كانت النوى والترددات هي المواصفات الرئيسية التي ينظر إليها الناس عند شراء وحدة المعالجة المركزية ، ولكن تقنية 3D V-Cache من AMD قد غيرت كل ذلك. أثبت Ryzen 7 5800X3D في عام 2022 أن ذاكرة التخزين المؤقت هي العامل الأكثر أهمية عندما يتعلق الأمر بأداء الألعاب ، وتمكنت AMD من تحويل وحدة المعالجة المركزية للألعاب متوسطة المدى إلى منافس لتاج الألعاب فقط عن طريق إضافة ما أطلقت عليه الشركة اسم “3D V- مخبأ”.
3D V-Cache ليست مجرد كلمة طنانة للتسويق أو وسيلة للتحايل مثل “معالجة الانفجار” في Sega Genesis ، بل هي حل لواحدة من أكبر المشاكل التي واجهتها صناعة أشباه الموصلات على الإطلاق. حتى بدون ذلك ، أثبتت 3D V-Cache أنها طريقة رائعة لتقديم المزيد من وحدات المعالجة المركزية المتميزة والراقية دون بذل الكثير من الجهد من جانب AMD.
ما هو الكاش؟
قبل أن نتحدث حتى عن 3D V-Cache ، نحتاج إلى التحدث عن ذاكرة التخزين المؤقت القديمة العادية. منذ زمن بعيد ، استخدمت أجهزة الكمبيوتر نوعين أساسيين من التخزين: محركات الأقراص الثابتة وذاكرة الوصول العشوائي (RAM). محركات الأقراص الصلبة بطيئة ولكن يمكنها تخزين الكثير من البيانات ، بينما لا تستطيع ذاكرة الوصول العشوائي تخزين سوى كمية صغيرة من البيانات ولكنها سريعة جدًا. نجح هذا الترتيب بشكل جيد حتى بدأت وتيرة تحسينات أداء وحدة المعالجة المركزية في تجاوز ذاكرة الوصول العشوائي في التسعينيات ، وكانت ذاكرة الوصول العشوائي بحاجة إلى أن تصبح أسرع حتى لا تتعرض المعالجات للاختناق.
كان الحل هو ذاكرة التخزين المؤقت. هذا النوع من الذاكرة أصغر بكثير من ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) ولكنه يتمتع بأداء أفضل ، وهو موجود في المعالج مباشرةً وليس في مكان ما على اللوحة الأم. أدى ذلك إلى إنشاء تسلسل هرمي للذاكرة ، مع وجود ذاكرة تخزين مؤقت في الأعلى وذاكرة الوصول العشوائي في المنتصف والتخزين (مثل محركات الأقراص الثابتة ومحركات الأقراص ذات الحالة الصلبة) في الجزء السفلي. لكن ذاكرة التخزين المؤقت طورت في النهاية التسلسلات الهرمية الخاصة بها ، مع مستويات متفاوتة من الأداء والسعة لتناسب احتياجات كل شريحة. (ينطبق هذا أيضًا على أنواع أخرى من المعالجات مثل وحدات معالجة الرسومات.)
اليوم ، تحتوي وحدة المعالجة المركزية المتطورة النموذجية على ذاكرة تخزين مؤقت من المستوى 1 (أو L1) و L2 و L3. ذاكرة التخزين المؤقت L1 صغيرة وتعطى لكل نواة على حدة لمعالجة التعليمات الصغيرة في أسرع وقت ممكن. يتم إعطاء ذاكرة التخزين المؤقت L2 لمجموعة من النوى للاستخدام الحصري ولكنها أكبر ، أحيانًا بترتيب من حيث الحجم ، ويتم تخزينها خارج أي نواة فردية. عادةً ما يتم مشاركة ذاكرة التخزين المؤقت L3 بواسطة جميع النوى على وحدة معالجة مركزية واحدة وغالبًا ما تكون الطبقة الأكبر والأخيرة. تأتي بعض وحدات المعالجة المركزية المتخصصة جدًا مع ذاكرة التخزين المؤقت L4 ، والتي لا تكون عادةً على وحدة المعالجة المركزية نفسها ، بل هي نوع من ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) يتم وضعها على حزمة وحدة المعالجة المركزية ، مثل ذاكرة التخزين المؤقت HBM2 من الجيل الرابع من Xeon.
ما هو 3D V-Cache؟
المصدر: XDA-Developers
3D V-Cache هي ببساطة شريحة لا تحتوي إلا على ذاكرة تخزين مؤقت ، وقد تم تصميم وحدات المعالجة المركزية Ryzen 5000 و Ryzen 7000 مع مراعاة توافق 3D V-Cache. تحتوي كل شريحة 3D V-Cache ، أو chiplet ، على 64 ميغا بايت من ذاكرة التخزين المؤقت L3 ، أي ضعف كمية رقاقة حساب Zen الفردية. قد تعتقد أن 3D V-Cache يجب أن تعتبر ذاكرة تخزين مؤقت L4 نظرًا لأنها ليست جزءًا من وحدة المعالجة المركزية نفسها ، ولكن AMD تقوم بالفعل بتثبيت هذه الألواح الخشبية عموديًا على مجموعات حسابية ، حيث توجد جميع النوى وذاكرة التخزين المؤقت ، وهذا هو المكان الذي تأتي منه العلامة التجارية 3D V-Cache.
كان Ryzen 7 5800X3D أول وحدة معالجة مركزية AMD تستخدم هذه التقنية ، وباعتبارها وحدة المعالجة المركزية ثلاثية الأبعاد V-Cache الوحيدة من جيلها ، فقد كانت في الأساس تجربة تشغيل. يحتوي Ryzen 7 5800X (بدون V-Cache) على 32 ميجابايت من L3 ، لكن 5800X3D به ثلاثة أضعاف ذلك عند 96 ميجابايت. كان الهدف من إضافة كل ذاكرة التخزين المؤقت هذه هو منع وحدة المعالجة المركزية من الحاجة إلى التواصل مع ذاكرة الوصول العشوائي قدر الإمكان لأن ذاكرة الوصول العشوائي أبطأ بكثير من ذاكرة التخزين المؤقت L3. بالنسبة لمعظم التطبيقات ، يعد هذا الكثير من ذاكرة التخزين المؤقت ، ولكن هناك نوع واحد من البرامج التي تحب ذاكرة التخزين المؤقت: الألعاب.
لا تتطلب الألعاب عمومًا الكثير من نوى وحدة المعالجة المركزية والقدرة الحصانية الخام لتعمل بشكل جيد ولكنها تتطلب معالجة الكثير من البيانات الصغيرة في أسرع وقت ممكن. بعد كل شيء ، يرغب معظم لاعبي الكمبيوتر الشخصي في تشغيل ألعابهم بمعدل 60 إطارًا في الثانية أو أعلى ، مما يعني وجود إطار جديد تمامًا كل 16.67 مللي ثانية على الأقل. يوجد جهاز 5800X3D مع Ryzen 9 5950X و Core i9-12900K في أداء الألعاب ، ولا يزال يتحمل بشكل جيد ضد و. عند إطلاقها هذا العام ، فمن شبه المؤكد أنها ستكون أسرع رقائق ألعاب في السوق.
ومع ذلك ، فإن 3D V-Cache ليست مثالية ، لأن وحدات المعالجة المركزية التي تستخدم V-Cache لها سرعات ساعة أقل من نظيراتها غير ثلاثية الأبعاد. تعوض ذاكرة التخزين المؤقت الإضافية الترددات المنخفضة في الألعاب ، ولكن في التطبيقات الأخرى ، هناك خسارة صغيرة في الأداء. لهذا السبب ، قد لا تصبح 3D V-Cache الخيار الافتراضي لوحدات المعالجة المركزية Ryzen.
ما الذي يميز 3D V-Cache؟
في نهاية اليوم ، تعد 3D V-Cache مجرد شريحة بها ذاكرة تخزين مؤقت وأداء الألعاب الرائع 5800X3D يدل بشكل أكبر على مدى روعة ذاكرة التخزين المؤقت للألعاب بدلاً من 3D V-Cache التي تقدم مستويات جديدة من الأداء. لكن 3D V-Cache ليس ثوريًا بالنسبة لذاكرة التخزين المؤقت ، ولكنه بالأحرى للطريقة التي يتم بها بناء المعالجات وحلاً محتملاً لأحد أكبر مشاكل الصناعة: موت قانون مور.
حتى لو لم تكن هناك أزمة تصنيع ، فإن 3D V-Cache لا يزال وسيلة فعالة لتقديم منتج على مستوى المتحمسين.
قانون مور هو تنبؤ بأن أسرع الرقائق بعد عامين من الآن سيكون لها ضعف الترانزستورات من أسرع الرقائق الموجودة اليوم. الترانزستور هو أصغر مكون في المعالج ، وعادة ما يعني المزيد من الترانزستورات أداءً أفضل. نظرًا لأن المعالجات لا يمكن إلا أن تكون كبيرة جدًا ، فإن تلبية توقعات قانون مور يعني تحقيق كثافة أعلى ، ويتم تحقيق كثافة أعلى بشكل أساسي من خلال استخدام عمليات تصنيع أفضل (تسمى أيضًا العقد). باختصار ، تمكنت الصناعة تقليديًا من مواكبة قانون مور باستخدام أحدث عملية أو عقدة.
على مدار العقد الماضي ، كان قانون مور يعتمد على دعم الحياة لأن تطوير عقد جديدة أفضل كان صعبًا للغاية. لقد تباطأت وتيرة زيادة الكثافة بشكل كبير لدرجة أن الشركات قد لا تكون قادرة على تلبية توقعات قانون مور ، مما يعني أن التقدم التكنولوجي يتباطأ. كانت ذاكرة التخزين المؤقت ، على وجه الخصوص ، مقاومة للغاية لتحسينات الكثافة ، وفي العام الماضي فقط ، أعلنت TSMC أن نسختها الأولية من عملية 3 نانومتر لن يكون لها كثافة ذاكرة تخزين مؤقت أكبر من 5 نانومتر.
. من خلال وضع معظم ذاكرة التخزين المؤقت لوحدة المعالجة المركزية على الرقاقة الخاصة بها ، يمكن لـ AMD تخصيص مساحة أكبر على الرقائق الحاسوبية للترانزستورات المنطقية ، والتي تشكل نوى فردية ويسهل تقليصها أكثر من ذاكرة التخزين المؤقت. بالإضافة إلى ذلك ، هذا يعني أن AMD يمكنها استخدام العقد الأقدم والأرخص لرقائق V-Cache مع حفظ العقد المتطورة لأجهزة الكمبيوتر. يمكننا أن نرى بالفعل AMD تطبق نظرية التصميم هذه على وحدات معالجة الرسومات الخاصة بها ؛ لديك شريحة GPU رئيسية واحدة محاطة بستة شرائح أخرى تحتوي على كل ذاكرة التخزين المؤقت L3.
حتى لو لم تكن هناك أزمة تصنيع ، فإن 3D V-Cache لا يزال وسيلة فعالة لتقديم منتج على مستوى المتحمسين. لا تحتاج AMD إلى تصميم وحدة المعالجة المركزية خصيصًا للألعاب (مما يجعل من الصعب على AMD تحقيق ربح) ، ولا تحتاج AMD إلى جعل وحدات المعالجة المركزية السائدة لديها ذاكرة تخزين مؤقت أكثر من اللازم (مما يجعل كل وحدة معالجة مركزية باهظة الثمن) . 3D V-Cache بسيط للغاية ولكنه يغير قواعد اللعبة ؛ من الممكن ، بل ومن المحتمل أيضًا ، أن نرى شركات مثل Intel تكرر نجاح 3D V-Cache باستخدام رقائق ذاكرة التخزين المؤقت الخاصة بها.