Test du Ryzen 9 9950X3D : le processeur ultime pour créer et jouer !

Le 3D V-Cache au-dessus, ça change tout (mais toujours sur un seul CCD) !

Comme pour Zen 3 et 4 à leur époque, AMD décline quelques mois après le lancement de Zen 5, les variantes disposant d'un cache de niveau 3 plus large, nommé commercialement 3D V-Cache. Le délai les séparant est toutefois bien réduit, tout du moins pour le R7 9800X3D puisqu'il a fallut attendre 4 mois et demi supplémentaires pour les 2 autres. Nous ne reviendrons pas sur les nouveautés de l'architecture, déjà explorées ici, mais allons juste rappeler ici les spécificités de cette série, comme nous l'avions déjà fait lors du test de l'octocœur. Dès leur lancement initial, les versions X3D des Ryzen ont dû gérer une problématique thermique importante, conduisant à des fréquences de fonctionnement conservatrices et à la limitation de leurs possibilités d'overclocking, ceci afin d'éviter tout problème de fiabilité.

En effet, le 3D V-Cache tel qu'implémenté sur les Ryzen 5000/7000, prend la forme d'un empilement de deux dies, à savoir celui d'un CCD classique constitué des unités de calcul (et de ses caches) et d'un second positionné au-dessus, intégralement composé de SRAM constituant le cache de niveau 3 additionnel. TSMC ajoute également deux "pièces" de silicium structurelles de part et d'autres, consolidant l'ensemble via une superposition parfaite des deux dies, assurant ainsi le transfert de chaleur vers le heat-spreader et donc le refroidissement de l'intégralité du CCD, plus grand que le die "cache" le chapeautant. Cela peut paraitre une solution pour le moins bricolée, mais le fait est que cela fonctionne et plutôt très bien, si on exclut la problématique thermique indiquée précédemment.

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3D V-Cache : structure initiale

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3D V-Cache : interconnexion originale

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3D V-Cache : TSV

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3D V-Cache : hauteur de die

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Petits rappels sur le 3D V-Cache

Sachant que les unités de calcul sont les éléments dégageant le plus de chaleur et que le silicium n'est pas réputé pour sa conduction thermique, un tel montage n'est pas idéal. Pour cette nouvelle génération de processeurs X3D, AMD introduit une nouveauté d'importance : le die dédié aux calculs n'est plus chapeauté par celui dévolu à l'accroissement du cache L3, mais l'inverse. Ce faisant, il est donc en contact direct avec le heat-spreader, permettant ainsi de transférer beaucoup plus efficacement la chaleur émise au refroidisseur, alors que cette dernière devait préalablement transiter par le second die ou le silicium structurel.

L'interconnexion des deux dies est toujours réalisée par le biais de TSV (Though-Silicon Via) qui, comme leur nom l'indique, sont des voies de passage au travers même du silicium. Bien entendu, ces TSV ont un impact sur la densité de transistors, puisque ces puits verticaux empêchent toute gravure de transistors à leur niveau. Mais la problématique réside davantage ici dans le fait d'alimenter les unités de calculs très énergivores par cet unique biais, obligeant vraisemblablement AMD à multiplier leur nombre. Cela explique probablement en partie l'accroissement de la surface du die cache, qui pourtant n'augmente pas en capacité (64 Mo).    

Le cache générant bien moins de chaleur que les unités de calcul, il parait évident de réaliser l'attelage dans ce sens, la question a donc été posée au concepteur : pourquoi ne pas l'avoir fait avant ? Il semble en fait qu'AMD ait voulu tester cette technologie à moindre coût/risque, le Ryzen 7 5800X3D ayant été un ballon d'essai pour voir comment le produit serait accueilli par le public. Le succès de sa commercialisation a validé le bienfondé de cette stratégie, mais Zen 4 était déjà dans un état de développement avancé, trop tard pour envisager une autre approche concernant les déclinaisons X3D. Pour Zen 5 par contre, AMD a pu prévoir dès sa conception un design prenant en compte l'intégration optimale de ce second die. Ce dernier faisant à présent exactement la même taille que le CCD, le besoin des pièces de silicium structurel disparait également.   

3D V-Cache de seconde génération

AMD lève à présent toutes les limites à l'overclocking qu'il imposait préalablement à ses puces X3D, preuve s'il en fallait une que la gestion thermique est bien meilleure. Après un Ryzen 7 9800X3D utilisant un unique CCD 3D V-Cache, voici venue l'heure des modèles plus richement dotés en cœurs. Ceux qui s'attendaient à deux CCD 3D V-Cache seront déçus, puisqu'à l'instar des 7900X3D/7950X3D, les nouveaux venus coupleront un CCD de ce type à un autre "traditionnel". AMD argue que cela n'aurait pas beaucoup de sens en termes de performances pour un surcoût non négligeable. C'est probablement vrai comme nous le détaillerons au niveau des latences entre caches un peu plus bas. Voici résumé dans le tableau ci-dessous la gamme 9000 commercialisée à cette heure (attention les tarifs affichés correspondent à ceux en vigueur à ce jour et pas nécessairement lors de leur lancement). 

AMD positionne le Ryzen 9 9950X3D au même MSRP que son prédécesseur, ce qui en fait la version la plus chère de la gamme actuelle. La version dodécacœur se retrouve quant à elle au même tarif que le 9950X, il faudra donc choisir entre 16 coeurs ou 12 mais avec 6 dotés de 3D V-Cache, le dilemme étant à peu près similaire entre 9900X et 9800X3D. Voilà pour la gamme Zen 5, passons à présent au processeur reçu pour ce test.

Ryzen 9 9950X3D

Un petit mot compatibilité avant de décrire le processeur : toutes les cartes mères à socket AM5 sont compatibles avec le nouveau venu, mais ces dernières doivent être mises à jour avec un BIOS disposant au minimum de l'AGESA PI 1.2.0.3 Patch a pour des performances optimales. Physiquement, c'est un autre processeur AM5, sans signe distinctif particulier, hormis le marquage. La face arrière arrière du processeur comprend quant à elle toujours les 1 718 points de connexion au socket.

Le Ryzen 9 9950X3D côté pile et face

Que nous apprend CPU-Z sur le nouveau venu ? On retrouve la configuration attendue à 16 cœurs physiques prenant en charge le SMT et disposant individuellement d'un mégaoctet de cache L2. À cela, s'ajoute 96 Mo de cache de niveau 3 du premier CCD et 32 Mo du second. La structure du processeur est donc est donc similaire à celle de son prédécesseur, par contre le TDP passe de 120 W sur le 7950X3D à 170 W pour le Ryzen 9 9950X3D, soit une puissance électrique maximale au niveau du socket (PPT) de 200 W (contre 162 W). Ce changement est possible grâce au positionnement du 3D V-Cache sous les cœurs pour le CCD qui en est doté, permettant de dissiper des puissances bien plus importantes. Cela permet ainsi de monter significativement les fréquences des cores de ce dernier, comme vous le verrez un peu plus bas. Concernant les cœurs issus du CCD "classique", ils atteignent la même fréquence que ceux du 7950X3D, soit 5,7 GHz (voire un chouia plus). A pleine charge les fréquences vont bien entendu baisser, avec environ 4,55 GHz mesuré ici par CPU-Z (1^er cœur). 

Le Ryzen 9 9950X3D : les fréquences via CPU-Z

Fréquences du Ryzen 9 9950X3D (Repos, 1 cœur actif, tous cœurs actifs)

HWiNFO permet de monitorer un peu plus finement le processeur : les cœurs du CCD avec 3D V-Cache sont identifiés comme étant les premiers par l'OS. Leurs maxima se situent à 5,55 GHz contre 5,25 GHz pour le 7950X3D, et 5,725 GHz (inchangés) pour ceux issus du CCD "traditionnel" lorsque la charge est modérée. Lorsque cette dernière est par contre sévère, l'intégralité de l'enveloppe de puissance électrique est consommé conduisant à une baisse de fréquence : 4,55 GHz pour les premiers et légèrement sous les 4,8 GHz pour ceux du second. Du côté de la température de fonctionnement, le maximum côté CCD 3D V-Cache est de 83°C et un peu moins de 82°C pour le "classique", et ce à l'aide d'un Noctua NH-U12A. Notez toutefois qu'il s'agit ici de températures de crête ne s'appliquant qu'une fraction de seconde, la valeur "nominale" étant davantage aux alentours des 75°C dans les deux cas.

Le Ryzen 9 9950X3D : les fréquences via HWiNFO64

Fréquences du Ryzen 9 9950X3D via HWiNFO

Pour en finir avec les fréquences, nous utilisons également une boucle de divisions flottantes au moyen de l'utilitaire stress sous Linux. Au bout de 70 secondes (afin de limiter les variations dues à un potentiel boost trop court), nous échantillonnons 30 mesures de fréquences (du premier coeur performance) espacées de 200 ms entre elles, puis reportons la médiane des maxima obtenus. Nous répétons l'opération complète à chaque changement du nombre de threads sollicités. Notez que ce test est moins intense que certaines charges très lourdes (rendu 3D, etc.), évitant ou atténuant certaines limitations liées à la puissance ou les températures. A titre d'étalon, nous ajoutons les valeurs obtenues par le 9950X. Comme on peut le voir, la fréquence maximale admissible sur le cœur le plus rapide est proche entre ces deux références, logique puisque les cœurs les plus rapides sont issus du même type de CCD (sans 3D V-Cache).

Ryzen 9 9950X3D : les fréquences

Un mot à présent sur les latences entre caches du Ryzen 9 9950X3D. Pour cela, nous utilisons un petit script développé par Nicolas et mesurant ces valeurs (ns) que nous représentons ensuite au travers d'une matrice à 2 dimensions via un tableur et une mise en forme conditionnelle avec nuances de couleurs variant du vert (latence la plus faible) au rouge (latence la plus élevée). Comme on peut le voir, les latences au sein d'un même CCD sont relativement proches entre les deux types et la pénalité survient logiquement lorsqu'il faut passer d'un CCD à l'autre. Dans ces conditions, on comprend tout à fait qu'AMD parque les cœurs d'un CCD (sur les modèles en disposant de deux) pour certains types d'applications, dont les jeux. En effet, l'ordonnanceur de Windows ayant la fâcheuse tendance à balader les processus d'un cœur à l'autre, si cela se produit entre CCD ce n'est pas gratuit en matière de latence et donc de performance. Qui plus est, les CCD n'étant pas équivalents ici, il est important d'utiliser le "bon" CCD pour la bonne "tâche", comme par exemple les jeux friands de cache et gagnant donc à s'exécuter sur la version à 3D V-Cache, alors que certaines applications gagneront au contraire à profiter d'une fréquence supérieure.

Pour cela, AMD propose ce qu'il faut en matière de services s'exécutant au niveau du système d'exploitation, mais il faut veiller à bien installer le dernier package des pilotes chipset. La mise à jour la plus récente de la Game Bar (via le Windows Store) doit également être installée, puisque c'est elle qui sert à l'identification des jeux et donc leur affectation au CCD X3D. Il est également nécessaire d'activer le mode jeu de Windows et s'assurer que l'isolation du noyau de ce dernier est actif (option Virtualization-based Security dans le BIOS à activer préalablement). Avec cela vous serez en mesure de profiter au mieux du Ryzen 9 9950X3D (c'est également valable pour les autres puces à 2 CCD de cette série 9000 ou 7000).

Latence entre coeurs : Ryzen 9 9950X3D

Les latences intercaches du Ryzen 9 9950X3D

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