zo nodig gecompenseerd. Samen met de ldo, die spanningen levert, en de kloksignaalgenerator kan elke core zo optimaal worden aangestuurd en van de juiste spanning worden voorzien om optimaal op de ingestelde kloksnelheid te functioneren. Dat noemt AMD Adaptive Voltage and Frequency Scaling en zo kunnen spanningen op millivoltniveau en kloksnelheden in stappen van 25MHz gereguleerd worden, met latencies van maximaal 1 milliseconde.
Bovendien is het ontwerp van Zen niet geoptimaliseerd voor alleen desktopprocessors, maar moet de architectuur ook schalen naar zuinige processors voor ventilatorloze laptops en tablets, tot krachtige serverprocessors. Over die volle range kan Zen optimaal presteren. Voorlopig zien we in Ryzen-desktopprocessors in ieder geval een zeer zuinige, krachtige Zen-architectuur aan het werk, die Intel op het gebied van prestaties per watt het vuur aan de schenen legt.