Los núcleos y las frecuencias solían ser las principales especificaciones que la gente miraba al comprar una CPU, pero la tecnología 3D V-Cache de AMD ha cambiado todo eso. El Ryzen 7 5800X3D en 2022 demostró que la memoria caché es el factor más importante cuando se trata del rendimiento de los juegos, y AMD pudo convertir una CPU para juegos de gama media en un contendiente para la corona de los juegos con solo agregar lo que la compañía denominó su "3D V-Cache".
3D V-Cache no es solo una palabra de moda en el marketing ni un truco como el "procesamiento explosivo" de Sega Genesis, sino una solución a uno de los mayores problemas a los que se ha enfrentado la industria de los semiconductores. Incluso sin eso, 3D V-Cache ha demostrado ser una excelente manera de ofrecer CPU aún más premium y de gama alta sin mucho esfuerzo por parte de AMD.
¿Qué es el caché?
Antes de hablar de 3D V-Cache, tenemos que hablar de la memoria caché tradicional. Hace mucho tiempo, las computadoras utilizaban dos tipos básicos de almacenamiento: discos duros y memoria de acceso aleatorio (RAM). Los discos duros son lentos pero pueden almacenar una gran cantidad de datos, mientras que la RAM solo puede almacenar una pequeña cantidad de datos pero es muy rápida. Esta disposición funcionó bien hasta que el ritmo de las mejoras de rendimiento de la CPU comenzó a superar al de la RAM en la década de 1990, y la RAM necesitaba ser más rápida para que los procesadores no se vieran obstaculizados.
La solución fue la memoria caché. Este tipo de memoria esmuchomás pequeña que la RAM, pero tiene un rendimiento aún mayor y se encuentra directamente en el procesador en lugar de en algún lugar de la placa base. Esto creó una jerarquía de memoria, con la caché en la parte superior, la RAM en el medio y el almacenamiento (como los discos duros y las unidades de estado sólido) en la parte inferior. Pero la memoria caché desarrolló con el tiempo sus propias jerarquías, con distintos niveles de rendimiento y capacidad para adaptarse a las necesidades de cada chip. (Esto también se aplica a otros tipos de procesadores, como las GPU).
En la actualidad, las CPU de gama alta típicas tienen caché de nivel 1 (o L1), L2 y L3. La caché L1 es diminuta y se le asigna a cada núcleo individual para procesar instrucciones pequeñas lo más rápido posible. La caché L2 se asigna a un grupo de núcleos para uso exclusivo, pero es más grande, a veces por un orden de magnitud, y se almacena fuera de cada núcleo individual. La caché L3 suele ser compartida por todos los núcleos de una sola CPU y, a menudo, es el nivel más grande y último. Algunas CPU muy especializadas incluso vienen con caché L4, que normalmente no está en la propia CPU, sino que es un tipo de RAM que se coloca en el paquete de la CPU, como la caché HBM2 de Xeon de cuarta generación.
¿Qué es 3D V-Cache?
3D V-Cache es simplemente un chip que no tiene nada más que caché, y las CPU Ryzen 5000 y Ryzen 7000 están diseñadas teniendo en cuenta la compatibilidad con 3D V-Cache. Cada chip o chiplet 3D V-Cache tiene 64 MB de caché L3, el doble de la cantidad de un solo chiplet de cómputo Zen. Puede que pienses que 3D V-Cache debería contar como caché L4 ya que no es parte de la CPU en sí, pero AMD en realidad instala estos chiplets verticalmente en los chiplets de cómputo, donde se encuentran todos los núcleos y la caché, y de aquí proviene la marca3D V -Cache.
El Ryzen 7 5800X3D fue la primera CPU AMD en utilizar esta tecnología y, como era la única CPU con caché virtual 3D de su generación, básicamente se trató de una prueba. El Ryzen 7 5800X (sin caché virtual) tiene 32 MB de L3, pero el 5800X3D tiene el triple, 96 MB. El objetivo de añadir toda esta caché era evitar que la CPU tuviera que comunicarse con la RAM tanto como fuera posible, ya que la RAM es mucho más lenta que la caché L3. Para la mayoría de las aplicaciones, esto es demasiada caché, pero hay un tipo de software al que le encanta la caché: los juegos.
Los juegos generalmente no requieren muchos núcleos de CPU ni potencia bruta para funcionar bien, sino que requieren que la CPU procese una gran cantidad de datos pequeños lo antes posible. Después de todo, la mayoría de los jugadores de PC quieren ejecutar sus juegos a 60 FPS o más, lo que significa un nuevo cuadro al menos cada 16,67 ms. El 5800X3D está a la altura del Ryzen 9 5950X y el Core i9-12900K en rendimiento de juegos, y todavía se mantiene bien contra elRyzen 9 7950Xyel Core i9-13900K. Cuandolas CPU Ryzen 7000X3Dse lancen este año, casi con certeza serán los chips para juegos más rápidos del mercado.
Dicho esto, el V-Cache 3D no es perfecto, ya que las CPU que lo utilizan tienen velocidades de reloj más bajas que sus contrapartes que no lo utilizan. El caché adicional compensa las frecuencias más bajas en los juegos, pero en otras aplicaciones, hay una pequeña pérdida de rendimiento. Por este motivo, es posible que el V-Cache 3D nunca se convierta en la opción predeterminada para las CPU Ryzen.
¿Qué tiene de especial 3D V-Cache?
Al fin y al cabo, 3D V-Cache es simplemente un chip con caché y el gran rendimiento en juegos del 5800X3D es más un indicador de lo bueno que es el caché para juegos que de que 3D V-Cache ofrezca nuevos niveles de rendimiento. Pero 3D V-Cache no es revolucionario para el caché, sino para la forma en que se construyen los procesadores y una posible solución a uno de los mayores problemas de la industria: la muerte de la Ley de Moore.
Incluso si no hubiera una crisis de fabricación, 3D V-Cache sigue siendo una forma efectiva de ofrecer un producto a nivel entusiasta.
La Ley de Moore predice que los chips más rápidos dentro de dos años tendrán el doble de transistores que los chips más rápidos que existen hoy en día. Un transistor es el componente más pequeño de un procesador y, por lo general, cuanto más transistores haya, mejor será el rendimiento. Como los procesadores solo pueden ser tan grandes, cumplir las expectativas de la Ley de Moore significa lograr una mayor densidad, y una mayor densidad se logra principalmente mediante el uso de mejores procesos de fabricación (también llamados nodos). En resumen, la industria tradicionalmente ha podido mantenerse al día con la Ley de Moore utilizando el proceso o nodo más reciente.
Durante la última década, la Ley de Moore ha estado en terapia intensiva porque desarrollar nuevos nodos mejores ha sido extremadamente difícil. El ritmo de aumento de la densidad se ha ralentizado de forma tan significativa que las empresas podrían no ser capaces de cumplir las expectativas de la Ley de Moore, lo que significa que el progreso tecnológico se está ralentizando. La memoria caché, en particular, ha sido muy resistente a las mejoras de densidad y, el año pasado, TSMC anunció que su versión inicial del proceso de 3 nm no tendría una densidad de caché mayor que la de 5 nm.
3D V-Cache es una solución ingeniosa a este problema. Al colocar la mayor parte de la caché de la CPU en su propio chiplet, AMD puede dedicar más espacio en los chips de cómputo a los transistores lógicos, que forman núcleos individuales y son mucho más fáciles de reducir que la caché. Además, esto significa que AMD puede usar nodos más antiguos y más baratos para los chips V-Cache mientras reserva los nodos de vanguardia para los chiplets de cómputo. Ya podemos ver a AMD aplicando esta teoría de diseño a sus GPU;las RX 7900 XTX y XTtienen un chip GPU principal rodeado de otros seis chiplets que contienen toda la caché L3.
Incluso si no hubiera una crisis de fabricación, 3D V-Cache sigue siendo una forma eficaz de ofrecer un producto a nivel de entusiastas. AMD no necesita diseñar una CPU específicamente para juegos (lo que dificultaría que AMD obtenga ganancias), ni tampoco necesita hacer que sus CPU convencionales vengan con más caché de lo necesario (lo que haría que cada CPU fuera prohibitivamente cara). 3D V-Cache es tan simple pero tan innovador que es posible, incluso probable, que veamos a compañías como Intel replicar el éxito de 3D V-Cache con sus propios chips de caché.