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AMD Zen 3 Cezanne Ryzen 5000 Mobile genau angeschaut - Verbesserungen in Bezug auf SoC, Cache-Topologie und Energieeffizienz versprechen ein großartiges mobiles Erlebnis

Willkommene Verfeinerung. Die Zen 3 Ryzen 5000 Mobile-APUs von AMD versprechen im Vergleich zu Ryzen 4000 Mobile signifikante Verbesserungen der Single- und Multi-Core-Leistung, eine geringere Latenz und eine verbesserte Energieeffizienz. Zen 3 verwendet dieselbe SoC-Topologie wie Zen 2, um die Drop-In-Kompatibilität mit vorhandenen Designs zu ermöglichen. Wir werfen einen Blick auf die Architekturänderungen in Zen 3 Mobile, die diese Verbesserungen ermöglichen.
Vaidyanathan Subramaniam (übersetzt von Christian Hintze), 🇺🇸 🇷🇺
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Einleitung

AMD hat ein ganzes Jahr gebraucht, um die mobilen Zen-2-Renoir-APUs nach deren Desktop-Pendants zu launchen. Und obwohl die Renoir-APUs insgesamt besser performten als Intel Comet Lake-U- und H-Chips, liefen sie in Sachen Single-Core-Leistung noch leicht hinterher. Zudem gab es auch nicht viele Premium-Laptops mit AMD Renoir, selbst bei den Gaming-Laptops waren AMD-Optionen maximal auf die NVIDIA GeForce RTX 2060 begrenzt.

All das ändert sich in diesem Jahr!

2021 kann AMD den Zen 3 Ryzen 5000 Mobile mit dem Codenamen "Cezanne" nicht nur innerhalb weniger Monate nach dem Desktop-Zen-3 Vermeer herausbringen, wir werden außerdem wieder mehr Premium-Laptops mit AMD-CPU und einer dedizierten GPU bis hin zum Flaggschiff-Modell RTX 3080 Mobile zu Gesicht bekommen.

Zen 3 Ryzen 5000 Mobile entsteht im 7-nm-Prozess und hat eine Die-Größe von 180 mm2 mit 10,7 Milliarden Transistoren. Cezanne kommt außerdem mit vielen willkommenen Änderungen daher, welche wir im Folgenden noch detailliert ausführen werden.

Zen 3 Cezanne verspricht ein großes Update von Zen 2 Renoir zu sein
Zen 3 Cezanne verspricht ein großes Update von Zen 2 Renoir zu sein
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Ryzen 5000 SKUs

Mit Ryzen 4000 Renoir bot AMD APUs in den Serien U, H und HS an. Während sich die U-Serie vorwiegend auf dünne und leichte Laptops und einen niedrigen Akkuverbrauch fokussierte, zielte die H-Serie auf mobile Gamer und Content Creators. Die HS-Serie stellte mit ihrer auf 35 W limitierten TDP quasi den besten Kompromiss aus den beiden anderen Serien, also aus Mobilität und Leistung dar.

In diesem Jahr führt AMD Ryzen 5000 Cezanne eine neue HX-Serie ein, welche eine TDP von 45 W+ sowie Übertaktungsoptionen für Leistungsenthusiasten bereitstellt.

Die U-Serie beinhaltet auch weiter ein paar Zen-2-Chips, diese profitieren nun jedoch von aktiviertem SMT und haben zudem höhere Taktraten bei gleichzeitig aktivem AMD-Powermanagement namens Collaborative Processor Performance Control (CPPC), welches bislang auf Desktop-Prozessoren beschränkt war.

Und so gibt AMD an, dass der Ryzen 3 5300U eine bessere Multi-Core-Leistung bietet als ein Core i7-1165G7 und das obwohl es heißt, dass die gesamte H-Serie den Ryzen Threadripper 1900X der ersten Generation im Cinebench R20 schlägt.

AMD Ryzen 5000 SKUs im Überblick
AMD Ryzen 5000 SKUs im Überblick
SKU-Vergleich zwischen Ryzen 4000 Renoir und Ryzen 5000 Cezanne
SKU-Vergleich zwischen Ryzen 4000 Renoir und Ryzen 5000 Cezanne
Features von Ryzen 5000 Cezanne
Features von Ryzen 5000 Cezanne

Änderungen in der Zen-3-Architektur

Einer der Gründe, weshalb AMD es geschafft hat die mobilen Zen 3 so schnell nach den Desktop-Zen-3 herauszubringen ist, dass die SoC-Topologie von Renoir und Cezanne gleich geblieben ist. Die meisten Architekturänderungen beziehen sich auf cleveres Feintuning, reduzierter Latenz und einen über alle Lastbereiche reduzierten Energieverbrauch. 

Zen 3 verfügt jetzt über eine höhere Bandbreite für Verzweigungsprädiktoren und "no Bubble"-Prediction sowie über einen größeren L1-Puffer, der jetzt 1.024 Einträge für eine verbesserte Vorhersagelatenz besitzt. AMD selbst sag, dass ein Hauptziel darin bestand, ein schnelleres Abrufen von verzweigtem Code mit großem Footprint zu ermöglichen.

Auf der Ausführungsseite zielt Zen 3 darauf ab, die Latenz für Float- und Int-Operationen zu reduzieren und eine höhere Parallelität auf Befehlsebene (ILP) zu ermöglichen. Zen 3 bietet jetzt eine Bandbreite von +2 für Float und einen schnelleren Zyklus von +1 für FMAC-Operationen (Fused-Multiplly Accumulate).

Renoir bot 2 Loads und 1 Speicher pro Zyklus an. Cezanne erhöht dies jetzt auf 3 Loads und 2 Speicher pro Zyklus, um ein besseres Prefetching und eine schnellere Ausführung zu ermöglichen. Der Translation Lookaside Buffer (TLB) von Zen 3 enthält jetzt vier weitere Table Walker für eine verbesserte Übersetzung von virtuellem Speicher in physischen Speicher.

Zen 3 Designziele
Zen 3 Designziele
Zen 2 Renoir Architekturüberblick
Zen 2 Renoir Architekturüberblick
Zen 3 Cezanne Architekturüberblick
Zen 3 Cezanne Architekturüberblick

Core/Cache und Änderungen in der SoC-Topologie

Ähnlich zum Desktop-Zen-3 verfügt auch die mobile Variante über 2x L3-Cache und einen verbundenen CCX. Zen 3 bietet nun einen 16 MB großen L3-Cache, auf den alle acht Kerne schnell über eine Art Ringsystem zugreifen können. Das reduziert die Kommunikationszeiten zwischen den Kernen, aber auch zwischen Kernen und Cache-Speicher, was theoretisch zu einer höheren Gaming-Leistung führen sollte.

Zen 3 Kerntopologie
Zen 3 Kerntopologie
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AMD sagt aus, dass man während der Entwicklung von Zen 2 Mobile die ganze Zeit schon Zen 3 Mobile im Hinterkopf hatte. Durch die Nutzung der gleichen SoC-Topologie für Renoir und Cezanne, konnte AMD eine Drop-In-Pin-kompatible Unterstützung für Zen 3 Mobile hinzufügen, sodass OEMs die aktuellen Renoir-Designs weiter verwenden und so zügig Cezanne-Upgrades anbieten können. Auch dadurch konnte  AMD den Ryzen 5000 Mobile schon in weniger als einem Jahr nach Ryzen 4000 Mobile herausbringen.

Wo zuvor ein Jahr zwischen Desktop- und Mobilvariante lag, sind es jetzt nur drei Monate. Und obwohl die SoC-Topologie gleich bleibt, gestattet Zen 3 verbesserte Taktraten und ein verbessertes Energiemanagement. 

Die Reduzierung der Inter-Core- und Inter-Cache-Latenz in Verbindung mit den Takterhöhungen und besseren Prozesskenntnissen, bietet deutliche Verbesserungen der Single-Thread- und Gaming-Leistung. Zusätzlich profitieren Spiele, die vor allem auf eine Single-Core-Auslastung ausgerichtet sind vom größeren L3-Cache, den Cezanne zu bieten hat.

Zen 3 unterstützt aber auch neue Sicherheitsfunktionen wie GMET, UMIP und CET.

Zen 3 bietet Drop-In-Pin-Kompatibilität mit vorhandenen Renoir-Designs
Zen 3 bietet Drop-In-Pin-Kompatibilität mit vorhandenen Renoir-Designs
Die SoC-Topologie zwischen Renoir und Cezanne bleibt gleich
Die SoC-Topologie zwischen Renoir und Cezanne bleibt gleich
Sicherheitsfunktionen von Zen 3
Sicherheitsfunktionen von Zen 3

Glaubt man AMD, so resultieren die vielen Änderungen von Zen 3 Mobile in einer bis zu 23 Prozent höheren Single-Thread- und einer bis zu 17 Prozent höheren Multi-Thread-Leistung, verglichen mit Zen 2 Mobile.

Cinebench R20 Single-Thread Renoir vs Cezanne
Cinebench R20 Single-Thread Renoir vs Cezanne
Cinebench R20 Multi-Thread Renoir vs Cezanne
Cinebench R20 Multi-Thread Renoir vs Cezanne

Unterstützung von LPDDR4X RAM

Cezanne unterstützt nun LPDDR4X-RAM, welcher nicht nur energieeffizienter ist, sondern auch über eine um 33 Prozent gestiegene, theoretische Bandbreite im Vergleich zu DDR4 verfügt. Der neue Speichercontroller führt einen Deep-Power-Status ein und unterstützt gleichzeitig sowohl LPDDR4X- als auch DDR4-Speicher. 

Der Speicher-PHY enthält einen Spannungsregler mit niedrigem Ausfall (LDO), der eine geringe Potentialdifferenz zwischen der Eingangs- und Ausgangsspannung ermöglicht, wodurch die Wärmeabgabe verringert wird und gleichzeitig ein schneller Übergang aus dem Zustand niedriger in die volle Leistung ermöglicht wird. 

Laut AMD unterstützt Zen 3 Mobile:

  • Dual 64b Channel von DDR4 bis zu 3200 MT/s (1 DPC SR or 1 DPC DR)
  • Quad 32b Channel von LPDDR4x bis zu 4266 MT/s
Zen 3 bietet einen verbesserten Speichercontroller, welcher LPDDR4X unterstützt
Zen 3 bietet einen verbesserten Speichercontroller, welcher LPDDR4X unterstützt

Verbesserte Grafikqualitäten

Cezanne nutzt die gleiche Vega-iGPU, die man auch in Renoir findet. Allerdings sind die Taktraten der diesjährigen Version um 350 MHz gesteigert worden und die Energieeffizienz wurde weiter erhöht. Laut AMD ist die Vega 8 iGPU aus dem Ryzen 7 5800U im 3DMark Time Spy bis zu 15 Prozent schneller als der Ryzen 7 4800U.

AMD präsentierte weitere Performancevergleiche zwischen Ryzen 7 4800U, Ryzen 7 5800U und dem Core i7-1165G7 bei populären Games aus dem eSports-Bereich bei 1080p und niedrigen Detaileinstellungen. Titel wie DOTA 2 und Valorant scheinen von Cezanne ordentlich zu profitieren.

Zen 3 Vega iGPU ist nun bis zu 350 MHz schneller
Zen 3 Vega iGPU ist nun bis zu 350 MHz schneller
eSports-Vergleich zwischen Ryzen 7 4800U, Ryzen 7 5800U und Core i7-1165G7 bei 1080p und Low Settings
eSports-Vergleich zwischen Ryzen 7 4800U, Ryzen 7 5800U und Core i7-1165G7 bei 1080p und Low Settings

Verbesserungen beim Verbrauch und der Akkulaufzeit

Eine Verbesserung der allgemeinen Energieeffizienz war eines der Fokuspunkte bei Cezanne. Der Verbrauch konnte unter allen Arbeitszuständen reduziert werden, sowohl im Standby, aber auch im Idle, bei der Videowiedergabe und Alltagsaufgaben, so AMD.

Das Unternehmen behauptet, dass alleine der Wechsel von einem Ryzen 4000 U auf einen Ryzen 5000 U bis zu 2 zusätzliche Stunden an Akkuausdauer bei der allgemeinen Produktivität einbringen soll, ohne dass sonst etwas am System verändert werden müsse. Die Standbyzeit ist auf bis zu 20 Stunden gestiegen.

Verbesserungen von Zen 3 bei der Energieeffizienz
Verbesserungen von Zen 3 bei der Energieeffizienz

Laut AMD tragen mehrere Faktoren zu verbesserten Effizienz des Ryzen 5000 bei. Wann immer möglich werden nun Vcore MilliVolts in der Pipeline entfernt, um Energie zu sparen und zusätzlichen thermischen Spielraum, höhere Frequenzen und eine bessere Akkulaufzeit zu erreichen. Zusätzlich sorgt der neue Deep-Power-State im Speichercontroller dafür, dass der PHY an eine Low-Voltage-Versorgung umgangen wird, was hier ebenfalls eine Rolle spielt. 

AMDs Desktop-Prozessoren nutzen ein UEFI-Feature namens Collaborative Processor Performance Control (CPPC). Dieses erlaubt der CPU über ihre eigene Taktraten-Spannungs-Kurve (f/v) zu entscheiden. So kann die CPU ihre f/v dynamisch innerhalb von 1 - 2 ms anpassen, anstatt auf das Betriebssystem angewiesen zu sein, welches alle 30 ms den voreingestellten pState-Wert per Planer ändert. Das bietet Vorteile beim Vollast-zu-Idle-Übergang, weil Threads nun an schnellere und effizientere Kerne übergeben werden können.

Unter Renoir waren alle Kerne an die aktive GPU-Spannung in einem 1:1 Vcore bis VGFX Verhältnis, unabhängig von der Last, gebunden. Bei Cezanne kann jeder Kern seinen eigenen Vcore für eine spezifische Taktrate selbst bestimmen. Zusammen mit CPPC hat dies einen deutlich schnelleren Übergang zwischen Last und Idle zur Folge.

AMD sagt auch, dass es die oft ignorierte Audio-Pipeline als einen wichtigen Stromverbrauchsfaktor identifiziert hat. Daher arbeitet AMD mit den OEMs zusammen, um Audio-Codecs zu verwenden, die einen verbesserten Leerlauf ermöglichen. Weitere Aspekte des Laptop-Designs, die ebenfalls berücksichtigt werden, sind eingebettete Controller, die sich im Leerlauf befinden, die Energieverwaltung im Dual-Display-Betrieb sowie die Steuerung der Hintergrundbeleuchtung.

Zen 3 biette nun CPPC-Energieoptimierungen
Zen 3 biette nun CPPC-Energieoptimierungen
Jeder Kern kann nun seine eigene Spannung selbst regulieren, anstatt an die iGPU gebunden zu sein
Jeder Kern kann nun seine eigene Spannung selbst regulieren, anstatt an die iGPU gebunden zu sein
Optimierung der Systemenergie
Optimierung der Systemenergie

AMD verspricht noch mehr Laptopdesigns von OEMs als im letzten Jahr und einen kurzen Blick auf einige davon konnten wir bereits während der CES 2021 werfen. Jetzt heißt es nach unseren demnächst erscheinenden Tests Ausschau zu halten, welche überprüfen werden, ob Zen 3 Ryzen 5000 Mobile wirklich so viel besser macht, wie AMD verspricht.

Quellen

AMDs Pressemitteilungen

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Vaidyanathan Subramaniam
Autor des Originals: Vaidyanathan Subramaniam - Managing Editor - 1408 Artikel auf Notebookcheck veröffentlicht seit 2012
Obwohl ich Zell- und Molekularbiologe bin, fühlte ich mich von klein auf zu Computern hingezogen. Als ich 1998 meinen ersten PC bekam, wuchs meine Leidenschaft für Technologie mit der Zeit ziemlich exponentiell. Es gab unglaubliche Erfahrungen auf meinem Weg von einer viel gefragten Quelle für technische Ratschläge im Familien- und Freundeskreis bis hin zu meinem Einstieg bei Notebookcheck im Jahr 2017 als professioneller Tech-Journalist. Jetzt bin ich leitender Redakteur bei Notebookcheck und berichte für das indisches und auch für das globale Publikum über ein breites Spektrum der Technologielandschaft. Wenn ich nicht gerade auf der Jagd nach der nächsten großen Story bin oder komplexe Messungen für Testberichte vornehme, lese ich gute Lektüre, höre gefühlvolle Musik oder probiere ein neues Spiel aus.
Christian Hintze
Übersetzer: Christian Hintze - Managing Editor - 1633 Artikel auf Notebookcheck veröffentlicht seit 2016
Ein C64 markierte meinen Einstieg in die Welt der PCs. Mein Schülerpraktikum verbrachte ich in der Reparaturabteilung eines Computerladens, zum Abschluss durfte ich mir aus “Werkstattresten” einen 486er PC selbst zusammenbauen. Folglich begann ich später ein Informatikstudium an der Humboldt-Uni in Berlin, Psychologie kam hinzu. Nach meiner ersten Arbeit als wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Uni ging ich für ein Jahr nach London und arbeitete für Sega an der Qualitätssicherung von Computerspielübersetzungen, u.a. an Spielen wie Sonic & All-Stars Racing Transformed oder Company of Heroes. Seit 2017 schreibe ich für Notebookcheck.
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Autor: Vaidyanathan Subramaniam, 26.01.2021 (Update: 26.01.2021)