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AMD 3D V-Cache, conoce el diseño 3D que aumenta los FPS en Ryzen

En el Financial Analyst Day, AMD desveló que estaba trabajando en tecnologías de apilado 3D, como era X3D. Ya en Mayo, enseñaron la repercusión de 3D V-Cache en los videojuegos, pero ese no es el único objetivo de AMD: se empezará con EPYC Milan-X y luego llegará a procesadores Zen 4.

La hoja de ruta ya está definida y los primeros procesadores en incorporar la tecnología 3D V-Cache serán los EPYC Milan-X, una subfamilia de Milan, que están basados en la arquitectura Zen 3. Este diseño de apilado en 3D ofrece beneficios a nivel de ancho de banda para el procesador, cuyas consecuencias son tremendas para empresas y para gamers, ¡os lo explicamos!

Cronología: cómo empieza empaquetado X3D

AMD X3D

Todo comienza en marzo de 2020, momento en el que AMD anuncia su investigación sobre tecnologías de apilamiento 3D, apareciendo «X3D packaging«. Así lo vimos en la diapositiva que mostraron donde se veían los diseños adoptados por la misma AMD durante los últimos 5 años. El futuro apuntaba a diseñar procesadores con empaquetado 3D, cuya complejidad es evidente y es una labor que queda en manos de TSMC (en este caso).

AMD afirmaba que se trataba de una fusión de tecnologías de packaging 2.5D y 3D, capaces de ofrecer un ancho de banda hasta 10 veces superior al actual. De ahí que veamos la palabra «hybrid» (híbrido), pero lo curioso es lo que ocurre a partir de este momento: TMSC anuncia sus tecnologías 3D Fabric, preparándose para recibir pedidos de chips con diseño 3D.

hoja de ruta empaquetado amd

Llega la presentación de AMD Ryzen 5000 y la arquitectura Zen 3 en escritorio, un evento en el que Lisa Su muestra un chip (que era un prototipo) caracterizado por tener un chiplet dual: en uno tenemos una SRAM de 64 MB. Este es un gran avance en memoria caché, y es que ahora los núcleos de la CPU podían acceder simultáneamente a la caché L3.

3d v-cache

Veíamos como un Die de 8 núcleos podrían acceder a 96 MB L3, en vez de 32 MB. Si os fijáis bien, el chip tiene los 2 DIEs unidos, y para ello usan un TSV (Throught Silicon Vias), que permite el paso de energía y datos entre ambos; lo que viene a ser un puente de toda la vida. De esta manera, el ancho de banda de la caché L3 podría ir más allá de 2 TB/s, lo que es una locura.

Y es que el TSV es una interfaz de interconexión directa de cobre die<->die, así que todas las miradas están puestas en Chip-on-Wafer (CoWoS), una tecnología de TSMC que AMD estaría usando para ello.

cowos tsmc

El complejo del núcleo y la die de la memoria caché tienen tamaños distintos, por lo que la solución pasa por usar silicio adicional con el objeto de que se mantenga la misma presión en las 2 dies. Veréis que los 2 dies son más finos que el otro complejo.

Lisa Su explicó que todos los chiplets tendrían caché apilada, concretamente 96 MB/chiplet, lo que supondría 192 MB para un chip de más de 8 núcleos, ¿Ryzen 9? ¿Threadripper? La clave está en que este diseño 3D permite:

  • Densidad de interconexión multiplicada por 200 o más, comparado con 2D.
  • El triple de eficiencia en la interconexión.

Qué es 3D V-Cache y por qué es importante

3D V-Cache

La tecnología 3D V-Cache se trata de un diseño de chiplet 3D por el que se apila memoria caché L3 una encima de otra, interconectándolas a través de un TSV para aumentar el ancho de banda de la misma, así como su capacidad. De este modo, el procesador mejoraría su ancho de banda, pero, además, lograría poder equipar mucha más memoria caché L3.

El V-Cache se coloca sobre la caché L3 del CCX principal, así que no se espera problemas de temperatura por ello. Aunque se apile la memoria una encima de otra, los procesadores con esta tecnología tienen la misma altura que los chips Zen 3, pero, ¿cómo es posible? AMD lo consigue a base de adelgazar el chiplet central y el V-Cache con el objeto de tener la misma altura que el die IOD. Eso sí, el die 3D V-Cache es más denso que la memoria L3 normal.

micro bump

En los Ryzen 5000 vimos hasta 64 MB de memoria caché, pero gracias a 3D V-Cache podremos ver procesadores con 192 MB e, incluso, más. Los primeros chips con la tecnología 3D V-Cache son los EPYC Milan-X, pudiendo ver más de 500 MB de caché L3 en su interior.

Fue la misma Lisa Su quien habló de las capacidades de 3D V-Cache en la presentación de los Ryzen 5000, y cifró una cantidad por chiplet: 96 MB/chiplet. Conforme la CPU tenga más núcleos, podrá equipar más memoria caché, así que si veremos unos 192 MB en procesadores de 12-16 núcleos, en los EPYC de 64 núcleos no es descabellado ver 512 MB.

Mejor rendimiento gaming

cache 3D AMD

¿Cómo beneficia a los usuarios de escritorio? Nos beneficia a efectos de rendimiento gaming porque supone un aumento de FPS en videojuegos. Lisa Su mostró una comparativa entre un Ryzen 9 5900X y un prototipo basado en Zen 3 con un diseño chiplet 3D.

Ambos funcionaban a 4.0 GHz y con la misma GPU (no se especificó), y lo cierto es que el Ryzen 9 5900X conseguía 184 FPS, mientras que el que chip con diseño 3D V-Cache lograba 206 FPS en las mismas condiciones, ¿por qué? Bueno, el Ryzen 9 viene con 64 MB L3, mientras que el prototipo equipa 192 MB L3, ¡el triple de memoria caché!

3d v-cache

Probaron más juegos, pero aquí solo nos daban un multiplicador de rendimiento como cifra:

  • DOTA 2: 1.18x más.
  • Gears V: 1.12x más.
  • Monster Hunter World: 1.25x más.
  • LoL: 1.04x más.
  • Fortnite: 1.17x más.

chiplet 3D

Estamos hablando de unas cifras realmente buenas sin equipar más núcleos o un proceso de fabricación distinto, por lo que está claro que es la innovación next-gen por excelencia en AMD. Ésta asegura que ofrece un rendimiento gaming 15% superior, aunque ya sabéis lo que hay que hacer con estos datos: cogerlos con pinzas.

Por último, la duda está en si habrá problemas con la latencia de la memoria caché, pero AMD ha confirmado que no las tendrá porque tiene una franja de direcciones como si fuera una L3 ordinaria.

¿Cuándo veremos 3D V-Cache en Ryzen?

A partir de Ryzen 7000 basados en Zen 4, los cuales vendrían con las novedades del soporte de memoria RAM DDR5, así como un proceso de fabricación de 5nm. La producción de estos chips correrá a cargo de TSMC, ya que es la favorita de AMD y quien puede producir chips con apilado 3D.

Esperamos que os haya sido de ayuda esta información. Si tenéis alguna duda, podéis comentar abajo y os contestaremos lo antes posible.

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Ángel Aller

Graduado en Derecho y estudiando el máster de Abogacía. Amante de los videojuegos y geek inconformista. Leal a Alt+F4. Alicante.
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