16 superschnelle Kerne

Der AMD Ryzen 9 9950X3D im Test

Final komplettiert AMD heute die X3D-Serie bei den Ryzen-9000-Prozessoren mit Zen-5-Kernen und wir haben den Ryzen 9 9950X3D mit 16 Kernen und zusätzlichem Cache auf einem CCD im Test. Wir sprechen hier von einer Komplettierung, auch wenn nicht ausgeschlossen ist, dass AMD später nicht noch einen Ryzen 5 9600X3D oder dergleichen vorstellen wird, wie man es in der Vorgänger-Serie auch getan hat. Wie sich dieser gegen den Ryzen 9 9950X in Multi-Threaded-Anwendungen und den Ryzen 7 9800X3D (Test) in Spielen verhält, ist wichtigster Bestandteil dieses Artikels.

Mit der nun neuesten Umsetzung der 3D-V-Cache-Techik will AMD aber auch einige Hürden der bisherigen Lösungen auflösen. So befindet sich der SRAM-Chip nicht mehr auf dem CCD mit den CPU-Kernen, sondern darunter. Dies macht die Kühlung einfacher und sorgt für mehr Spielraum beim Takt. Zu den technischen Details der Umsetzung kommen wir aber noch.

Wir nehmen den Test des Ryzen 9 9950X3D auch zum Anlass zumindest die Prozessoren der Core-Ultra-200S- und Ryzen-9000-Serie in unserer Datenbank auf den neuesten Stand zu bringen. Sprich die Ryzen-Prozessoren werden mit einem aktuellen BIOS auf die AEGSA 1.2.0.3a gebracht und die Core-Ultra-200S-Prozessoren mit einem ebenfalls aktuellen BIOS auf den Microcode 0x115 mit Intel ME in der Version v19.0.0.1854v2.2, sodass wir hier auch die von Intel eingepflegten Verbesserungen von Arrow Lake-S mit einbeziehen können.

Alle Details zur Zen-5-Architektur, der Fertigung, dem Package sowie der Unterstützung von AVX-512 und findet ihr in unserem Artikel aus dem Sommer des vergangenen Jahres.

AMD positioniert die Ryzen-9000X3D-Prozessoren grundlegend als Gegenspieler zu den Core-Ultra-200S-Prozessoren bzw. zu deren Spiele-Leistung. Da diese aber nicht allzu berauschend ausgefallen ist, orientieren sich die Ryzen-9000X3D-Prozessoren auch gegen die Vorgänger aus dem eigenen Hause. Innerhalb der Produktpalette der Ryzen-9000-Prozessoren stellt sich die nun zusätzlichen zwei Modelle wie folgt auf:

Im Vergleich zu den bisherigen X3D-Generationen kann AMD durch die Positionierung des SRAM unter dem CCD die Boost-Takt deutlich höher anlegen, sodass es zwischen den X- und X3D-Modellen nahezu keinerlei Unterschied mehr gibt. Dies trifft auch auf die TDP zu, die nun ebenfalls identisch ist. All dies soll dazu führen, dass die Ryzen-9000X3D-Prozessoren in der Multi-Threaded-Leistung nicht mehr hinter den X-Modellen stehen und sich damit nicht mehr ausschließlich als Gaming-CPU qualifizieren. Im Test des Ryzen 7 9800X3D konnte man dies schon belegen. Heute nun schauen wir, ob dies auch beim Ryzen 9 9950X3D zutrifft.

Die bisher von AMD kommunizierten unverbindlichen Preisempfehlungen von 599 US-Dollar für den Ryzen 9 9900X3D und 699 US-Dollar für den Ryzen 9 9950X3D gelten hierzulande natürlich nicht. Eine echte UVP gibt es bei den Prozessoren auch nicht. AMD beruft sich hier auf den aktuell sehr volantilen Wechselkurs zwischen US-Dollar und Euro. Dennoch gibt AMD zur Orientierung 659 Euro für den 12-Kerner und 769 Euro für den 16-Kerner an. Im Vergleich zu den Vorgängern wird der Ryzen 9 9950X3D somit um 20 Euro teurer und der Ryzen 9 9900X3D um 10 Euro.

Ab morgen, den 12. März, sollen der Ryzen 9 9900X3D und Ryzen 9 9950X3D erhältlich sein.

Zweite Generation der 3D-V-Cache-Technologie

Für die CCDs mit Zen-5-Kernen und zusätzlichen L3-Cache sieht AMD eine neue Umsetzung der 3D-V-Cache-Technologie vor und bezeichnet diese als zweite Generation. Aber bereits in der Vergangenheit gab es leichte Änderungen in der Umsetzung. So setzt der Ryzen 7 5800X3D noch auf ein CCD mit Zen-3-Kernen aus einer Fertigung in 7 nm. Bei den Ryzen-7000X3D-Prozessoren wurden die CCDs in 5 nm gefertigt. Da der CCD durch die Änderung der Fertigung vom 7 auf 5 nm von 80,7 mm² auf 66,3 mm² geschrumpft ist, musste AMD auch einige Änderungen in der Positionierung der TSVs (Through Silicon Vias) vornehmen.

In der ersten Generation der 3D-V-Cache-Umsetzung führt AMD die TSVs für die Signale und Power/Control allesamt im Bereich des L3-Caches auf dem CCD aus. Durch die Verkleinerung des CCD muss AMD die TSVs anders platzieren. Die TSVs für das Signaling befinden sich weiterhin im Bereich des L3-Cache. Die für Power/Control sind in den Bereich des L2-Cache gewandert. Zudem hatte AMD die Bandbreite zwischen dem CCD- und dem SRAM-Chip erhöht. Ausgehend von 2 TB/s für die erste Generation der 3D-V-Cache-Umsetzung waren es in der Folge 2,5 TB/s.

Mit den Ryzen-9000X3D-Prozessoren geht AMD nun den nächsten Schritt und platziert den SRAM-Chip unter dem CCD. Das von AMD veröffentlichte Schaubild zeigt, dass der SRAM-Chip die gleiche Größe wie der CCD hat. Dies ist auch nicht weiter problematisch, da eben nicht wie in der bisherigen Umsetzung damit die Zen-Kerne abgedeckt würden. Die Verbindung über die TSVs erfolgt weiterhin per Hybrid-Bonding. Darunter versteht man, dass die TSVs des CCDs und Kontaktpunkte des SRAM-Chips korrekt zueinander positioniert werden und dann die Adhäsion des Kupfers ausreicht, um die Verbindung beizubehalten. Ein Verlöten ist nicht notwendig.

Durch die Platzierung des SRAM-Chips unter dem CCD ist oben nebem dem SRAM auch kein Füller-Chiplet mehr notwendig, welches für einen höheren thermischen Widerstand gesorgt hat. Dieser soll bei den Ryzen-9000X3D-Prozessoren um 47 % geringer ausfallen, da der CCD direkt mit dem Heatspreader in Kontakt gebracht wird.

Die daraus resultierenden, niedrigeren Temperaturen, sorgen dafür, dass AMD einen höheren Boost- und Basis-Takt anlegen kann. Zudem legt die TjMax nun nicht mehr bei 89 °C, sondern bei 95 °C wie bei den weiteren Prozessoren der Ryzen-9000-Prozessoren, sodass der Prozessor mehr Spielraum bekommt seine Maximalleistung abzurufen.

*¹: AMD machte bereits 2021 für die erste Generation auch die Angaben von 36 mm²

Hinzu kommt die Tatsache, dass durch die neue Umsetzung des SRAM-Chips unter dem CCD, diesem auch die Aufgabe zukommt, die Verbindung zwischen dem Interposer des Package und dem CCD herzustellen. Signal- und Versorgungsleitungen führen demnach durch den SRAM-Chip zum CCD.

Laut AMD hat der SRAM-Chip unter dem CCD eine ähnliche Größe wie das CCD. Er dürfte minimal größer sein. Zur Anzahl der Transistoren wollte sich AMD nicht äußern. Der SRAM-Part des Chips dürfte weiterhin bei 4,7 Milliarden liegen, die weiteren Bereiche dienen mit den TSVs der Weiterleitung von Strom/Spannung und Signalen. Die Bandbreite zwischen dem CCD und dem SRAM-Chip soll laut AMD im Bereich der vorherigen Generation liegen. Dort sind es 2,5 TB/s, allerdings skaliert diese mit dem Takt und da die Ryzen-9000X3D-Prozessoren etwas höher takten, dürfte die Bandbreite leicht darüber liegen.

Windows-Neuinstallation und Chipsatz-Treiber

Einen Punkt müssen wir aber noch ansprechen, der vor allem uns als Tester betrifft. Es ist immer problematisch, wenn die gleiche Windows-Installation von einem Ryzen-Prozessor mit einem CCD auf ein Modell mit zwei CCDs übernommen wird oder es sogar einen Wechsel auf ein X3D-Modell gibt. Dies zeigte sich vor allem bei der Ryzen-9000-Serie, die im Hinblick auf die Varianten mit einem oder zwei CCDs sogar noch wählerischer wurde. Ein solcher Wechsel kann dazu führen, dass der Windows-Scheduler die falschen Kerne priorisiert oder ein CCD mit seinen bis zu acht Kernen gar nicht verwendet.

Wir mussten uns für die Tests der Ryzen-Prozessoren daher mehrere SSDs mit gleicher Windows-Installation anlegen. Für Ryzen-7000- und Ryzen-9000-CPUs mit einem CCD, für Ryzen-7000- und Ryzen-9000-CPUs mit zwei CCDs, für Ryzen-7000X3D- und Ryzen-9000-X3D-CPUs mit einem CCD und für Ryzen-7000X3D-CPUs – demnach vier Installationen.

Doch AMD möchte nun eine Lösung gefunden haben. Zusammen mit dem Chipsatz-Treiber wird unter Windows 11 nun ein "AMD Provisioning Packages Service" installiert. Dieser soll die Provisionierung der Kerne nun bei einem Wechsel der Hardware überwachen bzw. installiert das entsprechende Package automatisch neu. Dennoch empfiehlt AMD bei einem Wechsel des Prozessors auch das Windows neu zu installieren – spätestens dann, wenn die erwartete Leistung nicht erreicht werden kann.

Kern-Latenzen

Zum Abschluss der Theorie werfen wir noch einen Blick auf die Kern-Latenzen. Diese fielen zum Start der Ryzen-9000-Prozessoren noch vergleichsweise hoch aus, was AMD mit einem späteren AEGSA-Update behob.

Beim Ryzen 9 9950X3D bewegen sich die Kern-Latenzen auf dem üblichen Niveau für das Chiplet-Design von AMD. Auf dem gleichen CCD messen wir in etwa 20 ns, von einem zum anderen CCD liegen wir im Bereich von 85 ns.

Takt-, Temperatur- und Last-Verhalten

In der Vergangenheit gab es aufgrund der Positionierung der Zen-Kerne auf dem SRAM-Chiplet auch sehr unterschiedliches Verhalten der CCDs mit und ohne dem zusätzlichen 3D V-Cache. Eben dies haben wir noch einmal unter die Lupe genommen.

Das Taktverhalten zeigt für den Ryzen 7 7950X3D ein im Schnitt deutlich niedrigeren Takt, wenngleich der CCD1 ohne den Cache an die 5-GHz-Grenze heranreicht. Für den CCD0 mit dem Cache galt dies in der Ryzen-7000X3D-Serie allerdings nicht. Dem entgegen steht das Taktverhalten des Ryzen 9 9950X, bei dem beide CCDs in etwa auf das gleiche Taktniveau kommen. Mit dem neuen Aufbau ist es AMD nun gelungen, dass es beim Ryzen 9 9950X3D keinerlei erkennbaren Unterschied mehr zwischen dem CCD0 und CCD1 gibt. Die Benchmarks werden dies mit Zahlen belegen.

Einen deutlichen Unterschied zwischen dem Ryzen 9 7950X3D und Ryzen 9 9950X sowie Ryzen 9 9950X3D zeigt sich auf in der Temperatur und der Leistungsaufnahme. Bei den Temperaturen setzt AMD die TjMax-Temperaturen bei den Ryzen-Prozessoren durch die Bank bei 95 °C fest. In der Spitze sehen wir aber nur an die 90 °C an Gehäusetemperatur und der Ryzen 9 9950X sowie Ryzen 9 9950X3D verhalten sich in etwa gleich. Anders sieht des mit dem Ryzen 9 7950X3D aus, dessen TjMax-Temperatur bei 89 °C festgelegt ist, der aber nur an die 80 °C Gehäusetemperatur heranreicht.

Mit am deutlichsten sind die Unterschiede bei der Leistungsaufnahme. Der Ryzen 9 7950X3D geht über die 150 W nicht hinaus. Der Ryzen 9 9950X sowie Ryzen 9 9950X3D kommen beide auf 200 W.