Ryzen 5 2600X – Arquitetura, overclock e resultados.

Fala galera, beleza?

Algum tempo atrás, 19 de abril de 2018 para ser mais preciso, a AMD lançou a segunda geração dos CPUs Ryzen, na verdade, um refresh da primeira geração com algumas melhorias e um processo de fabricação mais refinado.

Para esse CPU, cujo codenome é “Pinnacle Ridge”, foi mantido a mesma “infraestrutura” do die “Zeppelin”, sendo que em relação ao “Summit Ridge” não existem diferenças no que diz respeito ao die size (cerca de ~210mm²) e número de transistores (~4.8bi), ou seja, trata-se da mesma configuração com 2 CCX, 16MB de L3, 32 Lanes PCI-E, dois controladores de memória de 64-bits e possibilidade de conexão com mais 3 dies.

Para a arquitetura “Zen+”, não houveram mudanças no pipeline (unidades de execução e afins) que é idêntico ao da primeira geração sendo que os ganhos apresentados, tanto em IPC quanto clock, são advindos de tweaks realizados nos subsistemas de cache, memória e no processo de fabricação, sendo esse ultimo de responsabilidade da Global Foundries.

No que diz respeito aos tweaks realizados, é possível destacar a redução da latência dos caches, por exemplo, o L2 nos Ryzen AM4 de primeira geração apresentam latência de 17 ciclos enquanto que nos de segunda (Zen+) esse valor foi reduzido para apenas 11 ciclos, sendo que houve tratamento semelhante para todos os níveis de cache (L1, L2 e L3) e também para o controlador de memória.

Conforme foi dito no review das APUs Raven Ridge, elas também incorporam tweaks dessa natureza, no entanto, devido a CCX das mesmas ter apenas metade do cache L3 (4MB) em relação a do “Zeppelin”, essas alterações ali serviram mais como uma forma de compensar essa “deficiência”, no entanto, no “Pinnacle Ridge” (8MB de L3 por CCX), houve um ganho de aproximadamente 3% no IPC para aplicações single thread, sendo que esse ganho deve ser mais pronunciado em aplicações que se beneficiam de uma menor latência, como jogos e menor em situações que dependem mais de “throughput” como por exemplo, aplicativos de renderização 3D.

Em relação ao processo de fabricação usado, é o 12nm LP da Global Foundries, que na realidade trata-se de uma “otimização de meia-vida” do 14nm LPP licenciado da Samsung e que a AMD vinha usando nos seus CPUs/GPUs até agora.

Para esse processo foi anunciado um ganho de 15% de densidade e 10% de performance em relação as soluções 16nm FinFET da industria, o que assumo que se trata do processo da TSMC. A principio houve alguma especulação sobre a possibilidade da GloFo ter feito “shrink” nas camadas de metalização (BEOL) e por isso o incremento de 15% na densidade, no entanto, essa informação se mostrou falsa e os ganhos de densidade vieram por conta da introdução de uma nova biblioteca usando células 7.5T, o que implica que se o projeto não for revisado usando essas novas células, os ganhos de densidade serão iguais a zero, o que explica o fato do die do “Pinnacle Ridge” ter exatamente o mesmo tamanho do “Summit Ridge”.

Ainda sobre o processo de litografia, esse ganho de 10% na performance é proveniente das otimizações realizadas na geometria dos transistores no processo 12LP em relação ao 14LPP, visando aumentar a capacidade de condução de corrente dos mesmos. Na prática, isso implica que o “Pinnacle Ridge” deve trabalhar com tensões um pouco menores para uma mesma frequência e ter um ganho de frequência máxima na casa dos 200~300MHz, novamente em relação ao “Summit Ridge”.

Caso alguém tenha interesse em se aprofundar mais nessa questão do processo litográfico, recomendo esse artigo do Wikichip que detalha bem as mudanças que foram realizadas com as respectivas relações de “causa-efeito” dessas alterações. 🙂

Para aproveitar ao máximo esses ganhos de frequência, a AMD atualizou o algoritmo do Precision Boost para a sua segunda iteração, que é a mesma utilizada nas APUs “Raven Ridge” e permite o CPU sempre trabalhar na frequência máxima possível para a tarefa que estiver sendo realizada, tudo isso tomando como base a temperatura do CPU, corrente e número de threads sendo utilizados.

Sobre o CPU usado nesse artigo, a AMD me enviou duas amostras do Ryzen 5 2600X com o objetivo de determinar a melhor delas para uso em overclock extremo e benchmarks competitivos. Esse CPU é um hexa-core com SMT, com clock base de 3.6GHz, boost de 4.25GHz, TDP de 95W e preço sugerido de $229, podendo ser encontrado no mercado brasileiro por cerca de R$1100.

Conforme havia comentado no post sobre as novidades de julho, esses primeiros testes para determinar a melhor amostra foram conduzidos usando a MSI B350I PRO AC e consistiram em travar o vcore em 1.35V para verificar qual o clock máximo que o CPU conseguia completar o Cinebench R15 por 3x seguidas usando refrigeração a água, e com isso, obtive os resultados da tabela abaixo. Todos os resultados desse artigo foram obtidos usando o CPU #2 e para um exemplar mediano, considere algo como 100~125MHz a menos para a mesma tensão em relação ao obtido por essa amostra. 🙂

Feitas as apresentações, vamos ao hardware utilizado e os resultados!

Hardware/Software utilizado e objetivo dos testes:

CPU: AMD Ryzen 5 2600X (Obrigado AMD!)

MOBO: ASUS ROG Crosshair VII Hero

RAM: 2x8GB DDR4 G.Skill Flare X 3200 Cl14

GPU: AMD Radeon RX480 8GB (Obrigado AMD!) e Galax GeForce GTX1060 OC (Obrigado Renan!)

REFRIGERAÇÃO: Water Cooler Custom e SF3D Inflection Point

STORAGE: PNY Optima 60GB

SO: Windows 7 X64 SP1

Objetivo dos testes:

Descobrir o limite do Ryzen 5 2600X usando diferentes tipos de refrigeração (Água, DICE e LN2) visando extrair performance máxima nos benchmarks, assim como competir na Division V do HWBOT. Os detalhes de como foram conduzidos os testes e metodologia estão descritos no texto que acompanham os resultados. 😉

Resultados:

Para melhorar a organização e a visualização dos resultados, dividi os mesmos pela refrigeração utilizada. Na real, a sessão usando gelo seco foi realizada depois da com LN2 e considero essa informação de alguma relevância por conta da participação na Division V.

• Overclock usando refrigeração a água:

Usando esse tipo de refrigeração, foi possível completar a maioria dos testes com uma frequência de 4425MHz com algo entre 1.425V e 1.45V no vcore, o que representa um ganho de cerca de 300MHz em relação ao obtido com o Ryzen 5 1600X usando o mesmo sistema de refrigeração! Para uso diário, consegui estabilidade rodando o CPU @ 4250MHz com 1.35V, o que é algo inatingível para o Ryzen de primeira geração.

Com relação ao overclock nas memórias, foi possível atingir 3750MHz com CL12 para benchmark, no entanto, para isso tive que “brincar” com o bclk via SO devido ao fato de não ser possível passar no processo de “memory training” (post code: F9) acima de 3666MHz direto da bios. Para uso diário e do ponto de vista do CPU, esses limites são exatamente os mesmos encontrados os Ryzen de primeira geração e nas APUs, ali na casa dos 3533MHz com ferramentas como a Ryzen DRAM Calculator sendo de grande valia na hora de otimizar os timings.

Uma dica que dou especificamente para aqueles que possuem memórias com chip Samsung B-Die e que pretendem rodar benchmarks usando timings agressivos (CL12) com clocks altos (3533+) é limitar a memória máxima disponível para o SO em 3584MB ou menos no msconfig. Essa dica também funciona em plataformas Intel e o ganho que se tem na estabilidade do sistema é notório!

Abaixo os resultados obtidos nos benchmarks 2D usando refrigeração a água:

• Overclock Extremo – Gelo Seco (DICE):

Usando gelo seco foi possível manter as temperaturas na casa dos -55ºC, o que me permitiu completar os benchmark com o CPU @ 4800MHz 1.55V e RAM @ 3733 12-11-11-24 1T 1.85V. Assim como nas APUs, não houveram problemas de estabilidade com o controlador de memória enquanto que operando com temperaturas abaixo dos -20ºC, que é algo que ocorre com os Ryzen de primeira geração. Na verdade, verifiquei ganhos na performance do IMC e com apenas -50ºC foi possível passar no post com até 3866MHz, ainda que sem estabilidade para completar o 3DMark.

Como disse anteriormente, essa sessão foi realizada após os testes no LN2 e o foco foram nos benchmarks 3D, em especial no 3DMark11 para o estágio 2 da Division V. Apesar de esse não ter sido o objetivo dessa sessão, acabei rodando o Fire Strike que me rendeu um extraordinário 4º lugar no ranking da RX480!!! Isso mostra que o Ryzen pode ser sim usado como CPU para benchmarks 3D de forma séria e também obter resultados competitivos em algumas dessas categorias. 🙂

Também aproveitei que estava com um excedente de gelo seco e rodei alguns benchmarks que o pessoal costuma usar como referência para comparação em grupos de discussão, no caso me refiro ao CPU-Z e o Cinebench R15 Single Thread, o que podem ser vistos na galeria abaixo.

• Overclock Extremo – Nitrogênio Liquido (LN2):

E finalmente, os resultados no LN2! E que resultados!!! 😀

Em relação ao funcionamento do CPU com temperaturas de até -190ºC, é tranquilo se você tiver em mãos uma placa-mãe que tenha jumper “LN2 Mode” e que permita ajuste de tensão da PLL acima dos 2.4V, pois caso contrário, esbarrará nas mesmas limitações que encontrei quando testei o Ryzen 5 1600X no LN2 usando a ASUS PRIME B350-PLUS. Uma outra limitação que encontrei e que não houve tempo hábil para testar melhor, é que o PCI-E cai para modo 1.1 enquanto estiver usando o LN2 Mode, o que pode comprometer um pouco os resultados em alguns benchmarks 3D. Para refrigeração com DICE não foi necessário utilizar o jumper LN2 Mode.

Essa minha amostra “gold” de 2600X foi capaz de rodar a maior parte dos benchmarks com frequências entre 5625 e 5675MHz e vcore na casa dos 1.75V~1.8V, o que por si só já o coloca entre os melhores exemplares de “Pinnacle Ridge” conhecidos e como se isso já não o bastasse, o IMC dele também mostrou a mesma qualidade e permitiu completar os benchmarks com frequências entre 3800 e 4000MHz com CL12, sim, é isso que vocês leram, 4000MHz CL12 em AMD! 🙂

Atingir essa marca não é algo trivial nem mesmo nas plataformas Intel, sendo necessário o uso de placas-mãe com apenas dois slots de memória como a Maximus X Apex ou ASRock Z170M OC Formula, CPUs binados e um “fator humano” que ajude. Dificuldades a parte, se alguém tem a curiosidade de saber como um Ryzen @ 5625MHz com memórias @ 4000 12-11-11-28 1T se saem no benchmark do AIDA64, o screenshot abaixo tem a resposta. 🙂

Os demais resultados em benchmarks 2D podem ser vistos na galeria abaixo. Esses até o momento são os recordes para CPU AMD Hexa-Cores e alguns desses resultados estão bem posicionados até mesmo no ranking geral para CPUs 6x cores, por exemplo, o GPUPI 1B está em 25º lugar no ranking geral dos CPUs dessa “core count” e o Geekbench 3 está em 30º lugar! Números extraordinários se levarmos em consideração que existe um deficit de mais de 1GHz em relação ao Intel “Coffee Lake” que está em primeiro lugar nesse mesmo ranking.

Com relação a competição no HWBOT, a Division V tinha como limitação CPUs até no máximo Ryzen 5 e GPUs “mid-end” com exceção da GTX 1070Ti, que foi meio que um lapso dos organizadores pois outras placas como GTX 1080Ti, 1080, 1070, RX Vega 64/56 e até mesmo GTX 980Ti não eram permitidas.

Foram cinco estágios sendo os seguintes benchmarks: GPUPI 100M 3.3, 3DMark11, 3DMark05, Cinebench R15, Geekbench4 MT. Essa competição se encerrou hoje pela manha (aqui no Brasil) e a classificação final pode ser vista abaixo.

Como pode ser visto, terminei em primeiro lugar no geral, o qual devo agradecer a AMD (Alfredo Heiss) pelo suporte oferecido com o hardware e pela confiança depositada em mim, pois isso não teria sido possível sem essa ajuda. 🙂

Conclusão:

Os CPUs Ryzen “Pinnacle Ridge” em termos de overclock extremo representam um salto considerável em relação ao Summit Ridge, resolvendo os problemas, leia-se, o comportamento do IMC com temperaturas negativas, que minavam a competitividade dos mesmos em várias benchmarks, especialmente 3D e trazendo um salto apreciável na frequência máxima. Outro ponto positivo é que não há necessidade de se preocupar com ferramentas de delid e afins por conta do CPU ter o IHS soldado.

No que diz respeito a uso diário, houve ali um ganho nas frequências na casa de 200~300MHz, um pequeno ganho de IPC e mecanismos que permitem o CPU a extrair o máximo (ou quase isso) de performance sem intervenção do usuário, otimizando o clock do mesmo de acordo com as condições de temperatura, corrente e workload.

De forma geral, os resultados são bastante positivos para um refresh e para os próximos artigos a respeito desse CPU, podem esperar testes e algumas comparações em relação ao Ryzen 5 1600X e os ganhos sugeridos pela AMD.

Mais uma vez agradeço a AMD pelo suporte pois sem o mesmo, esse artigo e os resultados não existiriam. E é isso! Dúvidas, sugestões ou mesmo comentários aleatórios são bem-vindos! 🙂

Até a próxima!