ในช่วงต้นปี 2021 วงการ CPU เริ่มได้ยินข่าวลือเกี่ยวกับเทคโนโลยี cache รูปแบบใหม่จาก AMD ที่จะเข้ามาเปลี่ยนแนวทางการออกแบบ CPU ไปอย่างสิ้นเชิง และในช่วงกลางปีเดียวกันที่งาน Computex ทาง AMD ก็ได้เปิดตัวเทคโนโลยีดังกล่าวอย่างเป็นทางการในชื่อ 3D V-Cache ซึ่งเป็นการนำ L3 cache มาซ้อนในแนวตั้ง (vertical stacking) เพื่อเพิ่มปริมาณ cache ในพื้นที่ชิปที่จำกัด
หลังจากนั้น AMD ก็พัฒนาเทคโนโลยีนี้ต่อเนื่องจนมาถึง 3D V-Cache Gen 2 และล่าสุดในงาน CES ต้นปีนี้ AMD ได้เปิดตัว Ryzen 7 9850X3D พร้อมชูจุดขายว่าเป็น “CPU สำหรับเล่นเกมที่แรงที่สุดในโลก” ในปัจจุบัน
แต่ดูเหมือนว่า AMD จะยังไม่หยุดแค่นั้น เพราะล่าสุดมีการค้นพบเอกสารสิทธิบัตรฉบับใหม่ที่อาจทำให้อนาคตของ Ryzen X3D ก้าวไปไกลกว่าเดิมอีกขั้น ด้วยแนวคิดการนำ L2 cache มาซ้อนแบบ 3D เช่นเดียวกับ L3
3D V-Cache คืออะไร และทำไมถึงสำคัญ
ในโครงสร้างของ CPU สมัยใหม่ จะมีระบบ cache หลายระดับเพื่อช่วยลดเวลาในการเข้าถึงข้อมูล โดยเรียงลำดับจาก
- L1 cache – เร็วที่สุด แต่ขนาดเล็ก
- L2 cache – ใหญ่ขึ้นมาอีกระดับ
- L3 cache – เป็น last-level cache (LLC) ที่ใช้ร่วมกันหลายคอร์
ปกติแล้ว cache เหล่านี้จะถูกวางแบบราบ (planar) บนแผ่น silicon เดียวกันทั้งหมด แต่ 3D V-Cache ของ AMD เปลี่ยนแนวคิดนี้ใหม่ โดยนำ L3 cache มาซ้อนอยู่ด้านบน die ของ CPU ทำให้สามารถเพิ่มปริมาณ cache ได้มากขึ้นโดยไม่ต้องขยายพื้นที่ของชิป
ผลลัพธ์คือ CPU ตระกูล X3D มี L3 cache ขนาดใหญ่กว่ารุ่นปกติอย่างชัดเจน ซึ่งส่งผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพในเกม เพราะเกมจำนวนมากพึ่งพาการเข้าถึง cache อย่างหนัก โดยเฉพาะเกมแนว open-world และเกมที่มี AI ซับซ้อน
สิทธิบัตรใหม่ของ AMD กับแนวคิด 3D L2 Cache
จากเอกสารสิทธิบัตรล่าสุด AMD กำลังพัฒนาแนวคิดที่เรียกว่า
Balanced Latency Stacked Cache
ซึ่งเป็นการนำ L2 cache มาซ้อนแบบ 3D เช่นเดียวกับ L3 ใน 3D V-Cache รุ่นปัจจุบัน โดยมีเป้าหมายหลักคือ
- ลด latency ในการเข้าถึง cache
- ลดการใช้พลังงาน
- เพิ่มประสิทธิภาพโดยรวมของ CPU
ปกติแล้ว L2 cache ขนาดประมาณ 1 MB จะมี latency อยู่ราว 10–50 cycles ขึ้นอยู่กับสถาปัตยกรรม แต่ในสิทธิบัตรนี้ AMD ระบุว่าสามารถลดจำนวนรอบการเข้าถึงจาก 14 cycles ลงมาเหลือเพียง 12 cycles
แม้ตัวเลขจะดูเหมือนลดลงเพียงเล็กน้อย แต่ในเชิงสถาปัตยกรรม CPU แล้ว การลด latency ได้แม้เพียงไม่กี่ cycles สามารถสร้างความแตกต่างด้านประสิทธิภาพได้อย่างมีนัยสำคัญ โดยเฉพาะในงานที่ต้องเข้าถึงข้อมูลซ้ำ ๆ จำนวนมาก เช่น เกม และ workload ด้าน AI
เทคโนโลยีเชื่อมต่อแนวตั้งที่ช่วยลด latency
หัวใจสำคัญของแนวคิดนี้อยู่ที่การเชื่อมต่อ die ที่ซ้อนกันในแนวตั้ง โดยใช้เทคโนโลยีอย่าง
- Through-Silicon Via (TSV)
- Bond Pad Via (BPV)
ซึ่งเป็นช่องสัญญาณที่เจาะทะลุ silicon เพื่อให้ข้อมูลวิ่งขึ้น-ลงระหว่าง die ได้โดยตรง
จุดที่น่าสนใจคือ AMD ออกแบบให้ vias เหล่านี้ถูกจัดวางไว้ตรงกลางของ die ที่ซ้อนกัน ทำให้ระยะทางของสายสัญญาณสั้นลง และมีโครงสร้างแบบสมมาตร ส่งผลให้ latency ของการเข้าถึงข้อมูลในแต่ละชั้นมีความสม่ำเสมอ
นี่จึงเป็นที่มาของชื่อ “Balanced Latency Stacked Cache” เพราะเป็นโครงสร้างที่ออกแบบมาเพื่อให้เวลาเข้าถึงข้อมูลมีความสมดุลเท่ากันทุกเลเยอร์
ถ้ามาใช้จริง Ryzen X3D จะได้ประโยชน์แค่ไหน
หากเทคโนโลยีนี้ถูกนำมาใช้งานจริงใน CPU รุ่นอนาคตของ AMD เราอาจได้เห็น Ryzen X3D ที่มี
- L3 cache แบบ 3D stacked เหมือนปัจจุบัน
- L2 cache แบบ 3D stacked เพิ่มเข้ามาอีกชั้น
- latency ต่ำลง
- ประสิทธิภาพต่อวัตต์ดีขึ้น
ซึ่งจะส่งผลดีโดยตรงกับเกมที่อาศัย cache หนัก ๆ และ workload ที่ต้องการ response time ต่ำ เช่น simulation, physics engine และ AI inference
นอกจากนี้ การลดพลังงานที่ใช้ในการเข้าถึง cache ยังช่วยให้ CPU สามารถควบคุมอุณหภูมิได้ดีขึ้น และเปิดโอกาสให้ boost clock ได้สูงขึ้นในระยะยาว
สิทธิบัตรยังเป็นเพียงแนวคิด ต้องรอดูของจริง
อย่างไรก็ตาม ต้องย้ำว่าสิทธิบัตรยังเป็นเพียงเอกสารทางแนวคิดเท่านั้น ไม่ได้การันตีว่า AMD จะนำไปผลิตจริงในเชิงพาณิชย์เสมอไป
ในโลกของการออกแบบ CPU มักมีช่องว่างระหว่าง “แนวคิดในห้องแล็บ” กับ “ของจริงในตลาด” อยู่เสมอ ทั้งเรื่องต้นทุนการผลิต ความซับซ้อนของการประกอบ และ yield ของ wafer
แต่จากทิศทางที่ AMD เดินมาอย่างต่อเนื่องกับ 3D V-Cache ก็ถือว่ามีความเป็นไปได้สูงว่าเราจะได้เห็น Ryzen X3D รุ่นอนาคตที่ใช้โครงสร้าง cache แบบซ้อนหลายชั้นมากขึ้นเรื่อย ๆ
สรุป
การจดสิทธิบัตร Balanced Latency Stacked Cache ของ AMD เป็นสัญญาณชัดเจนว่า AMD ยังเดินหน้าพัฒนาเทคโนโลยี cache อย่างจริงจัง และอาจเป็นก้าวถัดไปของตระกูล Ryzen X3D ในยุคถัดไป
หาก L2 cache ถูกนำมาซ้อนแบบ 3D ได้จริง เราอาจได้เห็น CPU สำหรับเกมที่มี latency ต่ำลง ประสิทธิภาพสูงขึ้น และใช้พลังงานอย่างมีประสิทธิภาพมากกว่าเดิมอีกขั้น
สำหรับสายเกมเมอร์และสายฮาร์ดแวร์ ถือเป็นเทคโนโลยีที่น่าจับตามองอย่างยิ่งในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า
ที่มา: Neowin
