Zen 2

Zen 2 마이크로아키텍처의 주요 변경점은 공정 미세화와 함께 이루어진 설계 개선에서 비롯된다. 이전 세대인 Zen에 비해 TSMC의 7nm 공정을 채택하여 다이 면적이 반으로 줄었으며, 이로 인해 동일 클럭 기준 전력 소모는 50% 감소하고, 동일 전력 기준 성능은 25% 향상되었다. 또한, PCIe 4.0을 정식으로 지원하는 최초의 데스크톱 CPU가 되었다.

아키텍처 설계 측면에서 가장 큰 변화는 코어 복합체(CCX)와 입출력 컨트롤러가 별도의 실리콘 다이로 분리된 칩렛 구조를 채택한 점이다. 고성능 코어는 7nm 공정의 CPU 다이(CCD)에, 메모리 컨트롤러와 PCIe 컨트롤러 등은 12nm 공정의 I/O 다이(cIOD)에 집적되어 비용 대비 효율성을 극대화했다. 이 구조는 서버용 에픽 프로세서에도 적용되었다.

코어 레벨의 성능 향상을 위해 프론트 엔드와 백 엔드가 전반적으로 개선되었다. 분기 예측기가 강화되고 재정렬 버퍼(ROB)가 확장되었으며, 가장 두드러진 점은 부동소수점 연산 유닛의 처리 대역폭이 128-bit에서 256-bit로 두 배 증가한 것이다. 이로 인해 AVX2 명령어 처리 성능이 크게 향상되었다. 또한, L3 캐시 용량이 CCX당 8MB에서 16MB로 두 배 증가해 대용량 데이터 처리 시 성능 이점을 제공한다.

이외에도 인피니티 패브릭의 대역폭이 향상되었고, 멜트다운 및 스펙터 취약점에 대한 하드웨어 수준의 보안 대책이 마련되었다. 새로운 명령어도 추가되어 전반적인 성능과 기능성이 이전 세대 대비 상당히 진보한 모습을 보여준다.

Castle Peak는 AMD의 Zen 2 마이크로아키텍처를 기반으로 한 데스크톱용 CPU의 코드네임이다. 이 코드네임은 주로 AMD 라이젠 3000 시리즈에 속하는 고성능 프로세서 라인업을 지칭한다. 2019년 7월 7일에 공식 출시되었으며, TSMC의 7nm 공정 노드를 사용하여 제조되었다.

Castle Peak 프로세서의 가장 큰 특징은 칩렛 설계를 채택했다는 점이다. CPU 코어와 L3 캐시가 포함된 7nm CCD(코어 컴플렉스 다이)와 메모리 컨트롤러, PCIe 컨트롤러 등 I/O 기능을 담당하는 12nm cIOD(클라이언트 I/O 다이)가 별도의 실리콘 다이로 분리되어 패키지 내에 결합된다. 이 설계는 생산 수율을 높이고 제조 비용을 절감하는 동시에, 다중 코어 구성의 유연성을 크게 향상시켰다.

이를 통해 Castle Peak는 싱글 CCD 구성으로 최대 8코어 16스레드, 듀얼 CCD 구성으로 최대 16코어 32스레드를 제공하는 제품군을 선보였다. 또한 PCIe 4.0을 데스크톱 플랫폼에 최초로 공식 지원하여 SSD와 그래픽 카드의 데이터 전송 대역폭을 크게 높였다. 아키텍처 개선과 공정 미세화의 시너지로 동일 전력 대비 성능이 크게 향상되었으며, AM4 소켓을 계속 사용하여 기존 사용자의 업그레이드 편의성을 제공했다.

라이젠 3000 시리즈에 적용된 마이크로아키텍처 코드명이다. 2019년 7월 7일에 출시된 Zen 2 기반 데스크톱 CPU 라인업을 지칭한다. Matisse는 AMD의 칩렛 설계를 최초로 데스크톱 시장에 도입한 것으로, TSMC 7nm 공정으로 제조된 최대 2개의 CCD와 GlobalFoundries 12nm 공정의 cIOD로 구성된 MCM 구조를 채택했다.

이 구조는 코어 연산부와 I/O 컨트롤러를 분리하여 생산 수율을 높이고 비용을 절감하는 동시에, 다중 코어 구성의 확장성을 크게 향상시켰다. 이를 통해 데스크톱 플랫폼에서 최대 16코어 32스레드(라이젠 9 3950X)라는 이전에는 상상하기 어려웠던 고밀도 구성을 실현했다. 또한 AM4 소켓과의 호환성을 유지하면서 PCIe 4.0을 최초로 정식 지원하여 SSD와 GPU의 데이터 전송 대역폭을 혁신적으로 높였다.

주요 성능 개선 사항으로는 Zen 대비 클럭당 성능(IPC) 약 15% 향상, L3 캐시 용량 2배 증가(CCX당 16MB), 그리고 AVX2 명령어 처리 시 스루풋이 2배로 증가한 점을 꼽을 수 있다. 이는 인텔의 코어 시리즈와의 경쟁에서 결정적인 우위를 점하는 계기가 되었다. 출시 당시 메인보드 칩셋으로는 PCIe 4.0을 완전히 지원하는 X570이 함께 선보였으며, 일부 이전 세대 칩셋(X470, B450)에서도 제한적인 호환성을 제공했다.

Renoir는 AMD의 Zen 2 마이크로아키텍처를 기반으로 한 APU의 코드명이다. 주로 노트북 및 데스크톱 올인원 PC에 탑재된 라이젠 4000 시리즈 모바일 프로세서와 라이젠 4000G 시리즈 데스크톱 프로세서에 적용되었다. 다른 Zen 2 기반 제품들이 CPU 코어와 I/O 다이가 분리된 칩렛 설계를 채택한 반면, Renoir는 CPU 코어, 통합 그래픽(GPU), I/O 컨트롤러가 모두 단일 실리콘 다이에 통합된 모놀리식 설계를 유지했다.

이 설계는 주로 전력 효율과 공간 절약이 중요한 모바일 환경을 위해 최적화되었다. Renoir APU는 최대 8개의 Zen 2 코어와 Radeon Vega 아키텍처 기반의 강화된 통합 그래픽을 탑재했다. 공정은 TSMC의 7nm 공정을 사용하여 제조되었으며, 이는 전 세대 Zen+ 아키텍처 기반 Picasso APU 대비 상당한 성능 및 효율 향상을 가져왔다. 그러나 데스크톱용 Matisse 프로세서와 달리 PCIe 4.0은 지원하지 않고 PCIe 3.0을 유지했다.

Renoir의 캐시 구조도 다른 Zen 2 제품과 차이를 보인다. 각 CCX당 L3 캐시 용량이 16MB가 아닌 4MB로 유지되었다. 이는 다이 면적과 전력 소비를 줄이기 위한 설계적 선택으로, 고성능 컴퓨팅보다는 그래픽 성능과 전반적인 효율성에 중점을 둔 APU의 특성에 맞춘 것이다. Renoir는 모바일 시장에서 높은 성능 대비 전력 효율로 호평을 받으며, AMD의 노트북 시장 점유율 상승에 기여했다.

루시엔(Lucienne)은 AMD의 Zen 2 마이크로아키텍처를 기반으로 한 모바일 APU의 코드명이다. 이 APU는 주로 노트북 및 저전력 모바일 장치에 탑재되었으며, AMD 라이젠 5000 시리즈 모바일 프로세서 라인업의 일부로 출시되었다. 루시엔은 이전 세대인 르누아르(Renoir)와 유사한 설계를 가지지만, 몇 가지 개선점을 포함하고 있다.

루시엔 APU는 TSMC의 7nm 공정을 사용하여 제조되었으며, CPU 코어와 GPU 코어가 단일 실리콘 다이에 통합된 모놀리식 설계를 채택했다. CPU 구성은 최대 8개의 코어와 16개의 스레드를 지원하며, Zen 2 아키텍처의 특성상 향상된 IPC 성능을 제공한다. 내장 그래픽은 AMD Radeon Vega 아키텍처를 기반으로 하여, 기본적인 멀티미디어 및 경량 게임 실행에 적합한 성능을 보여준다.

이 APU는 PCIe 3.0 인터페이스를 지원하며, 고대역폭 DDR4 메모리와 호환된다. 에너지 효율성에 중점을 둔 설계로, 장시간 배터리 사용이 필요한 모바일 환경에 적합하다. 루시엔을 탑재한 프로세서는 주로 울트라북 및 중저가 게이밍 노트북에 사용되어, 생산성 작업과 일부 엔터테인먼트 용도 사이에서 균형 잡힌 성능을 제공했다.

Mendocino는 AMD의 Zen 2 마이크로아키텍처를 기반으로 한 APU의 코드네임이다. 이 APU는 주로 예산형 노트북 및 초저가 데스크톱 시장을 목표로 하여, 기본적인 컴퓨팅 성능과 에너지 효율성을 균형 있게 제공한다. TSMC의 6nm 공정 노드로 제조되었으며, Zen 2 아키텍처의 효율적인 코어 설계와 통합 RDNA 2 아키텍처 기반의 그래픽스를 결합했다.

주요 사양으로는 최대 4개의 CPU 코어와 8개의 스레드를 지원하며, 통합 GPU는 RDNA 2 아키텍처를 탑재해 이전 세대 대비 향상된 그래픽 성능을 제공한다. 이 제품은 LPDDR5 메모리를 지원하여 메모리 대역폭과 전력 효율을 개선했으며, 매우 낮은 TDP로 설계되어 배터리 수명이 중요한 모바일 기기에 적합하다.

Mendocino APU는 라이젠 7020 시리즈로 브랜딩되어 출시되었다. 이 제품 라인업은 가성비를 중시하는 사용자들을 대상으로 하며, 일상적인 업무, 웹 브라우징, 미디어 소비 및 캐주얼 게임과 같은 작업에 충분한 성능을 제공하는 것을 목표로 한다. 이를 통해 AMD는 엔트리 레벨 및 교육용 시장에서의 입지를 강화했다.

Grey Hawk는 AMD의 Zen 2 마이크로아키텍처를 기반으로 한 임베디드 시스템용 프로세서 제품군의 코드명이다. 이 제품군은 산업용 컴퓨터, 디지털 사이니지, 네트워크 어플라이언스와 같이 신뢰성과 긴 수명 주기가 요구되는 임베디드 시장을 주요 타겟으로 설계되었다.

Grey Hawk 프로세서는 Zen 2 아키텍처의 핵심 장점인 TSMC 7nm 공정과 높은 성능 대 전력 효율을 그대로 계승한다. 이를 통해 기존 임베디드 솔루션 대비 향상된 연산 성능과 더불어 열 설계 전력(TDP) 관리에 유리한 조건을 제공한다. 제품 라인업에는 여러 코어 구성과 다양한 TDP 옵션이 존재하여, 다양한 내구성 및 성능 요구사항을 가진 임베디드 애플리케이션에 맞춤형 선택이 가능하다.

이 제품군의 주요 특징은 확장된 장기 공급 가용성과 강화된 신뢰성이다. AMD는 Grey Hawk 제품에 대해 산업 표준을 초과하는 긴 수명 주기 지원을 약속하며, 이는 제조 설비나 교통 시스템과 같이 장기간의 안정적인 운영이 필수적인 분야에서 중요한 장점으로 작용한다. 또한 ECC 메모리 지원을 통해 데이터 무결성을 보장하여 시스템의 전반적인 안정성을 높인다.

Grey Hawk는 AMD 라이젠 임베디드 시리즈에 속하며, 동일한 Zen 2 기반의 데스크톱용 Matisse나 모바일 APU인 Renoir와는 다른 시장과 요구사항에 맞춰진 별도의 제품 포트폴리오를 이룬다. 이를 통해 AMD는 서버, 데스크톱, 노트북에 이어 임베디드 시장까지 Zen 아키텍처의 적용 범위를 광범위하게 확장했다.

Rome은 AMD의 젠 2 마이크로아키텍처를 기반으로 한 서버 및 워크스테이션용 CPU의 코드네임이다. 2019년 8월 7일에 공식 출시되었으며, AMD 에픽 프로세서 라인업에 속한다. 이 프로세서는 데스크톱용 라이젠 3000 시리즈와 마찬가지로 칩렛 설계를 채택했으나, 서버 시장의 요구사항에 맞춰 확장성과 신뢰성을 극대화했다.

Rome의 핵심 설계는 CCD와 sIOD로 분리된 구조다. 연산 코어가 집적된 CCD는 TSMC의 7nm 공정으로 제조되고, I/O 및 메모리 컨트롤러를 담당하는 sIOD는 글로벌파운드리스의 14nm 공정으로 만들어져 비용 대비 성능을 최적화했다. 최대 8개의 CCD를 하나의 sIOD에 MCM 방식으로 패키징하여, 단일 소켓에서 최대 64개의 물리 코어와 128개의 스레드를 제공한다. 이를 통해 단일 소켓 당 성능이 이전 세대 대비 2배 증가했다.

이 프로세서는 서버급 높은 확장성을 지원한다. LGA 4094 핀의 SP3 소켓을 사용하며, 최대 2소켓 구성이 가능하다. 메모리는 최대 8채널의 DDR4를 지원하며, ECC 기능을 포함해 채널당 2개의 DIMM을 장착할 수 있어 총 16개의 메모리 뱅크를 구성한다. 또한 128개의 PCIe 4.0 레인을 제공하여, 고속 스토리지와 가속기, 네트워크 인터페이스 카드를 동시에 다수 연결하는 데 유리하다.

Rome은 데이터 센터와 고성능 컴퓨팅 시장에서 큰 성공을 거두며, 인텔 제온 시리즈에 대한 AMD의 경쟁력을 크게 높였다. 높은 코어 수, 향상된 에너지 효율, 그리고 인피니티 패브릭 인터커넥트의 개선 덕분에 멀티소켓 시스템에서의 NUMA 지연 시간이 감소하여 대규모 병렬 워크로드 처리에 적합한 플랫폼을 제공했다.

젠 2 마이크로아키텍처를 사용한 프로세서에서 '젠블리드'(Zenbleed)로 알려진 보안 취약점이 발견되었다. 이 취약점은 공식적으로 CVE-2023-20583으로 지정되었으며, 특정 조건에서 레지스터 파일의 잘못된 최적화로 인해 민감한 데이터가 유출될 가능성이 있다.

이 취약점은 마이크로아키텍처 수준의 결함으로, 악의적인 코드가 실행 중인 다른 애플리케이션이나 가상 머신의 데이터에 접근할 수 있게 한다. 영향을 받는 제품군에는 라이젠 3000 시리즈 및 일부 에픽 7002 시리즈 CPU가 포함된다.

AMD는 이 취약점을 인지하고, 마이크로코드 업데이트 형태의 펌웨어 패치를 제공하여 문제를 해결했다. 사용자는 시스템 바이오스 또는 UEFI를 최신 버전으로 업데이트함으로써 취약점을 해소할 수 있다. 이 패치는 성능에 미미한 영향을 미치는 것으로 알려졌다.