AMDが開発した第4世代のZenコア「Zen4」の概要：福田昭のデバイス通信（373）（2/2 ページ）

今回は、Zenアーキテクチャのx86互換64ビットCPUコアで第4世代となる「Zen4」の概要をご紹介する。

[福田昭，EE Times Japan]

「Zen3」に数多くの改良を加えた「Zen4」のマイクロアーキテクチャ

　「Zen4」のマイクロアーキテクチャは、前世代の「Zen3」をベースに数多くの改良を加えた。分岐予測の強化（サイクル当たりに2つの分岐を予測、分岐先バッファ（BTB）の拡大）、マイクロOpキャッシュ（内部命令キャッシュ）の増量、命令リタイアキューの拡大、整数レジスタファイルと浮動小数点レジスタファイルの拡張、AVX-512命令セットのサポート、ロード/ストアの改良、2次キャッシュの拡大、などがある。

「Zen4」のマイクロアーキテクチャ。前世代の「Zen3」をベースに改良を加えた［クリックで拡大］ 出所：AMD

「Zen3」と「Zen4」の比較。Zen4では、ロードキュー（LDQ）のエントリ数を増やす、マイクロOpキャッシュが格納可能な命令数を増やす、2次（L2）キャッシュ容量を2倍に拡大、2次TLBのエントリ数を1.5倍に増加、整数レジスタファイルと浮動小数点レジスタファイルの増量、ROB（リオーダーバッファ）の増加、1次BTBと2次BTBの拡大などの改良がみられる［クリックで拡大］ 出所：AMD

　特筆すべきは浮動小数点演算で256ビット幅のAVX-512拡張命令をサポートしたことだろう。AVX-512には数多くの命令セットがあり、Zen4ではVNNI（Vector Neural Network Instruction）命令やBFloat16命令といった機械学習の処理を高速化する命令をサポートする。

　その結果、Zen3コアのプロセッサ（64コア構成のEPYC）に比べ、Zen4のプロセッサ（96コア構成のEPYC）は自然言語処理のスループットが約4.2倍、画像分類処理のスループットが約3倍、物体検出処理のスループットが約3.5倍と大きく向上したという。

「Zen4」コアがサポートするAVX-512拡張命令セット（左）と、EPYCプロセッサが機械学習の推論処理に適用した場合の性能比較（右）。出所：AMD

5nmのFinFETプロセスでTSMCが製造

　前回で述べたように、第4世代のEPYCプロセッサである「EPYC 9004」シリーズは8個のCPUコアを内蔵したミニダイ（チップレット）を入出力ミニダイとともに基板に搭載した。CPUコアを内蔵するミニダイ（CCD）は、Zen4コアとコアごとの2次キャッシュ、共有3次キャッシュ、入出力ダイとのインタフェース回路で構成される。製造技術は5nmのFinFETプロセス。製造担当企業はTSMCである。

　AMDは新製品発表会「together we advance_data centers」で、Zen4コアと2次キャッシュを含めたシリコンの面積を3.84mm²としていた。8個のコアを搭載するので、単純計算では30.72mm²となる。これに32Mバイトの共有3次キャッシュとインタフェース回路を加えると、1枚のCCDが出来上がる。

CPUコアと2次キャッシュを含めたシリコンの面積。Zen4と、Intelの10nmプロセスによるCPUコア（Sunny Cove）を比較した。2022年11月10日（米国時間）にAMDが開催した新製品発表会「together we advance_data centers」の講演を筆者が撮影したもの［クリックで拡大］

Zen4コアと2次キャッシュを含めたシリコンの回路レイアウト。2022年11月10日（米国時間）にAMDが開催した新製品発表会「together we advance_data centers」の講演を筆者が撮影したもの。中央はAMDのCTO兼EVP（テクノロジーおよびエンジニアリング担当）をつとめるMark Papermaster氏［クリックで拡大］

⇒（次回に続く）

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