Почему у процессоров AMD максимальное количество ядер больше, чем у процессоров Intel

 Да, не ожидала компания INTEL, что вечно догоняющий ее мальчик по имени AMD превратится в матерого конкурента. И как же INTEL хорошо и беззаботно существовала все это время, не нужно было особо напрягать свои мозги, создавать что-то новое, можно мусолить эдак с десяток лет одну и ту же архитектуру процессоров, лишь каждый год, меняя их название, да еще меняя сокет. Но потеряв бдительность, INTEL и не заметила, как значительная часть рынка процессоров перешла к AMD. 

 Но речь в этой статье не об этом, а разнице в технической реализации продуктов, а именно процессоров этих компаний, и выяснение, какая из технических реализаций на сегодняшний день лучше.

 Итак, почему и как, процессоры AMD на архитектуре ZEN, спасшие компанию AMD от вымирания способны вмещать в себя больше ядер, чем процессоры от INTEL. 

 Первой причиной этого является особенность компоновки процессоров построенных по архитектуре ZEN, а именно чиплетная компоновка.

 Особенность, которой заключается в размещении всех функциональных узлов процессора не на одном монокристалле, а разделение этих узлов на отдельные, небольшие кристаллы. 

 Так вот, производство отдельных, относительно небольших кристаллов является более надежным и простым решением, с меньшим процентом выхода бракованных кристаллов, чем при производстве одного монокристалла вмещающего в себе все эти же функциональные узлы. Например, если при производстве комплекта кристаллов для процессора AMD с архитектурой ZEN, один окажется бракованным, то в мусор выбросится только он один, а остальные будут установлены в процессор. А если брак окажется в монокристалле, который компания INTEL применяет в своих процессорах, то в мусор улетит весь процессор.

 Хотя мы, конечно же, все знаем, что в мусор ничего не улетит, а бракованные участки кристаллов производитель отключит аппаратным методом и установит их в младшие модели процессоров.  Но это уже тема другой статьи.

 По опыту производства кристаллов известно, что чем сложнее и больше кристалл, тем гораздо больше вероятность выхода его бракованным. Например, добавление каждого ядра в кристалл, который уже состоит из четырех ядер, при его производстве, будет увеличивать вероятность брака на 10% при увеличении количества на одно каждое ядро.  Компания INTEL, как раз и использует в своих процессорах монокристаллы.  И создание монокристалла более чем с 10-12 ядрами экономически неоправданно увеличивает процент выхода бракованных кристаллов. 

 А компания AMD тем временем, засовывает в свои процессоры чиплеты, набирая необходимое им количество ядер без ограничения.

 Еще одной технологической особенностью устройства процессоров, ограничивающей максимальное количество используемых в них ядер, является внутренняя шина обмена данными. Она предназначена для обмена данными между ядрами, кэш памятью, контроллером памяти, графическим ядром, элементами северного моста. 

У процессоров INTEL она называется кольцевой шиной (RINGBUS), состоящей из четырех линий: обмена данными, обмена запросами, мониторингом и подтверждением, и может располагаться только на одном монокристалле, она способна передавать за один такт 32 байта данных. 

 Одна такая кольцевая шина может полноценно обслуживать до 10 ядер. Например, в поколении процессоров Comet Lake применили уже две кольцевые шины, синхронизированные между собой двунаправленным коммутатором, что напрямую говорит о том, что одна кольцевая шина уже «задыхается» при работе с 10 производительными ядрами. Применение двух шин, а так же увеличение количества ядер выше 10, значительно повышает энергопотребление, как самих кольцевых шин, так и процессором в целом. Увеличивается соответственно и тепловыделение процессора. Поэтому кольцевая шина стала препятствием для дальнейшего увеличения количества ядер.

 Сразу оговорюсь, что я в этой статье рассматриваю процессоры потребительской ниши, а не процессоры какого-нибудь специального (серверного) назначения.  Да, и у INTEL есть модели процессоров, в которых применяется другая внутренняя шина связи, например ячеистая сеть (MESH), реализованная по другому принципу, которая может обслуживать гораздо больше 10 ядер, но и соответственна и цена будет соответствующая, и к потребительской нише их отнести нельзя.

 В процессорах AMD c архитектурой ZEN внутренняя шина обмена данными называется: INFINITY FABRIC, в отличие от кольцевой шины процессоров INTEL она может соединять модули находящиеся в разных кристаллах, такое решение конечно снизило себестоимость производства, но и не обошлось и без накладных расходов, из-за длинных линий связи между отдельными кристаллами (чиплетами) несколько увеличились задержки в передаче данных между ними. 

 Шина Infinity Fabric представляет  из себя коммутатор 256 разрядных двунаправленных шин, и как видно на примере процессора AMD Ryzen 9 5950X, без проблем справляется с обслуживанием 16 ядер, при этом, абсолютно не доходя до максимального предела своих возможностей. Кроме того она является универсальной, и в нее заложен хороший задел на будущее, в плане построения на ее базе разнообразных конфигураций процессоров AMD.

 В свое время кольцевая шина (RINGBUS) компании INTEL, интегрированная еще в процессоры поколения Sandy Bridge тоже имела большой технический задел на будущее, и удовлетворяла все потребности процессоров последующих поколений, вплоть до поколения Comet Lake заимевшего на своем борту 10 ядер. К сожалению, на сегодняшний день кольцевая шина исчерпала заложенные ранее в нее возможности. 

 Компании INTEL теперь необходимы кардинально новые технические решения, чтобы вернуть свое лидерство на рынке процессоров.

 Надеюсь, моя статья была вам интересна.