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AMD Ryzen 4000 mobile, tutti i dettagli svelati durante il Ryzen Mobile Tech Day

I primi dettagli riguardanti le APU mobile “Renoir” della serie AMD Ryzen 4000 mobile erano stati mostrati da AMD già durante il CES 2020. Al Ryzen Mobile Tech Day, l’azienda ha annunciato ufficialmente ciò che contraddistingue i propri chip prodotti a 7nm con architettura Zen 2 e dedicati al mercato dei computer portatili. Tra le novità troviamo una nuova CPU top di gamma da 45W, appartenente alla serie H, oltre a dei nuovi processori dal consumo di 35W della serie HS. Questi sono progettati specificatamente per l’installazione in portatili potenti e sottili, a fianco di GPU dedicate. Ve ne abbiamo parlato in questo articolo dedicato.

È la prima volta in assoluto che dei chip x86 dedicati al mercato mobile sono realizzati con un processo produttivo a 7nm. AMD afferma di poter competere sia con i chip del rivale Intel dotati di architettura Ice Lake prodotti a 10nm e dedicati al mercato gaming, anche grazie alla grafica Gen11, sia con i Comet Lake prodotti a 14nm caratterizzati da un maggior numero di core e dedicati alla produttività. L’azienda di Santa Clara ha dovuto separare le due serie di chip in quanto non è ancora riuscita a spostare tutta la sua produzione sui nodi a 10nm, AMD ha quindi approfittato per affermare che la propria serie di prodotti rappresenta una soluzione unica e senza compromessi per entrambi i segmenti di mercato.

Sono stati svelati anche ulteriori dettagli riguardo alle rifiniture apportate all’architettura Zen 2 e alle GPU Vega nella serie Ryzen 4000 ed è stata descritto come l’innovativa tecnologia SmartShift dell’azienda riesca ad ottenere i risultati dichiarati per quanto riguarda la durata della batteria.

I laptop costituiscono i due terzi del totale del mercato delle CPU consumer ed è quindi importantissimo per AMD avere successo in questo segmento mentre, allo stesso tempo, l’azienda sta rosicchiando quote di mercato ad Intel per quanto riguarda i PC desktop. AMD ha affermato di poter raggiungere e persino superare i chip di Intel in tutte le caratteristiche chiave: tra queste sono incluse ovviamente le prestazioni con carichi di lavoro multi-thread, in cui AMD ha superato Intel già da un po’, e le performance grafiche. Inoltre, ora l’azienda afferma di poter battere il principale competitor persino in pura potenza sul singolo core.

AMD aggiunge che i suoi guadagni derivanti dai laptop saranno solidi nel 2020 grazie al record di 170 piattaforme disponibili sul mercato, 100 delle quali saranno mosse dai nuovi processori della serie Ryzen 4000 mobile. AMD punta anche a raddoppiare la sua presenza nel lucrativo segmento dei notebook da gaming che è attualmente in rapida ascesa.

I primi annunci da parte di AMD hanno dettagliato i processori a basso consumo (15W) della serie U e che sfrutteranno per i task grafici la GPU Vega integrata. A seguire AMD ha annunciato la serie H ad alte prestazioni che spesso verrà accoppiata a processori grafici dedicati nei prodotti dedicati ai gamer e ai creator.

Come vi abbiamo raccontato nell’articolo dedicato, l’azienda ha diviso la serie H di chip Renoir in modelli configurabili tra 35W e 45W (con 54W di picco massimo, grazie a SmartShift) e una serie secondaria HS di cui vi abbiamo parlato in questo articolo. Tutti i modelli supportano RAM DDR4 e LPDDR4X con frequenze massime rispettive di 3200MHz e 4266MHz.

Il top di gamma della nuova serie di chip si chiama AMD Ryzen 9 4900H. Come gli altri processori Ryzen 4000 anche il design di questo chip è di tipo monolitico e questo significa che AMD non ha ancora portato la nuova architettura a chiplet nel mondo mobile. Il processore è dotato di 8 core e 16 thread dalla frequenza base di 3,3GHz ed è in grado di raggiungere il picco di 4,4GHz in boost. La parte grafica è gestita da 8 core Vega dalla frequenza massima di 1750MHz. L’arrivo sul mercato dei primi prodotti dotati di questo chip è previsto per la primavera 2020.

La serie HS è ottimizzata per un consumo massimo di 35W ma è dotata dello stesso numero di core (sia principali che grafici) della serie H principale. AMD è riuscita persino a mantenere intatte le frequenze in tutti i modelli della serie HS tranne che su 4900HS, il quale perde qualche megahertz se confrontato con il modello descritto poche righe più in alto. Questa famiglia di chip sarà dedicata a portatili co-ingegnerizzati da AMD e i vari OEM secondo specifiche fornite dall’azienda americana.

I portatili in questione dovranno seguire le linee guide chiamate HS Design Standard e saranno dotati di sistemi di dissipazione “senza compromessi”, uno spessore massimo di 20mm, display di qualità, archiviazione interna performante e una durata della batteria di oltre 10 ore in riproduzione video.

L’ASUS ROG Zephyrus G14 sarà il primo portatile a far parte dell’iniziativa e potrà utilizzare uno dei nuovi chip HS in esclusiva per sei mesi. Il laptop, oltre alla velocissima CPU della serie Ryzen 4000 HS, potrà contare su una Nvidia GeForce RTX 2060, un display a 120Hz ed un SSD ad alta velocità. AMD ha comunque confermato che arriveranno sul mercato altri prodotti realizzati secondo le linee guida HS Design Standard in futuro.

I chip Renoir di AMD prodotti a 7nm sono dotati di 9,8 miliardi di transistor, quasi il doppio dei transistor presenti nei chip Picasso della precedente generazione. Il tutto è confezionato in un die da 156mm2, più piccolo del 25% rispetto a Picasso, e montato su un package BGA dalle dimensioni di 25x25x1,38mm che secondo AMD consuma il 20% in meno e fornisce prestazioni per watt raddoppiate rispetto al suo predecessore.

I core di elaborazione sfruttano l’ormai collaudata architettura Zen 2: secondo AMD, tale soluzione porta un miglioramento del 15% nel numero di istruzioni per ciclo (IPC) rispetto all’architettura Zen della generazione precedente, questo anche grazie alla divisione degli 8 core in due CCX standard quad-core. Per quanto riguarda l’I/O, AMD ha aggiunto il supporto ad altre quattro linee PCIe 3.0 per consentire delle soluzioni di connettività migliorate, come Wi-Fi 6 e 5G, migliore velocità per lo storage NVMe oltre a due porte USB aggiuntive.

AMD ha scelto di rimanere fedele all’architettura grafica Vega presente nelle sue APU Picasso della precedente generazione perché non è ancora riuscita ad ottimizzare Navi per la portabilità. Tuttavia, l’azienda ha scelto di apportare diversi miglioramenti all’architettura quando ha modificato il processo produttivo di Vega portandolo da 12nm a 7nm. Per esempio il numero di unità di calcolo (CU) è passato da dieci a otto ma, nonostante ciò, una serie di miglioramenti hanno portato a un aumento complessivo delle prestazioni del 59% per CU (sulla base dei risultati nel test TimeSpy).

Tra i miglioramenti degni di nota troviamo un aumento del 25% del clock massimo della GPU e un aumento fino al 77% del throughput di memoria che deriva dal passaggio a DDR4-3200 o LPDDR4x-4266. Le APU hanno due controller di memoria, ciascuno dei quali supporta 1×64 linee per DDR4 e 2×32 linee (attraverso canali virtuali) per le memorie LPDDR4x. I canali aggregati 4×32 LPDDR4x-4266 raggiungono un picco di 68,3 GB/s di throughput mentre le 2×64 linee DDR4-3200 raggiungono un picco di 51,2 GB/s.

Per far fronte all’aumento del throughput, AMD ha raddoppiato la larghezza di banda dell’interconnessione Infinity Fabric che lega le unità dei chip. AMD afferma che la maggiore larghezza di banda migliora l’efficienza energetica dell’interconnessione (misurata in pJ/bit), mentre i nuovi stati di potenza dinamici, che permettono all’Infinity Fabric di scendere in stati di potenza inferiore e di modificare la larghezza di banda all’occasione, forniscono fino al 75% di efficienza energetica superiore.

Tutti questi sforzi forniscono fino a 1,79 TFLOPS di picco in prestazioni FP32, un risultato che rientra nello stesso range di potenza di 15W del predecessore di Renoir. AMD afferma che il fattore più importante per l’aumento dell’efficienza energetica deriva dal passaggio al processo a 7nm. Anche la frequenza più elevata e i miglioramenti all’architettura giocano un ruolo importante.

AMD ha anche migliorato il suo multimedia engine Radeon (Display Controller Next 2) con un guadagno massimo del 31% delle prestazioni dell’encoder. I chip supportano la decodifica VP9 8b/10b a 1080p240 o 4K60 e ovviamente non mancano codifica e decodifica per H.264 e H.265.

Il controllo del consumo energetico può essere davvero molto complicato nei chip desktop, con condizioni termiche ed elettriche del chip che dettano molte delle transizioni di stato di potenza, mentre le interazioni con il sistema operativo, il BIOS e i driver si combinano per aiutare il chip a modulare le prestazioni. Questi, a loro volta, dettano sia la frequenza, sia gli stati di riposo, sia il consumo energetico complessivo. La riprogettazione di quei chip per l’utilizzo in un laptop alimentato a batteria richiede un ulteriore livello di miglioramento che AMD affronta con un approccio a livello di sistema.

AMD ha migliorato i chip Renoir sfruttando due nuovi stati di potenza ACPI aggiuntivi, dati telemetrici aggiuntivi inviati attraverso l’Infinity Fabric, un controller di gestione del sistema che permette di massimizzare l’allocazione di potenza ai core e tempi di ingresso/uscita 5 volte più veloci dallo stato di inattività.

Gli effetti di queste modifiche si traducono in una migliore efficienza energetica, grazie anche ad una più chiara differenziazione tra gli stati di inattività e quelli di piena potenza, eliminando inutili ed energivori stati di potenza intermedi. Per fare un esempio, AMD ha mostrato dei grafici delle frequenze della CPU prima e dopo l’esecuzione del benchmark PCMark 10: in questi viene evidenziato come il processore abbia trascorso più tempo in vari stati di inattività con conseguente risultato di un consumo di energia inferiore del 59% durante il test.

L’innovativa tecnologia Precision Boost di AMD è una tecnologia chiave che fornisce il migliore mix possibile di potenza e prestazioni, ottenendo le prestazioni massime da ogni core in base alle sue capacità. AMD ha anche sviluppato una tecnica per modulare meglio le prestazioni e il consumo di energia nei dispositivi portatili.

AMD Skin Temperature Aware Power Management (STAPM) permette alla CPU di regolare la durata del boost in base alla lettura di sensori di temperatura esterni posti tipicamente su CPU, GPU o nel sottosistema di erogazione dell’energia. I dati provenienti da questi sensori vengono inviati al controller incorporato (EC), che poi trasmette i dati telemetrici attraverso l’Infinity Fabric al SoC. L’Advanced Platform Management Link (APML) riporta poi i dati e imposta i registri termici della CPU, memorizzando i dati.

L’interfaccia Dynamic Power and Thermal Control (DPTC) consente alle sorgenti esterne di regolare i controlli di potenza del SoC in base alle necessità. Il questo modo il sistema può utilizzare i dati raccolti dai sensori per brevi boost ad alta frequenza che superano il normale limite di potenza, il che è utile durante carichi di lavoro intensi ma di breve durata.

La funzione System Temperature Tracking V2 (STT V2) gestisce le transizioni dello stato di potenza in base a una moltitudine di fattori, come la temperatura esterna, consentendo al portatile di sostenere periodi di boost fino a quattro volte più lunghi senza surriscaldarsi troppo per l’utente. Anche i moderni processori mobile di Intel adottano un approccio simile per la regolazione degli stati di potenza basati su sensori esterni.

Le APU Picasso di AMD erano progettate con il supporto ad un solo stato di potenza ACPI responsabile della durata massima della permanenza del processore nei vari stati C, ma i chip della serie 4000 ne hanno invece tre. Ciò consente un controllo più granulare dei vari stati, permettendo così al SoC di prendere decisioni migliori che si traducono in una maggiore efficienza energetica e una migliore durata della batteria. AMD ha anche raddoppiato la larghezza del bus “save and restore” per ridurre il tempo necessario a entrare e uscire dai vari stati e ha aumentato la velocità del firmware di gestione dell’alimentazione del 33%.

Conoscere lo stato attuale del livello di attività consente inoltre al SoC di regolare varie unità in base all’uso per ottenere il giusto mix di prestazioni e qualità del servizio. Gli utenti possono comunque regolare questi parametri tramite il cursore di controllo dei consumi nell’impostazione apposita del sistema operativo. Riducendo, inoltre, il consumo energetico dell’I/O, AMD afferma che il SoC è in grado di consumare fino al 20% di energia in meno rispetto al suo predecessore.

AMD ha anche esteso a livello di sistema molte delle stesse tecniche che utilizza per controllare le sue APU. La nuova tecnologia SmartShift permette al sistema di dedicare più potenza alla CPU o alla GPU in base all’utilizzo in modo da aumentare le prestazioni complessive in un’ampia varietà di carichi di lavoro.

Il sistema sfrutta il vantaggio di AMD di essere l’unico fornitore (al momento) in grado di fornire sia CPU che GPU, regolando l’intero sistema per ottimizzare la potenza e le prestazioni. I sistemi abilitati SmartShift devono utilizzare una GPU Navi 10 (o superiore) e una CPU Ryzen Mobile serie H, anche se AMD potrebbe portare sul mercato altre combinazioni in futuro.

Al momento molti portatili da gaming sono dotati di potenti componenti che condividono la stessa soluzione di raffreddamento, come una CPU da 45W e una GPU da 80W posizionate sotto lo stesso dissipatore. Tale sistema, tuttavia, potrebbe essere in grado di dissipare solo 90W di calore complessivo, il che porterebbe a limitare la potenza sia della CPU che della GPU durante l’uso pesante (thermal throttling).

SmartShift di AMD rileva l’utilizzo e la temperatura sia della CPU che della GPU, quindi invia i dati tramite la Infinity Fabric collegata ad ogni componente. Questi dati vengono reindirizzati attraverso il bus PCIe a un modulo di controllo della piattaforma che a sua volta può regolare la potenza erogata ai due dispositivi, garantendo così prestazioni massime per entrambe le componenti in base al carico di lavoro. Sotto molti aspetti è come se l’APU Ryzen 4000 gestisca la GPU discreta così come gestisce la GPU integrata.

Durante un rendering in Cinebench, per esempio, la GPU è in gran parte inattiva, quindi l’allocazione di maggiore di potenza alla CPU può portare a un aumento delle prestazioni che secondo AMD raggiunge circa il 12%. Durante una sessione di gioco la situazione solitamente è opposta: la CPU non viene utilizzata troppo mentre la GPU potrebbe beneficiare di una potenza extra. AMD afferma che la semplice attivazione di SmartShift in The Division 2 si traduce in un aumento nelle prestazioni fino al 10%.

Questo approccio funziona in accoppiata con il sistema di rilevamento della temperatura esterna di AMD per fornire un ottimale equilibrio di potenza e prestazioni quando necessario. Inoltre permette di ottenere maggiori prestazioni con un ingombro minore e potrebbe consentire agli OEM di utilizzare CPU e GPU più potenti in dispositivi più sottili. AMD afferma che il Dell G5 SE sarà il primo laptop sul mercato a sfruttare questa caratteristica. Dell non ha tuttavia ancora condiviso alcuna specifica dettagliata, nonostante il G5 SE sia in arrivo sul mercato nel secondo trimestre del 2020.

Come per tutte le affermazioni sulla durata della batteria dei laptop, è meglio aspettare le prime recensioni per verificare quanto promesso. Ad ogni modo, AMD ha condiviso alcuni dati riguardo al consumo di batteria della serie Ryzen 4000. L’utilizzo della batteria varia in base al tipo di lavoro che si sta svolgendo e AMD sostiene di offrire un migliore equilibrio tra durata della batteria e prestazioni elevate. Informazioni da prendere con le pinze.

Chiudiamo parlando di software. AMD ha dovuto affrontare molte critiche in passato per la sua politica di permettere agli OEM di decidere quando rilasciare i driver grafici sul mercato, con una conseguente mancanza di driver ottimizzato per i nuovi giochi in uscita sui portatili equipaggiati con le sue APU. AMD ha recentemente cambiato politica permettendo l’utilizzo di tutti i suoi software e driver su tutti i laptop con una GPU integrata prodotta dall’azienda, pratica che continua con i processori della serie Ryzen 4000.

Tutte le APU Ryzen Mobile serie 4000 di AMD potranno sfruttare Adrenalin 2020 Edition e le versioni successive del software. Ciò permette agli utenti laptop di sfruttare funzioni come Radeon Image Sharpening, la tecnologia Anti-Lag, Radeon Boost, Radeon Chill, FreeSync e i nuovi profili di risparmio energetico progettati specificamente per l’utilizzo nei laptop.