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Computermodule mit AMD-Prozessoren

Acht Kerne für das Edge

10. Februar 2021, 10:30 Uhr   |  Autor: Zeljko Loncaric | Redaktion: Tobias Schlichtmeier

Acht Kerne für das Edge
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Die Aufgaben am Edge werden immer komplexer. AMDs Ryzen-V2000-Prozessoren machen neue, leistungsfähige Embedded-Designs möglich. Congatec nutzt die neue Prozessorgeneration für x86-basierte COM-Express-Compact-Module.

Mit zunehmender IIoT-Anbindung und der Digitalisierung wachsen die Aufgaben von Embedded-Systemen. Neben den bisherigen Aufgaben müssen die Systeme zusätzlich Daten aus Anwendungen sammeln, transcodieren und mitunter auf Basis von künstlicher Intelligenz (KI) vor Ort analysieren. Hierbei muss der Datenaustausch mit Enterprise-Clouds der Kunden und weiteren OEM-Anwendungen parallel erfolgen.

Außerdem muss die gesamte Kommunikation sehr sicher sein, denn neue Pay-per-use-Modelle machen die Geräte, Maschinen und Anlagen zu einer Einnahmequelle für OEMs. Idealerweise wird das Embedded-System konstant überwacht, um Systeme vor Angriffen zu schützen. Somit müssen viele Prozesse parallel laufen, weshalb jeder neue Kern in einem Embedded-System sehr willkommen ist. Anwender können jedem Kern über echtzeitfähige Hypervisor-Technik Aufgaben zuweisen.

AMD Ryzen
© AMD

Tabelle 1. Die Eigenschaften der AMD-Ryzen-Familien im Vergleich.

Die Ryzen-Embedded-V2000-Prozessoren von AMD setzen hier neue Maßstäbe: Erstmals ermöglichen sie COM-Express-Typ-6-Module mit Achtkern-Prozessoren und 16 Threads. Im Gesamtpaket mit einer Thermal Design Power (TDP), die bis 54 W reicht, jedoch genauso auf einen maximalen Verbrauch von 10 W reduzierbar ist – entscheidend für viele lüfterlose Embedded-Systeme. Oft bedeutet das eine höhere Leistung sowie gestiegene Multi-Tasking-Kapazitäten. Mit der V2000-Serie schafft AMD die doppelte Rechenleistung pro Watt [1], rund 15 Prozent mehr Befehle pro Takt (IPC, Instructions per Cycle) und stellt doppelt so viele Kerne im Vergleich zur vorherigen Generation [2] bereit (Tabelle 1).

7-Nanometer-Fertigung im Fokus

Möglich macht die Leistungszuwächse gegenüber den V1000-Prozessoren die neue »Zen-2-Architektur« mit 7-nm-Fertigungsprozess. Jedoch hat AMD viele Eigenschaften der ersten Zen-Architektur beibehalten. So werden weiterhin bis zu vier Kerne in einem sogenannten CPU Core Complex (CCX) zusammengefasst. Innerhalb eines CCX kann jeder Kern mit derselben geringen Latenz auf den gemeinsamen L2- und L3-Cache zugreifen. Gegenüber der V1000-Serie hat AMD den Cache-Speicher verdoppelt: von 2 auf 4 MB L2-Cache und von 4 auf 8 MB beim L3-Cache pro CCX. Gleich groß bleibt dagegen der L1-Cache, dafür hat AMD die Bandbreite von 16 auf 32 kByte Durchsatz pro Takt verdoppelt. Beim Gleitkomma-Block wurde die Bandbreite von 128 auf 256 bit verdoppelt, was zum Beispiel ein Verarbeiten von AVX2-Befehlen beschleunigt.

Leistungsvergleich Ryzen
© AMD

Bild 1. Je nach Benchmark steigt die Leistung deutlich. Vor allem der Leistungssprung beim Cinebench R15 nT ist mit einem Plus von 140 Prozent sehr groß.

Hiermit steigt unter anderem der IPC-Wert, also die Anzahl der pro Takt ausgeführten Befehle, um 15 Prozent. In Verbindung mit der von 14 nm auf 7 nm verkleinerten Fertigungstechnik, führen die Maßnahmen laut AMD zueiner doppelt so hohen Multi-Thread-Leistung pro Watt und einer um bis zu 30 Prozent höheren Single-Thread-Leistung (Bild 1).

AMD versus Intel

AMD nutzt Benchmarks, um die Leistungsfähigkeit seiner V2000-Prozessoren zu belegen. Verglichen wurden hierbei der Ryzen-V2718-Prozessor mit 15 W nominaler TDP, acht Kernen und einem Basistakt von 1,7 GHz mit Intels Core-i7-10710U-Prozessor mit sechs Kernen und 1,6 GHz Basistakt sowie dem Quadcore Core-i7-10510U-Prozessor mit 1,8 GHz. Beides sind Core-Prozessoren der zehnten Generation und haben eine TDP von 15 W. Liegen bei der Single-Thread-Leistung der V2000 mit den sechs- und vier-Kern-Prozessoren gleichauf, verschiebt sich das Bild deutlich, wenn es um die Multi-Thread-Leistung geht.

Ryzen-V2000-Prozessoren im Vergleich zu Intels Core-i7-Prozessoren
© AMD

Bild 2. AMDs Ryzen-V2000-Prozessoren im Vergleich zu Intels Core-i7-Prozessoren der neunten und zehnten Generation.

Glaub man AMD, ist dann der V2000-Prozessor mehr als doppelt so schnell wie der Quadcore-i7-Prozessor – ebenso schlägt er den Hexacore-i7 mit rund 33 Prozent Vorsprung. Auch bei der Grafik liegt der V2000 vorne: Gegenüber beiden i7-Prozessoren schafft er mehr als die doppelte Punktzahl im 3D-Mark-Time-Spy-Benchmark. Selbst gegen einen Prozessor mit einer höheren TDP, wie den 6-Kern-Prozessor i7-9750H mit einer TDP von 45 W und 2,6 GHz Grundtakt, kommt der V2000 gut weg. Zum Beispiel bietet er eine nahezu identische Single-Thread-Leistung, dafür eine rund 45 Prozent höhere Multi-Thread- und knapp 40 Prozent höhere Grafikleistung (Bild 2).

Integrierte Radeon-Grafik

Neben der reinen Rechenleistung kann sich ebenfalls die Grafik sehen lassen. So integriert der V2000-SoC eine Radeon-RX-Vega-Grafik mit bis zu sieben GPU-Recheneinheiten. Gegenüber dem Vorgänger ist die GPU-Leistung der integrierten Radeon-Grafik um 40 Prozent gewachsen. Sie basiert auf der fünften Generation der Graphics Core Next (GCN)-Architektur und profitiert ebenfalls von der 7-nm-Technik. So bringt sie eine hohe Energieeffizienz und einen um 300 MHz schnelleren Arbeitstakt von 1,6 GHz im Vergleich zum Vorgänger mit.

Mit der Grafikleistung kann die V2000-Familie vier unabhängige 4k-Displays parallel ansteuern. Pro Kanal bringt es das SoC auf eine Bildwiederholtrate von 60 Hz mit High Dynamik Range (HDR)-Wiedergabe mit 10 bit Farbtiefe. Hiervon profitieren vor allem Digital-Signage- und Gaming-Anwendungen sowie Befundsysteme in der Medizintechnik. Dort ist eine 10 bit Farbtiefe etwa für das Darstellen digitaler Röntgenbilder erforderlich. Für 3D-Grafik unterstützt das SoC DirectX 12 und OpenGL 4.4. Eine integrierte Video Engine ermöglicht ein Hardware-beschleunigtes Streamen von 4k-HEVC-Videos (H.265 und VP9) mit 60 Hz in beide Richtungen, ohne die CPU zu belasten. Um die Grafiksignale in voller Bandbreite zum Display zu transportieren, unterstützt die Vega-Grafik Schnittstellen mit bis zu vierfach DisplayPort 1.4, HDMI 2.1 sowie eDP 1.4. Dank Heterogener System Architektur (HSA) und OpenCL-2.0-Support sind der GPU ebenso Work­loads für Deep Learning zuweisbar.

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1. Acht Kerne für das Edge
2. Optimierte Schnittstellen

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