Zen (マイクロアーキテクチャ)

Zen
生産時期	2017年3月から
販売者	AMD
設計者	AMD
生産者	GF
プロセスルール	14nm
アーキテクチャ	x86
マイクロアーキテクチャ	Zen
命令セット	AMD64
コア数	2から32; （スレッド数：2から64）
ソケット	Socket AM4; Socket TR4; Socket SP3
コードネーム	Banded Kestrel; Great Horned Owl; Pollock; Dali; Raven Ridge; Summit Ridge; Whitehaven; Snowy Owl; Naples
前世代プロセッサ	Excavator
次世代プロセッサ	Zen 2
L1キャッシュ	コアあたり96KB; （命令64KB, データ32KB）
L2キャッシュ	コアあたり512KB
L3キャッシュ	4コアあたり最大8MB
GPU	Radeon
ブランド名	Ryzen; AMD APU; Athlon; EPYC
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Zenマイクロアーキテクチャ（ゼンマイクロアーキテクチャ）とは、アドバンスト・マイクロ・デバイセズによって開発されたマイクロプロセッサのマイクロアーキテクチャである。2017年3月2日に正式発表され^[1]、Ryzenプロセッサとして製品化された。

特徴

長らく開発が停滞していたBulldozer以来となる、ゼロから完全に新しく設計されたアーキテクチャ。AMDによると、Zenの主な目標はコアあたりのパフォーマンスの向上である。

新しい特徴と改善された点は以下の通りである。

ライトバック方式のL1キャッシュ
- 従来のライトスルー方式に比べ、レイテンシがより低くなり、帯域がより増加する。
同時マルチスレッディング
- Bulldozerで使われていたCMT（Clustered Multi-Thread）とは異なり、1コアあたり2スレッドで処理できる。これは以前からIBM、インテル、オラクルのプロセッサに使われている^[2]。
大容量の内部命令キャッシュ
すべてのコアがサイクルあたり最大6の整数演算、最大4の浮動小数点演算を実行可能^[3]。
キャッシュメモリの帯域の増加
- L1・L2では2倍、L3では最大5倍となった。
クロック・ゲーティング
より大きなリタイア、ロード、ストアキュー
Bobcatに似たパーセプトロンによる、分岐予測の改善
フェッチステージから分離された分岐予測機
専用のスタックポインタを編集するため、インテルのHaswellやBroadwellに似たスタックエンジンを使用している^[4]。
Move elimination
- 電力消費を削減するために、物理的なデータの移動を削減する。
RDSEED（英語版）命令への対応
- 高性能なハードウェア乱数生成器であり、インテルのCPUではBroadwell以降から搭載されている^[5]。
DDR4 SDRAMへの対応

すべてのZenコアはクロックサイクルあたり4命令実行でき、μOPSキャッシュから整数、浮動小数点スケジューラに命令を供給する^[6]^[7]。すべてのコアは2つのアドレス生成ユニット（AGU）、4つの整数・浮動小数点ユニット（FPU）をもち、FPUのうち、2機は加算器として、残りの2機は乗算機として使われる。分岐予測機も改善されている。L1キャッシュは1コアごとに命令用に64KiB、データ用に32KiB、L2キャッシュは512KiB、L3キャッシュはコアあたり2MiB提供される。L3キャッシュは以前のAMDの設計と比較して5倍の帯域を提供する。

開発と歴史

2012年8月、AMDはZenマイクロアーキテクチャの開発を、ジム・ケラーの再雇用の直後に計画した^[8]。2015年、AMDはZenマイクロアーキテクチャの存在を正式に発表した。

ジム・ケラーは、2015年9月にAMDを退職するまでの3年間、Zenの開発を担当していたチームのリーダーを務めていた^[9]。

Zenは、本来であれば2017年にK12プロセッサーの後に登場する予定であったが、2015年のFinancial Analyst Dayにおいて、AMDはZenの設計をK12プロセッサーの開発よりも優先させるために、K12プロセッサーの登場を遅らせることを発表した。当時は、AMDは2016年10月頃に最初のZenベースプロセッサーを市場に投入するとしていた^[10]^[11]。

2015年11月、AMDはZenのテストを終え、「全て期待通りで、目立ったボトルネックは無かった」と評価した^[12]^[13]。

2015年12月、SamsungがAMDの14nm FinFETプロセスのプロセッサーであるZenとPolarisアーキテクチャのGPUの製造を担う契約をするかもしれないという噂が流れた^[14]。その後、2016年6月に、AMDの「Samsungの14nm FinFETプロセスでの製造が成功した」というアナウンスにて、Samsungも製造を担当することが正式に判明した^[15]。

Zenベースの最初のシステムは、E3 2016にてデモンストレーションが行われた。

前世代との比較

Zenは、以前のBulldozerとはまったく異なり、インテル製のプロセッサ向けに最適化されているソフトウェアでのパフォーマンスを向上させるために、さまざまな機能の変更や強化が行われている。

製造プロセス

Zenアーキテクチャは14nm・12nm FinFETプロセスで製造される^[16]。これは、AMD FXや旧世代のAPUで使われていた32nmプロセスおよび28nmプロセスよりも歩留まりが良いとされる^[17]。

パフォーマンス

Zenは、コアあたりの性能の向上のために、サイクルあたりの命令実行数（IPC）をExcavatorと比較して40%以上向上させるという目標があった^[18]。Excavatorのときは、Steamrollerと比較して、4～15%程度の改善しか見られなかったが^[19]^[20]、Zenは最終的にExcavatorと比較して52%ものIPCの改善がなされた^[21]。このような大きな改善を成し遂げることができた要因の一つに、SMTによるマルチスレッド処理が挙げられる。これにより、スループットが向上し、これまで以上のリソースが利用できるようになった。

Zenベースのプロセッサは、周波数や電圧の動的な制御のために、チップに内蔵されたセンサーを用いている^[22]。これにより、CPUの冷却能力に余裕がある場合、設定されたブースト周波数を超えた周波数での動作が可能となる。

AMDは、8コア16スレッドのZenベースのプロセッサが、Blenderのレンダリングや、HandBrakeのベンチマークにおいて、同クロックのIntel Broadwell-Eプロセッサよりも優れていることを実証した^[23]^[22]^[24]。

メモリ

Zenは最大で8チャネルのDDR4メモリをサポートする^[25]。

電力消費と熱出力

Zenベースのプロセッサは、AMD FXや旧世代のAPUよりも消費電力や熱出力が削減され、同じ電力消費と熱出力でより多くの演算が可能になった。

Zenは、消費電力の削減のために、クロック・ゲーティングを使用し^[7]、コアが使われていない時の周波数を下げている。これは「SenseMIテクノロジー」という機能によるもので、CPUに内蔵されたセンサーを使用し、周波数や電圧を動的に制御することにより実現している^[22]。

強化されたセキュリティと仮想化支援

ZenはSecure Memory Encryption（SME）とSecure Encrypted Virtualization（SEV）のサポートが追加されている。SMEは、システム起動時、オンボードにあるプロセッサ（ARM Cortex-A5）を用い、ページテーブル毎に実行されるメモリをリアルタイムに暗号化する機能で、DDR4の暗号化を可能にしている。これにより、メモリ内容のスヌーピングやコールドブートアタック（英語版）を防ぐことができる。

接続性

Zenは、SATA、USB、PCI Express、NVMeなど、サウスブリッジの大半をSoCとして組み込んでいる^[26]^[27]。

AMDは、Radeon Instinctの発表において、今後リリースされる、コードネームNaplesのZenベースCPUが、ディープラーニングシステムの構築に最適化されることを発表した^[28]^[29]。Naples CPUは、PCI Expressを最大64レーン提供し、PCI Express x16 コネクタに接続するInstinctカードを最大4枚接続できるようになるとされる。これに対して、インテルのXeonは、提供するPCI Expressは最大でも40レーンとなっている。

製品一覧

Zenは、デスクトップやノートパソコン向けにはRyzenやAMD APUとして、サーバー向けにはEPYCという新たなブランドとして展開される^[30]^[31]^[32]。

Zen

デスクトップ向け

Whitehaven

対応ソケット: Socket TR4

Whitehaven
ブランド	型番	CPU					TDP (W)	対応メモリ
		コア数（スレッド数）	クロック (GHz)		キャッシュ (MB)
		コア数（スレッド数）	定格	ターボ	L2	L3
Ryzen Threadripper	1950X	16 (32)	3.4	4.0	8	32	180	DDR4-2666
	1920X	12 (24)	3.5		6	32
	1900X	8 (16)	3.8		4	16

Summit Ridge

対応ソケット: Socket AM4

Summit Ridge
ブランド	型番	CPU					TDP (W)	対応メモリ
		コア数（スレッド数）	クロック (GHz)		キャッシュ (MB)
		コア数（スレッド数）	定格	ターボ	L2	L3
Ryzen 7	1800X	8 (16)	3.6	4.0	4	16	95	DDR4-2666
	1700X		3.4	3.8			95
	1700		3.0	3.7			65
Ryzen 5	1600X	6 (12)	3.6	4.0	3		95
	1600	6 (12)	3.2	3.6	3		65
	1500X	4 (8)	3.5	3.7	2
	1400	4 (8)	3.2	3.4		8
Ryzen 3	1300X	4 (4)	3.5	3.7
Ryzen 3	1200	4 (4)	3.1	3.4

Raven Ridge

対応ソケット: Socket AM4

Raven Ridge
ブランド	型番	CPU					GPU			TDP (W)	対応メモリ
		コア数（スレッド数）	クロック (GHz)		キャッシュ (MB)		ブランド	SP数	クロック (MHz)
		コア数（スレッド数）	定格	ターボ	L2	L3	ブランド	SP数	クロック (MHz)
Ryzen 5	2400G	4 (8)	3.6	3.9	2	4	RX Vega 11	704	1250	65	DDR4-2933
Ryzen 5	2400GE	4 (8)	3.2	3.8			RX Vega 11	704	1250	35
Ryzen 3	2200G	4 (4)	3.5	3.7			Vega 8	512	1100	65
Ryzen 3	2200GE	4 (4)	3.2	3.6			Vega 8	512		35
Athlon Silver	3050GE	2 (4)	3.4	N/A	1		Vega 3	192			DDR4-2666
Athlon	3000G		3.5
	320GE		3.5
	300GE		3.4
	240GE		3.5						1000
	220GE		3.4
	200GE		3.2

サーバー向け

Naples

対応ソケット: Socket SP3

Naples
ブランド	型番	CPU					TDP (W)	対応メモリ
		コア数（スレッド数）	クロック (GHz)		キャッシュ (MB)
		コア数（スレッド数）	定格	ターボ	L2	L3
EPYC	7601	32 (64)	2.2	3.2	16	64	180	DDR4-2666
	7571		2.2	3.0			200
	7551		2.0				180
	7551P						180
	7501						155
	7451	24 (48)	2.3	3.2	12		180
	7401		2.0	3.0			155
	7401P		2.0	3.0			155
	7371	16 (32)	3.1	3.8	8		200
	7351		2.4	2.9			155
	7351P		2.4	2.9
	7301		2.2	2.7
	7281		2.1	2.7		32
	7261	8 (16)	2.5	2.9	4	64
	7251	8 (16)	2.1	2.9	4	32	120	DDR4-2400

モバイル向け

Raven Ridge

Raven Ridge
ブランド	型番	CPU					GPU			TDP (W)	対応メモリ
		コア数（スレッド数）	クロック (GHz)		キャッシュ (MB)		ブランド	SP数	クロック (MHz)
		コア数（スレッド数）	定格	ターボ	L2	L3	ブランド	SP数	クロック (MHz)
Ryzen 7	2800H	4 (8)	3.3	3.8	2	4	RX Vega 11	704	1300	45	DDR4-3200
Ryzen 7	2700U		2.2	3.8			RX Vega 10	640	1300	15	DDR4-2400
Ryzen 5	2600H		2.2	3.6			Vega 8	512	1100	45	DDR4-3200
Ryzen 5	2500U		2.0	3.6			Vega 8	512		15	DDR4-2400
Ryzen 3	2300U	4 (4)	2.0	3.4			Vega 6	384
	3200U	2 (4)	2.6	3.5	1		Vega 3	192	1200
	2200U		2.5	3.4					1100
Athlon	300U		2.4	3.3					1000

Dali

Dali
ブランド	型番	CPU					GPU			TDP (W)	対応メモリ
		コア数（スレッド数）	クロック (GHz)		キャッシュ (MB)		ブランド	SP数	クロック (MHz)
		コア数（スレッド数）	定格	ターボ	L2	L3	ブランド	SP数	クロック (MHz)
Ryzen 3	3250U	2 (4)	2.6	3.5	1	4	Radeon Graphics	192	1200	15	DDR4-2400
Athlon Gold	3150U		2.4	3.3					1000	15
Athlon Silver	3050e		1.4	2.8					1000	6
Athlon Silver	3050U	2 (2)	2.3	3.2				128	1100	15
AMD APU	3020e	2 (2)	1.2	2.6				192	1000	6

Pollock

Pollock
ブランド	型番	CPU					GPU			TDP (W)	対応メモリ
		コア数（スレッド数）	クロック (GHz)		キャッシュ (MB)		ブランド	SP数	クロック (MHz)
		コア数（スレッド数）	定格	ターボ	L2	L3	ブランド	SP数	クロック (MHz)
AMD APU	3015e	2 (4)	1.2	2.3	1	4	Radeon Graphics	192	600	6	DDR4-1600

組み込み向け

Snowy Owl

Snowy Owl
ブランド	型番	CPU					TDP (W)	対応メモリ
		コア数（スレッド数）	クロック (GHz)		キャッシュ (MB)
		コア数（スレッド数）	定格	ターボ	L2	L3
EPYC	3451	16 (32)	2.15	3.0	8	32	100	DDR4-2666
	3401	16 (16)	1.85		8		85
	3351	12 (24)	1.9		6		80
	3301	12 (12)	2.0		6		65
	3255	8 (16)	2.5	3.1	4	16	55
	3251	8 (16)	2.5				55
	3201	8 (8)	1.5				30	DDR4-2133
	3151	4 (8)	2.7	2.9	2		45	DDR4-2666
	3101	4 (4)	2.1	2.9	2	8	35	DDR4-2666

Great Horned Owl

Great Horned Owl
ブランド	型番	CPU					GPU			TDP (W)	対応メモリ
		コア数（スレッド数）	クロック (GHz)		キャッシュ (MB)		ブランド	SP数	クロック (MHz)
		コア数（スレッド数）	定格	ターボ	L2	L3	ブランド	SP数	クロック (MHz)
Ryzen	V1807B	4 (8)	3.35	3.8	2	4	Vega 11	704	1300	45	DDR4-3200
	V1780B		3.35	3.6			N/A
	V1756B		3.25				Vega 8	512	1100
	V1404I		2.0							15	DDR4-2400
	V1605B		2.0
	V1500B		2.2	N/A			N/A
	V1202B	2 (4)	2.3	3.2	1		Vega 3	192	1000

Banded Kestrel

Banded Kestrel
ブランド	型番	CPU					GPU			TDP (W)	対応メモリ
		コア数（スレッド数）	クロック (GHz)		キャッシュ (MB)		ブランド	SP数	クロック (MHz)
		コア数（スレッド数）	定格	ターボ	L2	L3	ブランド	SP数	クロック (MHz)
Ryzen	R1606G	2 (4)	2.6	3.5	1	4	Vega 3	192	1200	15	DDR4-2400
	R1600		2.6	3.1			N/A
	R1505G		2.4	3.3			Vega 3	192	1000
	R1305G		1.5	2.8						10
	R1102G	2 (2)	1.2	2.6						6

Zen+

デスクトップ向け

Colfax

対応ソケット: Socket TR4

Colfax
ブランド	型番	CPU					TDP (W)	対応メモリ
		コア数（スレッド数）	クロック (GHz)		キャッシュ (MB)
		コア数（スレッド数）	定格	ターボ	L2	L3
Ryzen Threadripper	2990WX	32 (64)	3.0	4.2	16	64	250	DDR4-2933
	2970WX	24 (48)	3.0	4.2	12	64	250
	2950X	16 (32)	3.5	4.4	8	32	180
	2920X	12 (24)	3.5	4.3	6	32	180

Pinnacle Ridge

対応ソケット: Socket AM4

Pinnacle Ridge
ブランド	型番	CPU					TDP (W)	対応メモリ
		コア数（スレッド数）	クロック (GHz)		キャッシュ (MB)
		コア数（スレッド数）	定格	ターボ	L2	L3
Ryzen 7	2700X	8 (16)	3.7	4.3	4	16	105	DDR4-2933
	2700		3.2	4.1			65	DDR4-2933
	2700E		2.8	4.0			45	DDR4-2666
Ryzen 5	2600X	6 (12)	3.6	4.2	3		95	DDR4-2933
	2600		3.4	3.9			65	DDR4-2933
	1600AF		3.2	3.6			65	DDR4-2666
	2600E		3.1	4.0			45	DDR4-2666
	2500X	4 (8)	3.6		2	8	65	DDR4-2933
Ryzen 3	2300X	4 (4)	3.5					DDR4-2933
Ryzen 3	1200AF	4 (4)	3.1	3.4				DDR4-2666

Picasso

対応ソケット: Socket AM4

Picasso
ブランド	型番	CPU					GPU			TDP (W)	対応メモリ
		コア数（スレッド数）	クロック (GHz)		キャッシュ (MB)		ブランド	SP数	クロック (MHz)
		コア数（スレッド数）	定格	ターボ	L2	L3	ブランド	SP数	クロック (MHz)
Ryzen 5	3400G	4 (8)	3.7	4.2	2	4	RX Vega 11	704	1400	65	DDR4-2933
Ryzen 5	3400GE	4 (8)	3.3	4.0			RX Vega 11	704	1300	35
Ryzen 3	3200G	4 (4)	3.6	4.0			Vega 8	512	1250	65
Ryzen 3	3200GE		3.3	3.8			Vega 8	512	1200	35
Athlon Gold	3150G		3.5	3.9			Vega 3	192	1100	65
Athlon Gold	3150GE		3.3	3.8			Vega 3	192	1100	35

モバイル向け

Picasso

Picasso
ブランド	型番	CPU					GPU			TDP (W)	対応メモリ
		コア数（スレッド数）	クロック (GHz)		キャッシュ (MB)		ブランド	SP数	クロック (MHz)
		コア数（スレッド数）	定格	ターボ	L2	L3	ブランド	SP数	クロック (MHz)
Ryzen 7	3780U	4 (8)	2.3	4.0	2	4	RX Vega 11	704	1400	15	DDR4-2400
	3750H						RX Vega 10	640		35
	3700U						RX Vega 10	640		15
Ryzen 5	3580U		2.1	3.7			Vega 9	576	1300	15
	3550H						Vega 8	512	1200	35
	3500U									15
	3450U			3.5
Ryzen 3	3350U	4 (4)					Vega 6	384
Ryzen 3	3300U	4 (4)					Vega 6	384

組み込み向け

River Hawk

River Hawk
ブランド	型番	CPU					GPU			TDP (W)	対応メモリ
		コア数（スレッド数）	クロック (GHz)		キャッシュ (MB)		ブランド	SP数	クロック (MHz)
		コア数（スレッド数）	定格	ターボ	L2	L3	ブランド	SP数	クロック (MHz)
Ryzen	R2544	4 (8)	3.35	3.7	2	4	Radeon Graphics	512	1300	45	DDR4-3200
	R2514	4 (8)	2.1	3.7				512	1200	15	DDR4-2666
	R2314	4 (4)	2.1	3.5				384			DDR4-2666
	R2312	2 (4)	2.7	3.5	1			192			DDR4-2400

脚注

[脚注の使い方]

外部リンク

「Zen」コア・アーキテクチャー - AMD

この項目は、コンピュータに関連した書きかけの項目です。この項目を加筆・訂正などしてくださる協力者を求めています（PJ:コンピュータ/P:コンピュータ）。

[1] “いよいよ発売。Ryzen 7と対応チップセットのスペックを総まとめ”. 2025年1月1日閲覧。

[2] “AMD Zen Confirmed for 2016, Features 40% IPC Improvement Over Excavator”. 2017年3月19日閲覧。

[3] “AMD Opens The Lid on Zen Architectural Details at Hot Chips – Huge Performance Leap Over Excavator, Massive Throughput on 14nm FinFET Design”. WCCFtech. 23 August 2016閲覧。

[4] Fog, Agner. “The microarchitecture of Intel, AMD and VIA CPUs”. Technical University of Denmark. 2017年3月19日閲覧。

[AMD_Starts_Linux_Enablement-5] “AMD Starts Linux Enablement On Next-Gen "Zen" Architecture”. Phoronix. (17 March 2015) 17 March 2015閲覧。

[dresdenboy-6] “AMD's Zen core (family 17h) to have ten pipelines per core”. 2017年3月19日閲覧。

[zen_anand-7] Cutress, Ian (18 August 2016). “AMD Zen Microarchitecture”. Anandtech 18 August 2016閲覧。

[8] Jim Keller On AMD's Next-Gen High Performance x86 Zen Core & K12 ARM Core. YouTube. 7 May 2014.

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[13] “OC3D :: Article :: AMD Tests Zen CPUs, "Met All Expectation" with no "Significant Bottlenecks" found :: AMD Tests Zen CPUs, Met All Expectation with no Significant Bottlenecks found”. 2017年3月19日閲覧。

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[15] Moorhead, Patrick (25 July 2016). “AMD Officially Diversifies 14nm Manufacturing With Samsung”. Forbes 26 July 2016閲覧。

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[17] Lilly, Paul (23 July 2016), “AMD Shipping Zen In Limited Quantity Q4, Volume Rollout Ramps Q1 2017”, hothardware.com, "Zen is being built on an advanced GlobalFoundries-sourced 14nm FinFET process"

[18] Smith, Ryan (31 May 2016). “AMD Briefly Shows Off Zen "Summit Ridge" Silicon” 7 June 2016閲覧。

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特徴

開発と歴史

前世代との比較

製造プロセス

パフォーマンス

メモリ

電力消費と熱出力

強化されたセキュリティと仮想化支援

接続性

製品一覧

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脚注

関連項目

外部リンク