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V-Cache soll Ryzen-CPUs um bis zu 25% schneller machen

13.06.2021 | 09:02 Uhr | Jérémie Kaiser,

AMD will noch dieses Jahr mit der Produktion des V-Cache starten, High-End-Prozessoren sind Anfang nächsten Jahres zu erwarten.

AMD's Sternstunde auf der Computex war die Nachricht über seine streng gehütete "V-Cache"-Technologie, die durch Chip-Stacking auf Ryzen-CPUs möglich gemacht werden soll. Das "V" steht hierbei für "vertical", konkret soll der V-Cache also via Stacking auf die bereits bestehenden Chiplets gepackt werden.

Unsere Schwesterpublikation PCWorld interviewte Sam Naffziger von AMD über V-Cache. Wir haben das Gespräch auf ein knappes Dutzend der wichtigsten Fakten reduziert, die Sie wissen sollten.

Der V-Cache sitzt in der CPU oberhalb des L3-Cache des bestehenden Dies. Zusätzliches Silizium daneben dient der Stabilität des Chiplets und der Wärmeableitung an den Heatspreader.
Vergrößern Der V-Cache sitzt in der CPU oberhalb des L3-Cache des bestehenden Dies. Zusätzliches Silizium daneben dient der Stabilität des Chiplets und der Wärmeableitung an den Heatspreader.
© AMD

Was ist V-Cache?

V-Cache nutzt TSMCs SoIC (System on Integrated Chips) Chip-Stacking-Technologie, um 64 MB SRAM L3-Cache zu den Compute-Dies der Zen 3-basierten Ryzen CPUs hinzuzufügen. Das verdreifacht im Grunde die Menge an Cache auf wahnsinnige 192 MB L3-Cache für die 12- und 16-Kern-Versionen von AMDs CPUs.

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Als AMD-CEO Lisa Su einen Ryzen-Prototyp mit dieser Technologie hochhielt, gab es ein wenig Verwirrung darüber, welche CPUs V-Cache bekommen werden und wann. Das Unternehmen hat inzwischen bestätigt, dass V-Cache für die High-End-Ryzen-CPUs auf Zen-3-Basis ab Ende des Jahres in Produktion gehen soll.

AMD hat die TSV-Technologie (Through-Silicon Via) bereits im HBM-Speicher der Vega-GPU eingesetzt. Wie Sie sehen können, führt sie durch das Silizium selbst, um eine Verbindung zur nächst tieferen Schicht herzustellen.
Vergrößern AMD hat die TSV-Technologie (Through-Silicon Via) bereits im HBM-Speicher der Vega-GPU eingesetzt. Wie Sie sehen können, führt sie durch das Silizium selbst, um eine Verbindung zur nächst tieferen Schicht herzustellen.
© AMD

Wie wird V-Cache angeschlossen?

Der zusätzliche 64 MB große SRAM-Cache wird auf jedem Compute-Die über den bereits vorhandenen L3-Cache gestapelt und mit einer Technologie namens "Through-Silicon Via" (TSV) verbunden, die gestapelte Chips über ein Tunnelsystem verbindet. Dies ist nicht AMDs erste Erfahrung mit TSV: Die ursprüngliche Vega-GPU mit ihrem HBM-Speicher verwendete ebenfalls die TSV-Technologie.

Latenz sollte kein Problem sein

Eine Sorge bei der großen Menge an L3 ist die Latenz, also die Verzögerung, wenn die CPU Anweisungen oder Daten aus dem Cache holt. Naffziger sagt, dass dies mit V-Cache kein Problem sein sollte, da die TSV-Konstruktion einen direkteren Weg zum Cache bietet.

Wie schnell wird V-Cache sein?

AMD wirbt mit einer atemberaubenden Bandbreite von 2 TBps und mehr für den V-Cache. Das ist wahnsinnig schnell. Zum Vergleich: Intels Core i7-4770R "Crystal Well"-Chip aus dem Jahr 2013, der mit beeindruckenden 128 MB eDRAM L4 ausgestattet war, bot seinerzeit eine Bandbreite von etwa 100 GBps.

Lassen sich mehrere V-Cache übereinander stapeln?

Auch wenn das bei den ersten Ryzen-Chips mit V-Cache nicht der Fall sein wird, spricht in der Theorie nichts gegen das Stapeln von V-Cache.

Wird es durch den V-Cache nicht schwieriger, die CPU zu kühlen?

Es mag verrückt erscheinen, einen heißen CPU-Die zu nehmen und eine Silikonschicht darüber zu stülpen, die den Kontakt zum Heatspreader durch das thermische Interface-Material blockiert. Naffziger meint, dass das kein Problem sein wird, weil der SRAM L3 nur auf dem bestehenden L3-Cache auf dem Die sitzt. Die CPU-Kerne wiederum, die die meiste Wärme erzeugen, werden eine eigene Schicht aus Silizium haben, die die Wärme zum TIM und zum Heatspreader leitet.

Entwickler müssen hierfür nicht optimieren

Der V-Cache wird nahtlos in Anwendungen und Spiele integriert, sodass Entwickler keine Patches oder Software-Updates herausgeben müssen, um die Vorteile des V-Cache zu nutzen. Wenn Sie ein Spiel oder eine App starten, können Sie direkt von dem großen 192 MB L3-Cache profitieren.

AMD gab an, dass allein durch den V-Cache ein Anstieg von etwa 15 Prozent zu verzeichnen war.
Vergrößern AMD gab an, dass allein durch den V-Cache ein Anstieg von etwa 15 Prozent zu verzeichnen war.
© AMD

Was wird V-Cache schneller machen?

AMD hat bisher sehr beeindruckende Leistungszuwächse bei Spielen gezeigt, indem man einen normalen Ryzen 9 5900X mit 4 GHz auf allen Kernen gegen einen Prototyp mit V-Cache bei ebenfalls 4 GHz antreten ließ. AMD zeigte von 4 bis 25 Prozent nur durch den zusätzlichen L3-Cache. Das ist ein durchschnittlicher Gewinn von etwa 15 Prozent, was laut dem Unternehmen einem kompletten Generationswechsel der CPU entspricht.

Hilft V-Cache dabei, dass auch Anwendungen schneller laufen?

Bislang hat AMD es abgelehnt, Leistungssteigerungen in anderen Bereichen als Spielen aufzulisten, aber wir vermuten, dass das daran liegt, dass man sich das für später aufhebt. Naffziger sagt, dass man sich bereits veröffentlichte Studien über Leistungssteigerungen durch zusätzlichen L3-Cache ansehen kann. Wir glauben, dass V-Cache je nach Anwendung sehr gute Leistungssteigerungen bieten könnte, aber wir müssen abwarten, bevor wir etwas Genaues sagen können.

Werden CPUs mit V-Cache mit bestehenden AM4-Motherboards kompatibel sein?

AMD hat nicht gesagt, in welche Motherboard-Sockel die ersten V-Cache-Ryzen-CPUs passen werden, aber wir sind uns ziemlich sicher, dass die AM4-Mainboards kompatibel sein werden. Das wären großartige Neuigkeiten für Upgrader, die eine neue CPU in ein bestehendes System einbauen wollen. Naffziger sagt weiter, dass die Dicke von V-Cache die Z-Höhe respektive die Dicke der eigentlichen Ryzen-CPU nicht verändern wird. Das bedeutet, dass AMD alles getan hat, um sicherzustellen, dass V-Cache-basierte Ryzen-Chips mit der bestehenden Infrastruktur von Kühlkörpern und Motherboards funktionieren wird.

DDR5 ist auf dem Weg und verspricht eine viel höhere Kapazität und eine viel höhere Bandbreite - und aller Wahrscheinlichkeit nach auch viel höhere Einstiegspreise.
Vergrößern DDR5 ist auf dem Weg und verspricht eine viel höhere Kapazität und eine viel höhere Bandbreite - und aller Wahrscheinlichkeit nach auch viel höhere Einstiegspreise.
© AMD

Bedeutet dies, dass Zen 4 vielleicht schon früher kommt?

Neben den V-Cache-Neuigkeiten bestätigte Lisa Su von AMD, dass die Zen-4-Cores des Unternehmens auf dem 5nm-Prozess von TSMC basieren werden, der irgendwann im Jahr 2022 erwartet wird. Diejenigen, die gehofft haben, Zen 4 und die versprochene DDR5-Unterstützung früher zu sehen, könnten enttäuscht sein. Speicherumstellungen können aber auch mit schmerzhaften Preiserhöhungen verbunden sein. Wenn V-Cache auf einer bestehenden Zen 3-basierten Plattform mit Intels CPUs mithalten kann, dann kann AMD Zen 4 mit DDR5 erst einführen, wenn der DDR5-Speicher viel günstiger ist, als er bei der Veröffentlichung sein dürfte.

Wie werden V-Cache und Ryzen Zen 3 im Vergleich zu Intels kommendem Alder Lake abschneiden?

Wird Intels 10-nm-basiertes "Big-Little"-Design in Alder Lake es gegen AMDs Ryzen wieder in die schwarzen Zahlen schaffen? Wenn jemand behauptet, er kenne die Antwort, dann lügt er. Wir müssen warten, bis wir Intels Alder-Lake-CPUs und AMDs V-Cache-basierten Ryzen-Prozessoren in die Finger bekommen, bevor wir diese Frage beantworten können.

Wann kann ich einen Ryzen mit V-Cache kaufen?

Es gibt keine genauen Angaben darüber, wann Sie eine Ryzen-CPU mit V-Cache kaufen können. Die präziseste Antwort, die wir derzeit haben, ist: "die Produktion startet später in diesem Jahr". Wir gehen somit davon aus, dass eine Veröffentlichung gegen Ende des Jahres 2021 beziehungsweise Anfang nächsten Jahres realistisch sein dürfte.

Der Originalartikel stammt von unserer englischsprachigen Schwesterpublikation PCWorld .

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