라이젠이 과거보다 덜 끊기는 이유 (큰일을 해낸 X3D)

브금용

라이젠이 과거보다 덜 끊기는 이유

① 과거 라이젠(1~2세대)은 구조적으로 게임에 불리했다.

2017년 처음 등장한 Ryzen은 기존 Intel과 다른 CCX(Core Complex) 구조를 사용했다.

예를 들어 8코어 CPU라면

CCX 0 (4코어)
      │
Infinity Fabric
      │
CCX 1 (4코어)

게임 스레드가

• CCX0
• CCX1

을 계속 오가면

• 코어 간 통신
• 캐시 접근
• 레이턴시

가 증가했다.

그 결과

• 평균 FPS는 높은데
• 1% Low가 낮고
• 프레임 타임이 흔들리는 경우가 있었다.

그래서 당시에는

"게임은 인텔"

이라는 말이 거의 공식처럼 굳어졌다. 

AMD Ryzen 3 3300X and 3100 Review: Low-End Gaming Gets a High-End Boost

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② Zen3에서 가장 큰 변화

AMD가 가장 크게 손본 부분은

CCX 구조 자체였다.

Zen2

CCD

CCX(4코어)
16MB L3

CCX(4코어)
16MB L3

↓

Zen3

CCD

CCX(8코어)

32MB L3 공유

즉

예전처럼

"저쪽 CCX 캐시"

를 보러 갈 필요가 없어졌다.

8개의 코어가 하나의 큰 L3 캐시를 공유하게 되면서

• 코어 간 레이턴시 감소
• 캐시 미스 감소
• 게임 스레드 이동 비용 감소

가 이루어졌다. 

Overview of AMD EPYC 7003 Series Processors Microarchitecture (70619) - Document 70619 - 70619

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③ IPC도 크게 상승

Zen3는 단순히 캐시만 바뀐 것이 아니다.

AMD 공식 기준

• 분기 예측 개선
• Front-End 개선
• Execution Engine 개선
• Prefetch 개선

등으로

Zen2 대비 약 19% IPC 향상이 이루어졌다. 

AMD Zen 3 Architectural Improvements: Explained

즉

 

예전처럼

클럭으로 억지로 밀어붙이는 CPU가 아니라

한 클럭당 처리량 자체가 크게 늘어났다.

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④ 결정타가 3D V-Cache

5800X3D가 역사에 남은 이유.

기존

32MB L3

↓

5800X3D

96MB L3

거의 3배가 된다.

게임은

계속

RAM

↓

L3 Cache

↓

CPU

순서로 데이터를 가져오는데

 

L3가 엄청 커지면

RAM 접근 자체가 줄어든다.

 

즉

• 캐시 적중률 증가
• 메모리 접근 감소
• 프레임 타임 안정화
• CPU 병목 감소

로 이어진다.

 

흥미로운 점은 3D V-Cache는 

추가된 캐시 용량에 비해 레이턴시 증가가 매우 작도록 설계되어

게임 성능 향상에 유리했다는 것이다. 

AMD 3D V-Cache Tests Reveal Minimal Latency Increase, Improved Bandwidth

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⑤ DDR5와 메모리 컨트롤러 발전

Zen4 이후에는

• DDR5
• 메모리 컨트롤러
• Infinity Fabric
• 스케줄링

도 계속 개선됐다.

예전 Ryzen이

램 오버클럭에 민감했던 이유도

Infinity Fabric 구조 때문이었는데

지금은 훨씬 완성도가 높아졌다.

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⑥ 인텔도 그대로 있던 것은 아니다.

반대로 Intel 역시

• IPC 향상
• L2 캐시 확대
• 메모리 컨트롤러 개선

등으로 게임 성능을 많이 끌어올렸다.

 

다만 AMD는

대용량 L3 캐시(X3D)라는 차별화 전략으로

특히

• 오픈월드
• MMORPG
• 전략 게임
• 시뮬레이션

같이 CPU 캐시를 많이 사용하는 게임에서 여전히 강점을 보인다.

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정리

예전

"라이젠은 순간 끊긴다."

↓

원인

• CCX 구조
• 작은 공유 캐시
• 높은 코어 간 레이턴시
• 초기 Infinity Fabric

↓

현재

• Unified CCX
• IPC 대폭 향상
• 3D V-Cache
• 메모리 컨트롤러 개선
• 스케줄링 개선

↓

"X3D는 프레임 타임이 안정적이다."

라는 평가를 받는 CPU가 되었다.

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참고 자료

• AMD Zen 3 마이크로아키텍처(공식): https://www.amd.com/content/dam/amd/en/documents/epyc-technical-docs/white-papers/overview-amd-epyc7003-series-processors-microarchitecture.pdf
• AMD HPC Tuning Guide(공식): https://www.amd.com/content/dam/amd/en/documents/epyc-technical-docs/tuning-guides/high-performance-computing-tuning-guide-amd-epyc7003-series-processors.pdf 
• Tom's Hardware – Zen2의 CCX 구조와 게임 레이턴시 설명 

AMD Ryzen 3 3300X and 3100 Review: Low-End Gaming Gets a High-End Boost

• Tom's Hardware – 3D V-Cache 레이턴시 분석

AMD 3D V-Cache Tests Reveal Minimal Latency Increase, Improved Bandwidth