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젠 (마이크로아키텍처)

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목차

1. 개요

젠(Zen)은 AMD가 개발한 마이크로아키텍처로, 2017년 라이젠 1000 시리즈 CPU와 함께 처음 출시되었다. 젠 아키텍처는 L1, L2, L3 캐시를 갖추고 있으며, 코어 및 파이프라인, 내부 구조, 마이크로아키텍처 특징 등이 세부적으로 구성되어 있다. 젠, 젠+, 젠 2, 젠 3, 젠 3+, 젠 4, 젠 5로 이어지는 여러 세대의 아키텍처가 존재하며, 각 세대마다 캐시 크기, 코어 수, 파이프라인 스테이지, SMT 지원, OoO 윈도우 크기 등에서 차이를 보인다. 2024년 8월에는 젠 기반 프로세서에 영향을 미치는 "Sinkclose" 취약점이 발견되었다.

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젠 (마이크로아키텍처)
젠 (마이크로아키텍처)
젠 마이크로아키텍처 다이어그램
젠 마이크로아키텍처 다이어그램
개발사AMD
출시일2017년 2월
명령어 집합 구조x86-64
마이크로아키텍처젠
프로세서 소켓소켓 AM4
소켓 SP3
소켓 TR4
소켓 sTRX4
소켓 FP5
소켓 AM5
이전Excavator
다음Zen+
특징
프로세스14 nm FinFET (서밋 릿지, 레이븐 릿지, 피나클 릿지)
12 nm FinFET (피나클 릿지, 마티스)
7 nm FinFET (로마, 르누아르, 밀란, 베르메르)
CPU 코어4–64
L1 캐시코어당 32 KB 데이터 + 64 KB 명령어
L2 캐시코어당 512 KB
L3 캐시최대 2x 16 MB (서밋 릿지, 레이븐 릿지, 피나클 릿지, 마티스, 르누아르, 베르메르) 또는 8x 8 MB (로마, 밀란)
I/OPCIe 3.0 (서밋 릿지, 레이븐 릿지, 피나클 릿지)
PCIe 4.0 (마티스, 로마, 르누아르, 밀란, 베르메르)
메모리 지원DDR4 (서밋 릿지, 레이븐 릿지, 피나클 릿지, 마티스, 르누아르, 밀란, 베르메르)
DDR5 (라파엘)
특징AMD-V
AMD-Vi
AES
AVX2
FMA3
SHA
EPT
NX 비트
SSE4a
SSE4.1
SSE4.2
AMD SenseMI
SMAP
Supervisor Mode Access Prevention (SMAP)
Supervisor Mode Execution Protection (SMEP)
제품
CPU라이젠
에픽
애슬론
APU레이븐 릿지

2. 비교

Zen, Zen+, Zen 2, Zen 3, Zen 4, Zen 5 마이크로아키텍처는 다음과 같이 비교할 수 있다.[49][50][51][52][1][2][3][4][5]

마이크로아키텍처젠젠 2젠 3젠 4젠 5
마이크로아키텍처 변형젠젠+젠 3젠 3+젠 4젠 4c젠 5젠 5c
제조 공정 (nm)14 nm12 nm7 nm6 nm5 nm4 nm3 nm
캐시µop2K4K6.75K
L3 크기 (CCX당)8 MB16 MB32 MB32 MB16 MB32 MB16 MB
L3 지연 시간35404650
최대 CPU 코어 수3264896[9]128[10]128192
동시 멀티스레딩 (SMT)--|]]|]]
OoO 윈도우 (ROB)192224256320
파이프라인스테이지19
AGU23



더 자세한 내용은 하위 섹션에서 확인할 수 있다.

2. 1. 마이크로아키텍처 특징

젠 마이크로아키텍처는 각 세대별로 제조 공정, 캐시 구조, 코어 수, 동시 멀티스레딩(SMT) 지원 여부, 파이프라인 구조 등에서 차이를 보인다.[49][50][51][52]

마이크로아키텍처젠젠 2젠 3젠 4
마이크로아키텍처 종류젠젠+젠 3젠 3+
반도체 공정 (nm)14 nm12 nm7 nm6 nm5 nm
µop 캐시2K4K6.75K
최대 CPU 코어3264896[55]
SMT--|]]
OoO 윈도 (ROB)192224256320
파이프라인스테이지19colspan="3" |
디코드 (방향)4colspan="2" |6[56]
AGU23colspan="3" |



각 세대의 자세한 캐시 구조, 코어 및 파이프라인 구성, 내부 구조는 하위 섹션에서 다룬다.

2. 1. 1. L1, L2, L3 캐시

L1 데이터 캐시는 32KB 크기이며, 8-way 방식을 사용한다. L1 명령 캐시는 젠과 젠+에서는 64KB였으나 젠 2부터는 32KB로 감소하였고, 8-way 방식을 사용한다. 젠, 젠+, 젠 2, 젠 3, 젠3+에서 L1 캐시의 지연 시간(레이턴시)은 4-8 사이클이다.

L2 캐시는 코어당 512KB 크기이며, 8-way 방식을 사용한다. 젠 2, 젠 3, 젠3+에서 L2 캐시의 지연 시간은 12 사이클이다. 젠 4에서는 L2 캐시가 코어당 1024KB로 두 배 늘었고, 지연 시간은 14 사이클이다.

L3 캐시는 코어당 2048KB(젠, 젠+) 또는 4096KB(젠 2, 젠 3, 젠3+) 크기이며, 16-way 방식을 사용한다.[54] 젠의 L3 캐시 지연 시간은 35 사이클, 젠+는 35 사이클, 젠 2는 40 사이클, 젠 3와 젠3+는 46 사이클이다.

TLB는 젠과 젠+에서는 1536-entry, 젠 2, 젠 3, 젠3+에서는 2048-entry, 젠 4에서는 3072-entry이다.

2. 1. 2. 코어 및 파이프라인

wikitext

젠 마이크로아키텍처의 코어 및 파이프라인은 다음과 같이 구성된다.[49][50][51][52]

마이크로아키텍처젠젠 2젠 3젠 4
마이크로아키텍처 종류젠젠+젠 3젠 3+
최대 CPU 코어3264896[55]
SMT--|]]
OoO 윈도 (ROB)192224256320
파이프라인스테이지19colspan="2" |
디코드 (방향)46[56]
스케줄러엔트리colspan="2" |colspan="2" |
디스패치6colspan="2" |
레지스터 파일정수849296224[57]
부동 소수점96160[57]192[57]
큐명령72colspan="2" |
할당44colspan="2" |
AGU23colspan="2" |


2. 1. 3. 내부 구조

젠 마이크로아키텍처의 내부 구조는 여러 핵심 요소들로 구성되어 있으며, 세대를 거듭하며 발전해왔다.

항목젠젠+젠2젠3/젠3+젠4
스케줄러 엔트리???
스케줄러 디스패치6??
정수 레지스터849296224[57]
부동 소수점 레지스터96?160[57]192[57]
명령 큐72?
할당 큐44?
AGU23?



이러한 구성 요소들은 명령어 처리 효율성을 높이고, 병렬 처리를 가능하게 하여 전반적인 성능 향상에 기여한다.

3. 역사

GPU가 없는 1세대 젠


에픽 7001 MCM


라이젠 쓰레드리퍼 1000 MCM


'''젠'''(Zen) 마이크로아키텍처는 AMD가 불도저 아키텍처 이후 새롭게 설계한 CPU 마이크로아키텍처이다. 2017년 라이젠 1000 시리즈 CPU(코드명: 서밋 릿지)와 함께 처음 출시되었다.[13]

최초의 젠 기반 시스템은 E3 2016에서 시연되었고, 2016년 인텔 개발자 포럼 근처에서 열린 행사에서 자세히 공개되었다. 2017년 3월 초에 젠 기반 CPU가 출시되었고, 같은 해 6월에는 젠 기반 Epyc 서버 프로세서(코드명: 나폴리)가 출시되었다.[14] 11월에는 젠 기반 APU (코드명: 레이븐 릿지)가 출시되었다.[15]

이후 젠 아키텍처는 여러 세대를 거치며 발전했다.

세대코드명출시일주요 특징
젠 (1세대)서밋 릿지 (CPU), 나폴리 (서버), 레이븐 릿지 (APU)2017년글로벌파운드리스의 14nm 공정[16], AMD-중국 합작 회사를 통한 중국 시장용 프로세서 제작
젠+피나클 릿지 (CPU), 콜팩스 (쓰레드리퍼)2018년 4월글로벌파운드리스의 12nm 공정[18][19]
젠 2Rome (서버), 마티스(CPU)2019년TSMC의 7nm 공정[23], 칩렛 기반 아키텍처 도입, Xbox 콘솔 및 PlayStation 5 탑재, 6nm 시스템 온 칩 Mendocino APU에도 사용[28]
젠 3Milan (서버), Vermeer (CPU), Cézanne (APU)2020년 11월 5일개선된 7nm 공정[29], 통합 CCX 도입 (8코어, 32MB L3 캐시)[30], 3D V-Cache 버전 출시 (2021년 5월 31일, 총 96MB L3 캐시)[32]
젠 3+2022년 4월 1일라이젠 6000 시리즈에 탑재[31], APU에 통합된 RDNA 2 그래픽을 PC에 처음 도입
젠 4제노아(Genoa, 서버), 베르가모(서버), 시에나(서버), 라파엘(CPU), 드래곤 레인지(모바일), 피닉스(모바일)2022년 11월TSMC의 5nm 공정[38], 최대 96코어, PCIe 5.0 및 DDR5 지원, 젠 4c (코드명 베르가모, 최대 128코어, 제노아와 소켓 호환)[38], 시에나(최대 64코어, 별도 소형 소켓)[39], 라이젠 8000 G 시리즈 데스크톱 APU에도 사용[42]
젠 5TSMC의 4 나노미터 및 3 나노미터 공정[44], 라이젠 9000 (코드명 "Granite Ridge"), Strix Point (모바일), Epyc 9005 (코드명 "Turin")에 탑재 예정, 젠 5c (소형 변종, 하이퍼스케일 클라우드 컴퓨팅 서버 고객 대상)[45]


3. 1. 1세대 Zen

1세대 '''젠'''은 2017년 2월 라이젠 1000 시리즈 CPU(코드명: 서밋 릿지, Summit Ridge)와 함께 출시되었다.[13] 최초의 젠 기반 미리 보기 시스템은 E3 2016에서 시연되었으며, 2016년 인텔 개발자 포럼에서 한 블록 떨어진 곳에서 열린 행사에서 처음으로 자세히 공개되었다. 2017년 3월 초에는 최초의 젠 기반 CPU가 시장에 출시되었고, 2017년 6월에는 젠 파생 Epyc 서버 프로세서(코드명: 나폴리, Naples)가 출시되었으며,[14] 2017년 11월에는 젠 기반 APU (코드명: 레이븐 릿지, Raven Ridge)가 출시되었다.[15] 젠의 이 첫 번째 반복은 글로벌파운드리스의 14 nm 제조 공정을 사용했다.[16] AMD-중국 합작 회사를 통해 중국 시장을 위한 수정된 젠 기반 프로세서가 제작되었다.

3. 1. 1. 1세대 Zen+

'''젠+'''는 2018년 4월에 처음 출시되었으며,[17] 2세대 라이젠 2000(코드명 "피나클 릿지") 및 하이엔드 데스크톱 설정을 위한 스레드리퍼 2000(코드명 "콜팩스") 프로세서에 사용되었다. 젠+는 글로벌파운드리의 12nm 공정을 사용했는데, 이는 14nm 노드의 개선된 버전이다.[18][19]

3. 2. 2세대 Zen 2

라이젠 3000 시리즈 CPU는 2019년 7월 7일에 출시되었으며,[20][21] ''젠 2'' 기반의 Epyc 서버 CPU(코드명 "Rome")는 2019년 8월 7일에 출시되었다.[22] 젠 2 마티스 제품은 TSMC의 7nm 공정 노드를 사용한 최초의 소비자용 CPU였다.[23] 젠 2는 칩렛 기반 아키텍처를 도입했는데, 데스크톱, 워크스테이션 및 서버 CPU가 모두 멀티 칩 모듈(MCM)로 생산된다. 이러한 젠 2 제품은 동일한 코어 칩렛을 사용하지만 허브 앤 스포크 토폴로지에서 다른 언코어 실리콘(다른 IO 다이)에 연결된다. 이는 동일한 다이(Zeppelin)가 서밋 릿지 제품(라이젠 1000 시리즈)에 대한 단순한 모놀리식 패키지로 사용되거나 1세대 Epyc 및 Threadripper 제품에 대한 MCM(최대 4개의 Zeppelin 다이)에서 상호 연결된 빌딩 블록으로 사용되는 젠 1 제품과는 다른 방식이다.[24] 이전 젠 2 제품의 경우 IO 및 언코어 기능은 이 별도의 IO 다이 내에서 수행되며,[25] 여기에는 메모리 컨트롤러, 코어 간 통신을 가능하게 하는 패브릭, 그리고 언코어 기능의 대부분이 포함된다. 마티스 프로세서에서 사용되는 IO 다이는 GF 12nm에서 생산된 작은 칩인 반면,[26] Threadripper 및 Epyc에 사용되는 서버 IO 다이는 훨씬 더 크다.[26] 서버 IO 다이는 최대 8개의 8코어 칩렛을 연결하는 허브 역할을 할 수 있으며, 마티스용 IO 다이는 최대 2개의 8코어 칩렛을 연결할 수 있다. 이 칩렛들은 AMD의 자체 2세대 인피니티 패브릭으로 연결되어[26] 코어와 IO 간의 낮은 대기 시간 상호 연결을 허용한다. 칩렛의 프로세싱 코어는 4개의 코어로 구성된 CCX(코어 컴플렉스)로 구성되어 단일 8코어 CCD(코어 칩렛 다이)를 형성한다.[27]

젠 2는 라이젠 4000으로 판매되는 모바일 및 데스크톱 APU 라인, 4세대 Xbox 콘솔 및 PlayStation 5에도 탑재되었다. 젠 2 코어 마이크로아키텍처는 주류 모바일 및 기타 에너지 효율적인 저전력 컴퓨팅 제품을 목표로 하는 6nm 시스템 온 칩인 Mendocino APU에도 사용된다.[28]

3. 3. 3세대 Zen 3

아키텍처 Zen영어 3는 2020년 11월 5일에 출시되었으며,[29] 더욱 개선된 7nm 공정을 사용하여 라이젠 5000 시리즈 CPU 및 APU[29] (코드명 "Vermeer"(CPU) 및 "Cézanne"(APU))와 Epyc 프로세서(코드명 "Milan")에 사용되었다. Zen영어 3의 Zen영어 2 대비 주요 성능 향상은 통합 CCX의 도입인데, 이는 각 코어 칩렛이 이제 각각 16MB의 L3 캐시에 접근하는 두 개의 4코어 세트 대신 32MB의 L3 캐시에 접근하는 8개의 코어로 구성된다는 것을 의미한다.[30]

2022년 4월 1일, AMD는 노트북용 새로운 라이젠 6000 시리즈를 출시했으며, 개선된 Zen영어 3+ 아키텍처를 사용하여 APU에 통합된 RDNA 2 그래픽을 PC에 처음으로 도입했다.[31]

3D V-Cache가 적용된 Zen영어 3는 2021년 5월 31일에 공식적으로 미리 공개되었다.[32] 이는 CCD의 일반 L3 캐시 위에 3D 적층된 L3 캐시를 포함하여 총 96MB를 제공한다는 점에서 Zen영어 3와 다르다. 이를 사용하는 첫 번째 제품인 라이젠 7 5800X3D는 2022년 4월 20일에 출시되었다. 추가된 캐시는 평균적으로 게임 애플리케이션에서 약 15%의 성능 향상을 가져온다.[33]

서버용 3D V-Cache가 적용된 Zen영어 3는 코드명 Milan-X로, 2021년 11월 8일 AMD의 가속 데이터 센터 프리미어 기조 연설에서 발표되었다. 이는 Zen영어 3의 Milan CPU 대비 선택된 데이터 센터 애플리케이션에서 50% 성능 향상을 가져오면서도 소켓 호환성을 유지한다.[34] Milan-X는 2022년 3월 21일에 출시되었다.[35]

3. 4. 4세대 Zen 4

코드명 제노아(Genoa)를 사용한 ''젠 4'' 기반의 Epyc 서버 CPU는 2021년 11월 8일 AMD의 가속 데이터 센터 프리미어 기조 연설에서 공식적으로 공개되었으며,[36] 1년 뒤인 2022년 11월에 출시되었다.[37] 최대 96개의 젠 4 코어를 가지고 있으며 PCIe 5.0 및 DDR5를 모두 지원한다.

젠 4의 변종인 ''젠 4c''(코드명 베르가모, Epyc 9704 시리즈)는 표준 젠 4보다 높은 집적도와 전력 효율을 제공하도록 설계되었다. 젠 4c는 집적도와 컴퓨팅 처리량을 최대화하기 위해 코어 및 캐시를 재설계하여 젠 4보다 L3 캐시가 50% 적고 클럭 속도가 높지 않다. 베르가모는 최대 128개의 젠 4c 코어를 가지며 제노아와 소켓 호환된다. 2023년 6월에 출시되었다.[38]

젠 4c 코어를 사용하는 또 다른 서버 제품군인 시에나(Epyc 8004 시리즈)는 최대 64개의 코어를 가지고 있으며, 별도의 소형 소켓을 사용한다. 시에나는 고성능보다는 작은 크기, 비용, 전력 및 열 발자국을 선호하는 사용 사례를 위해 설계되었다.[39]

젠 4와 젠 4c는 모두 TSMC의 5nm 공정으로 제조된다.[38]

Epyc 9004, 9704 및 8004 서버 프로세서(각각 제노아, 베르가모, 시에나) 외에도 젠 4는 라이젠 7000 메인스트림 데스크톱 프로세서(코드명 "라파엘"),[40] 하이엔드 모바일 프로세서(코드명 "드래곤 레인지") 및 씬앤라이트 모바일 프로세서(코드명 "피닉스")에도 사용된다.[41] 또한 라이젠 8000 G 시리즈 데스크톱 APU에도 사용된다.[42]

3. 5. 5세대 Zen 5

Zen 5는 2022년 5월 AMD의 젠 로드맵에 공개되었다.[43] TSMC의 4 나노미터 및 3 나노미터 공정을 사용할 것으로 보인다.[44] 라이젠 9000 메인스트림 데스크톱 프로세서(코드명 "Granite Ridge"), 하이엔드 모바일 프로세서(코드명 "Strix Point"), Epyc 9005 서버 프로세서(코드명 "Turin")에 탑재될 예정이다.

Zen 5c는 젠 5 코어의 소형 변종으로, 주로 하이퍼스케일 클라우드 컴퓨팅 서버 고객을 대상으로 한다.[45]

4. Sinkclose 취약점

2024년 8월 9일, "Sinkclose"라는 이름의 취약점이 그 날짜까지의 모든 젠 기반 프로세서에 영향을 미친다고 발표되었다. Sinkclose는 시스템 관리 모드(SMM)에 영향을 미치는데, 이는 먼저 운영 체제 커널을 손상시켜야만 악용될 수 있다. 일단 악용되면, 바이러스 백신 소프트웨어의 탐지를 피할 수 있으며, 운영 체제를 재설치한 후에도 시스템을 손상시킬 수 있다. AMD는 2024년 8월 20일에 패치를 출시할 예정이라고 밝혔다.[46][47][48]

참조

[1] 웹사이트 Zen - Microarchitectures - AMD https://en.wikichip.[...] 2021-09-16
[2] 웹사이트 Zen 2 - Microarchitectures - AMD https://en.wikichip.[...] 2021-09-16
[3] 웹사이트 Zen 3 - Microarchitectures - AMD https://en.wikichip.[...] 2021-09-16
[4] 웹사이트 Zen 4 - Microarchitectures - AMD https://en.wikichip.[...] 2022-10-10
[5] 웹사이트 Zen 5 - Microarchitectures - AMD - WikiChip https://en.wikichip.[...] 2024-07-08
[6] 웹사이트 Zen+ - Microarchitectures - AMD https://en.wikichip.[...] 2022-10-10
[7] 웹사이트 AMD Zen 4c Not an E-core, 35% Smaller than Zen 4, but with Identical IPC https://www.techpowe[...] 2023-06-14
[8] 웹사이트 AMD Ryzen 7 5800H Mobile processor - 100-000000295 https://www.cpu-worl[...] 2021-09-17
[9] 웹사이트 AMD Announces Genoa-X: 4th Gen EPYC with Up to 96 Zen 4 Cores and 1GB L3 V-Cache https://www.anandtec[...] 2022-06-09
[10] 웹사이트 AMD Unveils Ryzen Mobile 7040U Series with Zen 4c: Smaller Cores, Bigger Efficiency https://www.anandtec[...] 2023-11-02
[11] 웹사이트 AMD Zen 3 Ryzen Deep Dive Review: 5950X, 5900X, 5800X and 5600X Tested https://www.anandtec[...] 2020-11-05
[12] 웹사이트 AMD's Zen 4 Part 1: Frontend and Execution Engine https://chipsandchee[...]
[13] 뉴스 AMD says Zen CPU will outperform Intel Broadwell-E, delays release to 2017 https://arstechnica.[...] 2016-08-18
[14] 웹사이트 AMD's Future in Servers: New 7000-Series CPUs Launched and EPYC Analysis https://www.anandtec[...] 2017-06-20
[15] 웹사이트 HP ENVY x360 Convertible Laptop - 15z touch http://store.hp.com/[...]
[16] 웹사이트 AMD Shipping Zen In Limited Quantity Q4, Volume Rollout Ramps Q1 2017 https://hothardware.[...] 2016-07-23
[17] 뉴스 AMD's 2018 roadmap: Desktop APUs in February, second-generation Ryzen in April https://arstechnica.[...] Ars Technica 2018-01-08
[18] 웹사이트 The AMD 2nd Gen Ryzen Deep Dive: The 2700X, 2700, 2600X, and 2600 Tested https://www.anandtec[...] 2020-10-21
[19] 웹사이트 AMD Will Use 'New' GlobalFoundries 12nm Node for Future CPUs, GPUs https://www.extremet[...] 2017-09-22
[20] 웹사이트 AMD Ryzen 9 3900X and Ryzen 7 3700X Review: Old Ryzen Owners Look Away Now https://www.forbes.c[...] 2019-09-19
[21] 웹사이트 AMD Ryzen 3000 CPUs launching July 7 with up to 12 cores https://www.pcgamesn[...] 2019-05-28
[22] 웹사이트 2nd Gen AMD EPYC™ Processors Set New Standard for the Modern Datacenter with Record-Breaking Performance and Significant TCO Savings https://www.amd.com/[...] 2019-08-07
[23] 웹사이트 AMD Zen 2 specs, price and release date: all about AMD's newest processor tech https://www.techrada[...] 2020-01-15
[24] 웹사이트 Naples Zeppelin vs. Rome Chiplet (subsection) https://frankdennema[...]
[25] 웹사이트 AMD Ryzen 3000 'Matisse' I/O Controller Die 12nm, Not 14nm https://www.techpowe[...] 2019-06-12
[26] 웹사이트 AMD Zen 2 Microarchitecture Analysis: Ryzen 3000 and EPYC Rome https://www.anandtec[...] 2019-06-10
[27] 웹사이트 What Is an AMD CCX? A Basic Definition https://www.tomshard[...] 2019-09-14
[28] 웹사이트 AMD Ryzen 7020 'Mendocino' CPUs want low-cost laptops to last all day long https://www.pcworld.[...] 2022-09-20
[29] 웹사이트 AMD Ryzen 5000 – Zen 3 CPU release date, specs, pricing, and performance https://www.pcgamer.[...] 2020-10-08
[30] 웹사이트 AMD's Zen 3 Drops November 5 With Major IPC Enhancements https://www.extremet[...] 2020-10-21
[31] 보도자료 AMD Unveils New Ryzen Mobile Processors Uniting "Zen 3+" core with AMD RDNA 2 Graphics in Powerhouse Design https://www.amd.com/[...] 2022-01-04
[32] Youtube AMD at Computex 2021 https://www.youtube.[...] 2021-11-15
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