Launch-Analyse AMD Ryzen 7

Mittwoch, 15. März 2017
 / von Leonidas
 

Anfang März gingen AMDs achtkernige Ryzen 7 Prozessoren endlich an den Start sowie in den Einzelhandel. Damit wurde eine langjährige Wartephase auf eine endlich einmal wieder konkurrenzfähige Prozessoren-Generation von AMD beendet, welche auf der anderen Seite Intel zu immer geringeren Fortschitten sowie einigen Preiserhöhungen im CPU-Geschäft ausgenutzt hatte. Mit unserer (zugegebenermaßen späten) Launch-Analyse wollen wir nachfolgend primär aufzeigen, welche Performance- und Overclocking-Werten Ryzen zu seinem Lauch erreicht hat und was sich daraus (im Mix der Ergebnisse sowie im Vergleich zu Intel) herauslesen läßt.

AMD Ryzen Logo

AMD ist als Prozessorenhersteller durch eine sicherlich wechselvolle Geschichte gegangen. Angefangen hat man im Prozessorengeschäft Anfang der 80er Jahre wie so viele heute vergessene Hersteller – und zwar als Lizenznehmer von Intel mit dem Nachbau von Intel-Prozessoren. Seinerzeit hatte Intel schon eine so gute Situation im PC-Markt erreicht, das man den LowCost-Bereich "gnädigerweise" diversen Lizenznehmern überließ und sich ganz auf seine teuren (und schnelleren) Prozessoren konzentrierte – seinerzeit erreichten selbst ganz normale Consumer-Modelle bei Intel regelmäßig einen Listenpreis von 999 Dollar. Dies geschah zudem zu einer Zeit, wo ein PC-Prozessor nach drei Jahren schon "alt" war und von den Leistungsanforderungen neuer Office-Software überrollt wurde. AMD prügelte sich seinerzeit mit einigen anderen Lizenznehmern um den LowCost-Markt und war dabei nicht einmal der wichtigste Intel-Kontrahent.

Ein bedeutsamer Einschnitt erfolgte mit dem Auslaufen der Intel-Lizenz im Jahr 1986, in Folge dessen AMD keine originalgetreuen Nachbauten mehr erstellen durfte, sondern nur noch Eigendesigns – im Nachhinein vielleicht eine Fehlentscheidung Intels, denn damit wurde AMD regelrecht zu einer eigenen Entwicklungsarbeit gezwungen. Ab diesem Zeitpunkt gingen dann zwar immer mehr der Intel-Wettbewerber pleite oder aus dem Markt für PC-Prozessoren heraus, gleichzeitig stieg AMD allerdings auch schon zu dieser Zeit zur klaren Nummer 2 auf – weil deren Eigendesigns immer recht vernünftig waren, zuerst der K5, später der K6 vor allem mit seinen Derivaten K6-II und K6-III. Trotzdem war AMD damit regelmäßig auf den LowCost- und Mainstream-Teil des PC-Marktes beschränkt, an die wirklich schnellen Intel-Prozessoren kam man nicht heran.

Damit hätte Intel noch gut leben können – doch im Hintergrund bereitete AMD seinen eigentlichen Angriff vor. Waren die Prozessorendesigns von K5 und K6 noch weitgehend "unspannend" bzw. eher auf LowCost-Bedürfnisse ausgelegt, wurde das K7-Design des Jahres 1999 von AMD als grundsätzlich neue CPU-Architektur für HighEnd-Prozessoren aufgelegt. Mit diesem ersten wirklich komplett eigendesignten Prozessor erreichte AMD Spitzenplätze in den Benchmarks – sofern welche stattfanden, denn seinerzeit war der PC-Markt derart drastisch im Griff von Intel, das ein AMD K7 faktisch nicht sein durfte. Nicht nur die Mainboard-Hersteller gaben nur "White Boards" heraus (ohne Herstelleraufdruck auf dem Karton sowie dem Board selber), auch in der Fachpresse fanden sich nur zögerlich entsprechende Berichte – und Intel strich (anfänglich) fielen die "Freundschaft", die sich auf den AMD K7 einließen.

Später wurden auch eine Vielzahl an wettbewerbsrechtliche Verstößen seitens Intel bekannt – wie das massive Unterdrucksetzen von OEMs bzw. eine "besondere" Rabatt-Gestaltung, wenn ein OEM "freiwillig" auf jedes AMD-Angebot verzichtete. Trotzdem war der K7-Erfolg nicht aufzuhalten, welchen AMD etwas später mit dem verbesserten K8 noch weiter ausbaute. Seinerzeit konnte AMD teilweise über 30% des Prozessorenmarktes für sich verbuchen und auch im Server-Geschäft einiges bewegen. Interessant ist an dieser Stelle natürlich die Hypothese, um wieviel AMD diesen Erfolg hätte steigern können, wenn Intel nicht seine (massiven) wettbewerbsrechtlichen Verstöße begangen hätte.

Problematisch für Intel war vor allem, das man sich seinerzeit schon auf die Pentium-4-Strategie der immer höheren Taktraten festgelegt hatte. Dies brachte gewisse optische Vorteile (eben bei der Taktrate), aber im eigentlichen hatte AMD das leistungsfähigere Prozessoren-Design aufzubieten. Intel brauchte mehrere Jahre, diese technologischen Fehler zu korrigieren – angefangen mit den Core 2 Duo Prozessoren des Jahres 2006 und fortgeführt über die Core-i-Prozessoren ab dem Jahr 2008. Jener technologische Gegenschlag war viel besser gelungen als alle anderen Gegenmaßnahmen Intels und AMD wurde ab dem Core 2 Duo wieder in eine Verfolgerrolle zurückgedrängt.

Dabei konnte AMD mit dem nochmals verbesserten K10-Designs teilweise ganz vernünftig mithalten – verrannte sich dann allerdings mit der 2011 veröffentlichten Bulldozer-Architektur höchstselbst in einer technologischen Falle. Eigentlich war Bulldozer auf die Anforderungen der Neuzeit konzipiert – viele CPU-Rechenkerne, gedacht auch für viel Takt. Allerdings opferte AMD hierfür Performance auf einem einzelnen Rechenkern – da man diverse CPU-Einheiten zwischen zwei CPU-Kernen teilte. Dies kam zu einer Zeit, wo gerade einmal der Übergang auf Zweikern-Prozessoren halbwegs abgeschlossen war, nicht wirklich gut an. Zudem behinderte das Sharing-Prinzip Bulldozer auch bei seiner Rolle als nomineller Achtkern-Prozessor – im eigentlichen war die Performance nicht viel besser als bei Intels Vierkernern.

Als letzter Störeffekt erreichte AMD bei Bulldozer sein Taktratenziel nicht bzw. ging wie Intel vorher beim Pentium 4 von der irrigen Annahme der beliebigen Steigerbarkeit der Taktraten aus. Damit kam die Bulldozer-Architektur auch mit den späteren Verbesserungen nicht weg vom Fleck, da diese zwei grundsätzlichen Fehler des Sharing-Prinzips sowie der Taktbarkeit nicht zu beheben waren. Intel hingegen lieferte ausgerechnet ab Bulldozer jährliche Updates seiner Core-i-Prozessoren – mit meistens nur maßvollem Performance-Zugewinn, aber im Laufe der Zeit geriet Bulldozer von seinem schlechten Start ausgehend noch viel weiter ins Hintertreffen.

Ab einem gewissen Zeitpunkt entschied sich AMD dann gegen die Weiterentwicklung von Bulldozer und für die komplette Neuentwicklung eines modernen PC-Prozessors. Die erste Meldung hierzu stammte aus dem Jahr 2014, begonnen hat man diese Arbeit bei AMD aber sicherlich schon im Jahr 2012 (oder früher) mit der Rückkehr von CPU-Entwickler Jim Keller (einstmals bei AMD für die Designs von K7 & K8 zuständig). Hieraus entstand letztlich die Zen-Prozessorenarchitektur und darauf basierend die Ryzen-Prozessoren. Jene Prozessoren kommen nun in einer für AMD nicht unähnlichen Lage wie seinerzeit beim Launch der K7-Prozessoren in den Markt: AMD ist bislang gegenüber Intel nicht konkurrenzfähig – und hofft dies mittels seines neuen Prozessorendesigns nachhaltig zu ändern – genau wie es seinerzeit beim K7 auch schon gelang.

Hierfür fährt AMD schwere Geschütze auf: Eine komplette Neuentwicklung von PC-Prozessoren ist heutzutage eher selten, meistens basieren die heutigen CPU-Designs direkt auf vorhergehenden Designs und entstammen indirekt einer langen Linie von jeweils nur maßvoll verbesserten Prozessoren-Designs. AMD hingegen hat das Bulldozer-Design sehr grundlegend bei der Zen-Architektur über Bord geworfen, auch wenn beides nun Achtkerner geworden sind. Doch die beiden Hauptpunkte von Bulldozer – Sharing-Prinzip und ausgelegt auf hohe Taktraten – findet man bei Zen/Ryzen nun überhaupt nicht mehr: Hier wurde nichts geteilt, sondern geklotzt anstatt gekleckert – und bei den Taktraten ist Ryzen (gemessen am heutigen Niveau) eher mittelmäßig angesiedelt und benötigt anscheinend auch keine besonders hohen Taktraten, um auf Performance zu kommen.

Denn von den grundsätzlichen Hardware-Einheiten her ist Zen ein deutlicher Sprung gegenüber Bulldozer – dies ließ sich schon recht früh erkennen. Am besten ist das grundsätzliche Design mit Intels Haswell & Broadwell zu vergleichen: 4 Dekoder liefern Daten für 4 ALU/Integer-Einheiten, 2 AGU/Adress-Einheiten und 2x 256bittige FPU/Fließkomma-Einheiten, hinzu kommt Simultaneous Multithreading (SMT), bei Intel "HyperThreading" genannt. Der Zen-Aufbau ist mehr oder weniger gleich, nur das hier 4x 128bittige FPU/Fließkomma-Einheiten anstatt 2x 256bittige FPU/Fließkomma-Einheiten wirken – was nominell gesehen eigentlich identisch ist (theoretisch hat der feinteiligere AMD-Aufbau von AMD sogar Vorteile bei wild gemischtem Programmcode). Der Aufbau von Intels Skylake & Kaby Lake ist nominell nicht davon abweichend, nur kommt hier noch die CPU-Befehlssatzerweiterung AVX-512 hinzu, welche Zen nicht beherrscht (bei Intel aber auch nur bei HighEnd-Servermodellen freigeschaltet ist).

Sandy & Ivy Bridge Haswell & Broadwell Skylake & Kaby Lake Bulldozer Zen/Ryzen
Dekoder 4 4 4 für zwei Kerne: 4 4
ALU (Integer) 3 4 4 2 4
AGU (Adressgener.) 2 2 2 2 2
FPU (Fließkomma) 2x 256 Bit 2x 256 Bit 2x 256 Bit
(koppelbar auf 1x 512 Bit)
für zwei Kerne: 2x 128 Bit
(koppelbar auf 1x 256 Bit)
4x 128 Bit
(koppelbar auf 2x 256 Bit)
SMT
Level2 (per Core) 256 kB 256 kB Consumer: 256 kB
Server: 1 MB
für zwei Kerne: 2 MB 512 kB
Level3 (insgesamt) Consumer: 8 MB (4C)
Server: 15 MB (6C)
Consumer: 8 MB (4C)
Server: 20 MB (8C)
Consumer: 8 MB (4C)
Server: 13,75 MB (10C)
8 MB (8C) 16 MB (8C)
Speicherinterface Consumer: DualChannel
Server: QuadChannel
Consumer: DualChannel
Server: QuadChannel
Consumer: DualChannel
Server: QuadChannel
DualChannel DualChannel
CPU-Befehlssatzerw. SSE bis zu 4.2, AVX SSE bis zu 4.2, AVX, AVX2 SSE bis zu 4.2, AVX, AVX2, AVX-512
(AVX-512 nur bei HighEnd-Servern freigeschaltet)
SSE bis zu 4.2, AVX SSE bis zu 4.2, AVX, AVX2

Dabei kommt AMD allerdings gleich mit der doppelten Größe an Level2-Cache bei vergleichbarer Größe des Level3-Caches daher – dies kann, wenn es nicht derart langsam ausgeführt wird wie bei Bulldozer, durchaus Vorteile bringen. Kleinere nominelle Nachteile hat AMD beim Speicherinterface, welches auch bei den Achtkern-Modelle nur zweikanalig ist – hier bietet Intel im Rahmen seiner Server-Abkömmlinge mehr, nämlich bereits seit Jahren QuadChannel-Interfaces. Einen wirklichen Performanceeinfluß hat dies bei Intel jedoch auch nicht, insofern ist dies vielleicht die richtige Einsparung seitens AMD. Ganz generell erscheint das Zen/Ryzen-Design gut gelungen, da nirgendwo wirklich an Hardware-Einheiten gespart wurde, dennoch mit einer Chipfläche von ~200mm² (bei immerhin 4,8 Milliarden Transistoren) ein Achtkern-Die herausgekommen ist. Jenes ist groß genug, um dem Performance-Anspruch zu genügen – und dennoch klein genug, um auch gegenüber Intels (logischerweise) kleineren Vierkern-Dies keinen elementaren wirtschaftlichen Nachteil zu haben.

Im Detail ist AMD bei der Zen-Architektur sicherlich hier und da noch andere Wege gegenüber Intels Prozessorendesigns gegangen. Zu erwähnen wäre hier vor allem die (grundsätzliche) Entscheidung zu zwei Rechenkern-Clustern (CCX) á jeweils 4 CPU-Kerne – welche den inzwischen bekannten Nachteil aufwirft, das die Verbindung zwischen beiden CCX-Modulen nicht schnell genug für manchen Threadscheduler ist. Tiefergehend wollen wir uns an dieser Stelle allerdings nicht mit der Zen-Architektur beschäftigen, dies machen (auf Basis ausführlicher Unterlagen seitens AMD sowie eigener Expertise) andere Artikel besser – zu nennen hierbei die Ausarbeitungen von HT4U, dem Planet 3DNow! sowie von AnandTech.

Aus dieser Ansetzung heraus wird AMD innerhalb der Zen-Architektur diverse Ryzen-Prozessoren in den Markt schicken: Die achtkernigen "Ryzen 7" Modelle, die vier- und sechskernigen "Ryzen 5" Modelle sowie die vierkernigen "Ryzen 3" Modelle, bei denen als einzige SMT fehlen wird. Letztere sind damit wohl nur in Ausnahmefällen interessant – aber derzeit hat AMD sowieso nur die drei "Ryzen 7" Prozessoren 1700, 1800 und 1800X am Start. "Ryzen 5" wird irgendwann im zweiten Quartal nachfolgen, wobei AMD derzeit nur für zwei dieser Modelle offizielle Daten herausgegeben hat, welche sich sogar im Detail von den letzten Vorab-Meldungen unterscheiden (womit auch die seinerzeit genannten Daten zu den weiteren Ryzen-Prozessoren vakant werden).

Kerne Takt XFR unlocked L3-Cache TDP Listenpreis Kühler Straßenpreis Launch
Ryzen 7 1800X 8 +SMT 3.6/4.0 GHz 4.1 GHz 16 MB 95W 499$ ohne 559€ 2. März 2017
Ryzen 7 1700X 8 +SMT 3.4/3.8 GHz 3.9 GHz 16 MB 95W 399$ ohne 439€ 2. März 2017
Ryzen 7 1700 8 +SMT 3.0/3.7 GHz 3.75 GHz 16 MB 65W 329$ Wraith Spire 359€ 2. März 2017
Ryzen 5 1600X 6 +SMT 3.6/4.0 GHz 4.1 GHz ? 95W 259$ Wraith Spire ~280€ Q2/2017
Ryzen 5 1500X 4 +SMT 3.5/3.7 GHz 3.8 GHz ? 65W ? Wraith Spire ? Q2/2017
Alle Ryzen-Prozessoren kommen im Sockel AM4 daher und sind damit nur auf Mainboards von AMDs 300er Chipsatz-Serie einsetzbar.

Bis auf "Ryzen 3" werden alle Ryzen-Modelle mit aktiviertem SMT erscheinen. Sogar ganz grundsätzlich sind bei allen Ryzen-Modellen der Unlocked-Status sowie das XFR-Feature an Bord. Letzteres ist halb mit Intels Turbo Mode 3.0 vergleichbar, welches bei Broadwell-E in der Lage ist, einen einzelnen CPU-Kern auch oberhalb des nominell höchsten Turbo-Taktes zu takten. Bei AMDs XFR können es dagegen bis zu zwei CPU-Kerne sein, die über den normalen Turbo-Takt hinaus beschleunigt werden – dafür allerdings in einem (deutlich) geringeren Rahmen von +100 MHz bei den X-Typen sowie nur +50 MHz bei den non-X-Typen. XFR ist automatisch aktiv, hat mit diesen geringen Taktratenerhöhungen aber kaum einen meßbaren Performance-Effekt – dies war jedoch beim Turbo 3.0 von Broadwell-E mit (bestenfalls) +1% auf eine gesamte Benchmark-Suite auch nicht anders.

Base-Takt Turbo 3C bis 8C Turbo 1C & 2C XFR (max. 2C)
Ryzen 7 1800X 3.6 GHz 3.7 GHz 4.0 GHz 4.1 GHz
Ryzen 7 1700X 3.4 GHz 3.5 GHz 3.8 GHz 3.9 GHz
Ryzen 7 1700 3.0 GHz 3.2 GHz 3.7 GHz 3.75 GHz

Benötigt werden für alle Ryzen-Prozessoren Mainboards des Sockels AM4, für welchen AMD die 300er Chipsatz-Serie aufgelegt hat. AMD will (im Gegensatz zu Intel) eine vergleichsweise lange Lebensdauer dieses Sockels ermöglichen, laut derzeitigen Planungen sollen alle bis zum Jahr 2020 erscheinenden Ryzen-Prozessoren auf diesem Sockel erscheinen (Ausnahme: jene mit dem Support von DDR5-Speicher und/oder PCI Express 4.0). Dies erscheint aus heutiger Sicht als deutlicher Pluspunkt für Ryzen, da Intel in aller Regel den Sockel aller zwei CPU-Generationen wechselt und damit ein Prozessoren-Upgrade auf demselben Mainboard in der Praxis eine klare Ausnahme darstellen wird. Frühe Ryzen-Käufer können dagegen darauf hoffen, im Jahr 2020 vielleicht noch einmal mit einem CPU-Upgrade zuzuschlagen und damit das jetzt gekaufte Mainboard vergleichsweise lange benutzen zu können.

Ryzen + A300 X300 A320 B350 X370
Zielsegment SFF SFF Essential Mainstream HighEnd
Overclocking
CrossFire
SLI
PCI-E Lanes Grafikkarte 16 Lanes 3.0 - - - - -
weitere PCI-E Lanes 4 Lanes 3.0 + - - 4 Lanes 2.0 6 Lanes 2.0 8 Lanes 2.0
SATA 2 + - - 2 2 4
SATA Express - + - - 2 2 2
SATA RAID - + 0/1 0/1 0/1/10 0/1/10 0/1/10
USB 2.0 - + - - 6 6 6
USB 3.0 4 + - - 2 2 6
USB 3.1 - + - - 1 2 2
Alle Angaben gelten kumulativ – zu den Fähigkeiten der Mini-Chipsätze der Ryzen-Prozessoren sind die Fähigkeiten des Mainboard-Chipsatzes also zu addieren.

Von den von AMD zur Verfügung gestellten Mainboard-Chipsätzen sind für die Ryzen-Prozessoren maximal die Chipsätze B350 und X370 interessant – wobei beide sogar Übertaktungen unterstützen, der einzige klare Feature-Unterschied im SLI-Support allein beim X370 liegt. Daneben gibt es einen erheblichen Preisunterschied, denn B350-Mainboards sind (derzeit) für 90-150 Euro zu haben, X370-Mainboards kosten dagegen gleich 150-260 Euro. Manche X370-Platinen können dies über hochwertigere Komponenten und viel mehr Features begründen – aber wer jetzt keine ganz besonderen Ansprüche hat, kann sicherlich auch bei den B350-Platinen mit etwas Suche ein passendes Modell finden. Zu beachten wäre an dieser Stelle noch, das AMD offiziell keine Ryzen-Treiber für Windows 7/8 zur Verfügung stellt, dies einige Mainboard-Hersteller aber sehr wohl tun. Trotzdem ist der Ryzen-Betrieb unter Windows 7/8 derzeit noch zu wenig evaluiert, um jenen ernsthaft empfehlen zu können.