Prozessoren

AMDs Ryzen 7 3700X und Ryzen 9 3900X im Test

Heute ist es endlich soweit: AMD bläst zum Großangriff. Die Zen-2-Architektur versetzt AMD offenbar in die Situation, endgültig mit dem Konkurrenten Intel aufzuschließen. Mit Zen, Zen+ und der AM4-Plattform hat AMD über zwei Jahre die Basis zum Erfolg geschaffen. Nun will man den Lorbeeren ernten. Wie sich der Ryzen 7 3700X mit acht und der Ryzen 9 3900X mit zwölf Kernen gegen die Konkurrenz aus dem Hause Intel schlagen, klären wir in unserem ausführlichen Test.

AMD hat langfristige Pläne – dies sollte inzwischen bekannt sein. Die Zen-Microarchitektur war kein One-Shot, sondern es wurden von Anfang an mehrere Generationen angelegt, die im Zusammenspiel mit den erwarteten Fertigungstechnologien, unterschiedliche Ziele hatten. Als Zen 2 im Jahre 2015 projektiert wurde, wurde schon eine Fertigung in 7 nm angestrebt. Zum damaligen Zeitpunkt war jedoch nicht ganz klar, ob dies auch funktionieren würde. So war Zen 2 als Serverarchitektur mit niedrigem Takt geplant und auch dementsprechend ausgelegt. Und genau dies werden wir mit den EPYC-Prozessoren der zweiten Generation und bis zu 64 Kernen ab Spätsommer auch sehen.

Ende 2015 hat AMD nach eigener Aussage dann aber gesehen, dass man die Prozessoren, bzw. Chips doch deutlich höher takten kann. So wurde wiederum entschieden, dass Zen 2 auch für die Ryzen-Desktop-Prozessoren zum Einsatz kommen kann. Daraus erwachsen sind die nun neuen Ryzen-Prozessoren. Ob es auch einen alternativen Plan gegeben und wie dieser ausgesehen hat, will AMD allerdings nicht verraten.

Drei Dinge treffen bei den Ryzen-Prozessoren der 3000-Serie zusammen:

• die Fertigung in 7 nm
• das Chiplet-Design
• die Zen-2-Architektur mit den wohl deutlichen Verbesserungen im Hinblick auf die IPC-Leistung

Für die Zen-2-Architektur machte sich AMD selbst einige Vorgaben, die dabei helfen sollten ein IPC-Plus von 8 bis 10 % zu erreichen. Damit hätte man allerdings wohl nicht ganz mit Intel aufschließen können, wenngleich dies 2015 wohl in der Form noch nicht absehbar war. Letztendlich ist man im Schnitt bei 15 % gelandet und dies hat folgende Gründe:

• das Front End ist nun ausbalancierter
• der Micro Op Cache wurde vergrößert – viele Instruktionen, die schon bearbeitet wurden, können im Op Cache behalten und wiederverwendet werden
• ein IPC-Plus von 15 % bedeutet zunächst einmal, dass die Leistungsaufnahme steigt - die Branche Prediction wurde verbessert, um den Overhead zu reduzieren

Seit dem Next-Horizon-Tech-Day Anfang Juni ist bekannt: Es wird einen Ryzen-Prozessor mit 16 Kernen geben. Dieser hört auf den Namen Ryzen 9 3950X, bietet einen Basis-Takt von 3,5 GHz und kommt per Boost auf 4,7 GHz. Damit ist er zugleich der schnellste Ryzen-Prozessor, wenn es um den höchsten Boosttakt geht. Die Thermal Design Power dieses Modells liegt ebenfalls bei 105 W. Der Ryzen 9 3950X soll ab September verfügbar sein. Alle anderen Modelle werden, genau wie die dazugehörigen Mainboards, ab kommender Woche verfügbar sein.

Heute im Test haben werden wir den Ryzen 9 3900X mit 12 Kernen. Dieser taktet im Basis-Takt mit 3,8 GHz etwas höher, kommt per Boost aber auf "nur" 4,6 GHz. Auch hier liegt die TDP bei 105 W. Schon eher im Mainstream zu sehen ist der Ryzen 7 3800X. Er bietet acht Kerne, die mit 3,9 bzw. 4,5 GHz arbeiten. Da hier nur ein Valhalla-Die zum Einsatz kommt, halbiert sich der L3-Cache auf 32 MB. Die TDP liegt weiterhin bei 105 W.

Etwas sparsamer geht der Ryzen 7 3700X zu Werke – diesen testen wir heute. Die Taktraten liegen bei 3,6 bzw. 4,4 GHz, die Größe des Caches ist zum Ryzen 7 3800X identisch. Dieses Modell bietet AMD mit einer reduzierten TDP von 65 W an. Der Ryzen 5 3600X ist das erste Modell mit sechs Kernen, die mit 3,8 bzw. 4,4 GHz arbeiten. Der L2-Cache wird aufgrund der nur sechs aktiven Kerne auf 3 MB reduziert. Der L3-Cache bleibt mit 32 MB identisch. AMD gibt dem Ryzen 5 3600X etwas mehr Spielraum bei der Leistungsaufnahme und legt diese bei 95 W fest.

Vorläufig das Einsteigermodell ist der Ryzen 5 3600. Auch er bietet sechs Kerne, die mit 3,67 bzw. 4,2 GHz aber etwas geringer takten. Die TDP ist auf 65 W reduziert. Später wird es wohl auch noch Ryzen-3-Varianten geben. Derzeit sind aber nur die eben erwähnte sechs Modelle offiziell, von denen fünf sofort starten sollen.

Allesamt verwenden die Prozessoren die AM4-Plattform, bzw. den gleichnamigen Sockel. Alle Details dazu hat AMD auf der Computex verraten. Unter anderem bieten die Ryzen-Prozessoren der dritten Generation 24 PCI-Express-4.0-Lanes an. Vier davon sind für die Anbindung des Chipsatzes reserviert. Damit bleiben 16+4 für die Anbindung der Grafikkarte und weiterer Anwendungen wie SSDs übrig. An Speicher wird nun DDR4-3200 unterstützt, auch in dieser Generation sollen sie aber vom höheren Speichertakt deutlich profitieren.

Der Chipsatz selbst wird in 14 nm gefertigt und ist genauso aufgebaut, wie der I/O-Die der Prozessoren. AMD kann also auch hier einen Chip fertigen, der mehrfach verwendet wird. Der I/O-Die des Prozessors wird allerdings in 12 nm gefertigt und stellt sozusagen den Master in der Kommunikation dar. Der Chipsatz ist ein I/O-Die aus der 14-nm-Fertigung. Komponenten wie die Speichercontroller werden hier einfach nicht verwendet.

Die Die-Größen und Anzahl der Transistoren sieht im Vergleich der Zen-Generationen wie folgt aus.

Die obigen Angaben sind auf einen Prozessor mit acht Kernen bezogen. Für Zen und Zen+ war dies der Maximalausbau eines Zeppelin-Dies. Die Dies kommen auf eine Größe von 212 mm² bei 4,8 Milliarden Transistoren.

Ein CCD (Core Complex Die) auf Basis von Zen 2 kommt auf 74 mm² bei alleine schon 3,9 Milliarden Transistoren. Hinzu kommt auch immer noch der IOD (I/O-Die) mit 125 mm² und 2,09 Milliarden Transistoren. Für einen Ryzen-5- oder Ryzen-7-Prozessor mit sechs oder acht Kernen kommen wir also auf eine Gesamtgröße von 199 mm² bei 5,99 Milliarden Transistoren. Die Dies auf Basis von Zen 2 sind also zusammengenommen (CCD + IOD) etwas kleiner, haben aber mehr als eine Milliarde an zusätzlichen Transistoren zu bieten. Im Falle der Ryzen-9-Modelle mit 12 oder 16 Kernen sprechen wir dann sogar von 273 mm² und 9,89 Milliarden Transistoren.

Dies lässt sich natürlich auch noch etwas weiterspinnen. Ein EPYC-Prozessor mit acht CCDs und einem IOD (angenommen dieser ist bei den Serverprozessoren identisch) bringt es auf 717 mm² und 33,29 Milliarden Transistoren. Zum Vergleich: Ein Cascade-Lake-SP-Prozessor mit 28 Kernen kommt auf 694 mm² und soll etwa 8 Milliarden Transistoren beinhalten.

Erläuterungen zur Thermal Design Power

Da wir den Begriff Thermal Design Power (TDP) bereits mehrfach erwähnt haben, wollen wir diese Begrifflichkeit im Zusammenhang mit den Ryzen-Prozessoren noch einmal genauer erläutern. Die TDP ist keine Synonym für den Verbrauch eines Prozessors. Die TDP berechnet sich bei AMD-Prozessoren wie folgt:

TDP (Watt) = (tCase (°C) - tAmbient(°C)) / (HSF ?ca)

• tCase ist die maximale Temperatur, die der Die/Heatspreader erreichen darf, um die maximale Leistung zu erreichen
• tAmbient beschreibt die maximale Lufttemperatur, die der Heat Sink Fan (HDF) ansaugen darf, um die maximale Leistung zu erreichen
• HSF ?ca wird in °C/W angegeben und beschreibt das minimale Potential des Kühlers die Wärme abzuführen

Für einen Ryzen 9 3900X ergibt sich damit folgende Formel:

(61,8 °C - 42 °C) / 0,189 °C/W = 104,76 W

Den Wert von HSF ?ca von 0,189 hat AMD in zahlreichen Tests als den optimalen Wert ermittelt.