超能課堂:從Zen到Zen 3,AMD逆襲之路

超能網 發佈 2022-07-04T01:13:30.616811+00:00

從基於Zen架構的Ryzen 1000系列到基於Zen 3架構的Ryzen 5000系列,AM4平台見證了AMD在過去幾年裡鳳凰涅槃般的蛻變。

今年我們將看到AMD推出基於Zen 4架構的Ryzen 7000系列,代號Raphael的新一代處理器將使用全新的AM5平台,支持PCIe 5.0以及DDR5內存,同時也意味著沿用多年的AM4平台即將進入了生命周期的末期。從基於Zen架構的Ryzen 1000系列到基於Zen 3架構的Ryzen 5000系列,AM4平台見證了AMD在過去幾年裡鳳凰涅槃般的蛻變。

時隔數年,或許不少玩家已經不太記得Ryzen的變化了,AMD的市場處境也大為不同。在Zen 4架構和AM5平台到來前,讓我們再簡單地回顧一下整個Zen系列架構的變遷。


Zen(2017):一鳴驚人

隨著K8時代的結束,及英特爾在2006年推出了Core架構,x86處理器競爭的天平就不斷向英特爾傾斜,不斷丟失市場份額。如果說K10架構還能勉強抵抗一下英特爾的攻勢,那麼「推土機」模塊化架構直接讓AMD放棄了高性能處理器市場,靠著性價比(也就是白菜價)、APU及半定製業務尋找市場的一絲縫隙苟延殘喘,甚至到了瀕臨破產的邊緣,股價最低跌至2美元以下,快進入垃圾股的行列了。

為了撐過黎明前的黑暗,2016年初AMD與天津海光合作成立合資公司,授權尚未推出的Zen架構,獲得了2.93億美元的收益。要知道2016年第一季度AMD的營收僅為8.32億美元,這筆交易讓AMD得到了喘息的機會,可以說這時期AMD已將賭注都壓在了Zen架構身上。

雖然AMD全球營銷部門的副總裁John Taylor曾向媒體表示,Zen架構處理器將在性能、功耗及規格方面與英特爾處理器全面競爭,而不僅僅停留在價格上。不過很多人仍抱著懷疑的態度,畢竟這時期AMD和英特爾的處理器在各方面的差距實在太大了。

2017年初,基於Zen架構的Ryzen 1000系列處理器及AM4平台發布了,可支持領先的USB、圖形、數據及其他I/O技術,AMD終於迎來了曙光。Zen架構在架構和工藝雙重升級下具備了更高的性能和更低的能耗,其中包括有:

  • SMT多線程,每個核心可支持2個線程
  • 單個CPU Complex配備8MB的L3緩存
  • 容量更大、更統一的L2緩存
  • 微操作緩存(Micro-op Cache)
  • 具備2個AES加密單元
  • 高能效14nm FinFET工藝

相比於原有產品的28nm/32nm工藝,基於Zen架構的Ryzen 1000系列處理器直接跳到了GlobalFoundries(格羅方德)的14nm FinFET工藝,更先進的工藝不僅推動性能增長,還大幅降低了功耗,終於與當時的英特爾酷睿處理器站到了同一水平線。

首發的Ryzen 1000系列是三款8核16線程的產品,分別是Ryzen 7 1800X、Ryzen 7 1700X和Ryzen 7 1700,帶「X」後綴的產品支持XFR自適應動態擴頻技術。這些處理器採用了AM4插座,支持雙通道DDR4內存,內建PCIe 3.0控制器,提供了24條PCIe通道,同時還有SATA、NVMe、USB 3.0控制器,此外VRM供電模塊也在處理器內部,整合度相當高。

Zen架構最小的CPU Complex模塊(CCX)內有四個x86核心,每個核心都有獨立的L1和L2緩存,單個模塊共享8MB L3緩存,核心一改前代的CMT多線程技術,採用了更加主流的SMT多線程。8核16線程的產品具有兩個CCX,相互之間使用高速Infinity Fabric進行通信,這種模塊化設計也奠定了之後幾年AMD在處理器上的擴展基調。

相比於過往的模塊化架構設計,Zen架構有著質的飛躍,AMD原本預計其IPC性能上比起Excavator挖掘機架可提高40%,實際上最終以52%的提升幅度超越了預期目標。此外,AMD還推出集感知、自適應和學習技術於一體的SenseMI技術,讓Zen架構處理器有更好的表現。

當時英特爾在桌面平台上使用的LGA 115x插座的處理器,最多也就4核8線程,Ryzen 1000系列不但大幅度拉近了IPC性能,而且提供的8核16線程規格有著翻倍的規模優勢,採用了類似「田忌賽馬」的產品策略。英特爾方面若想有同樣的規格,需要選購昂貴的HEDT平台。可以說Zen架構的成功推出,讓AMD打了一劑強心劑,拿出了在性能、功耗及規格方面與英特爾同一水平的產品,一掃過去多年的陰霾,這次終於可以歇一口氣了。

Ryzen名字的由來

為什麼AMD會將新處理器命名為Ryzen?這個其實也是源於Zen。

Zen本意上有禪或者禪宗的意思,強調個人的修為,以開悟見性為修行重點,追求悟道、悟後起修,最終淨除二障,成就佛果,因此Zen本身有著「自我超越」和「涅槃重生」的含義。AMD顯然希望新產品能夠實現自我超越,達到一個新的巔峰。

由於Zen是不具備獨特性的詞語,無法註冊為商標,所以AMD希望能組合一個讓消費者容易記住的名字。恰逢美國NASA的冥王星探測任務,其中使用了一個名為「New Horizons」的探測器,名稱中Horizons的後半段發音與Zen很接近,而且「New Horizons」也就是「新地平線」也有著很好的寓意,AMD取其後半段,與Zen組合後創造了「Rizen」這個名稱,發音與Risen接近,也代表著AMD對Zen架構處理器「崛起」的期望。

為了避免「Rizen」中的「i」在發音上容易出現的誤解,讀成類似「reason」的發音,AMD又將「i」改為「y」,就這樣「Ryzen」誕生了。中文名字「銳龍」,一方面估計與中國人對「龍」的信仰有關,另一方面應該有「銳不可當」或「銳意進取」的意思。

Zen+(2018):穩紮穩打

基於Zen架構的Ryzen 1000系列處理器吹響了AMD反擊的號角,不過其設計上仍然有許多需要改進的地方,比如核心頻率相對偏低和內存兼容性問題等。AMD也深知僅憑一代產品的成功,是不足以完全扭轉多年來競爭的劣勢,需要快步跟進,才能鞏固已有的勝果。AMD按照規劃好的路線圖,到了2018年初,發布了基於Zen+架構的Ryzen 2000系列處理器。

針對Zen架構不足之處,Zen+架構進行了多項改進,包括:

  • 新架構在緩存和內存的延遲都有了明顯降低,L1緩存延遲最高降低13%,L2緩存最高降低34%,L3緩存最高降低16%,內存延遲最高降低11%,延遲的降低讓處理器的單線程IPC提高了大約3%。
  • 採用了「女朋友」的12nm工藝,使得Ryzen 2000系列處理器的最高工作頻率達到了4.35GHz,相比上一代產品提升了250MHz,同時工作電壓也降低了。
  • 精準頻率提升技術Precision Boost升級到了第二代,在同樣功耗下達到了更高的主頻,同時允許更多線程同時提升到更高的頻率,而且不同線程的負載可以把頻率提升到不同水平。
  • 自適應動態擴頻技術XFR也進化到第二代,過往只能提升兩個核心的頻率,現在已經升級為可提升處理器的全核頻率,若散熱條件允許,可讓處理器性能提升7%。
  • 推出了StoreMI技術軟體,這是一個針對電腦的智能存儲加速工具,支持傳統的HDD、SATA與PCIe接口的SSD,甚至是英特爾的3D Xpoint,可以用高速盤為低速盤加速。

Zen+架構的諸多改進也帶來了很好的效果,比如內存延遲就明顯降低了,改善了Ryzen處理器的遊戲性能。同時AMD也在用實際行動兌現Ryzen 1000系列處理器發布時候的承諾,即AM4平台可以沿用到2020年,購買了300系主板的用戶同樣能夠使用基於Zen+架構的Ryzen 2000系列處理器,相比於英特爾每購買一代酷睿就要換一次主板,AMD的做法可謂是良心。

由於處理器規格上仍落後於AMD,加上形勢或許已超出了原計劃以外,英特爾這時期開始顯得有點慌亂。雖然AMD已連續出拳,但仍沒有對英特爾造成足夠大的傷害,只能說自身恢復了元氣。

Zen 2(2019):再接再厲

連續兩代產品的成功,加上消費者和市場的積極反應,讓AMD在Zen 2架構發布前就信心滿滿。如果說Zen+架構只是小修小改,那麼Zen 2架構則是AMD的另一個重大里程碑。多項新技術的引入完全不給英特爾喘息的機會,AMD再一次走在了英特爾的前面。

AMD在2019年7月發布了基於Zen 2架構的Ryzen 3000系列處理器,不僅提供了最高16核32線程的規格,而且在性能上基本已經超越了對手同級別的產品。從Zen和Zen+架構發展而來的Zen 2架構,不但延續了原有的優勢,而且有著很多創新和改良,最終在運算能力和擴展能力上都有了很大的提升,主要改進包括了:

  • 內核優化 - 維持了1個核心支持2個線程的SMT同步多線程設計,但提供了更大微指令緩存,支持4K指令AVX2指令集,L3緩存相比Zen和Zen+架構翻倍,1個核心內部有4個整數單元和2個浮點單元。同時採用了新的TAGE分支預測器,將預測錯誤率大幅降低了30%,使得處理器可以花更少的時間完全前段分派工作。
  • 多晶片封裝 - 每塊PCB最多可安裝一個IOD和兩個CCD,IOD和CCD之間通過第二代Infinity Fabric總線連接,位寬從256-bit翻倍到512-bit,單位功耗降低了27%。每個CCD的面積是74mm²,擁有39億個電晶體,採用台積電7nm工藝製造,IOD的面積為125mm²,擁有20.9億個電晶體,採用格羅方德12nm工藝製造。此外,一個CCD包含了兩個4核8線程的CCX,而內存、PCIe、USB、SATA控制器則轉移到了IOD上。
  • 新內存控制器 - 過往內存頻率和Infinity Fabric總線頻率是1:1對應,導致內存頻率難以提升。新的內存控制器引入了IF總線與內存的分頻機制,以DDR4-3733為分界線,在該頻率以下內存/IF總線是以1:1對應,以上就會自動切換到內存/IF總線2:1分頻,使得內存頻率不再受到IF總線限制,從而獲得更高的內存帶寬。
  • 首次支持PCIe 4.0 - Zen 2架構是首款支持PCIe 4.0的消費級處理器,AMD提供了X570晶片組,擁有16條PCIe 4.0通道以及12個SATA 6Gbps,還有8個USB 3.1 Gen 2接口和4個USB 2.0接口。PCIe 4.0的引入,使得M.2 SSD接口的帶寬從4GB/s翻倍到8GB/s。

基於Zen 2架構Ryzen 3000系列是首款採用7nm工藝的處理器,同時代工廠不再是格羅方德,而是台積電。按照AMD的說法,啟用台積電全新的N7製程節點,實現了兩倍的電晶體密度、同性能下功耗降低50%或者同功耗下性能提升25%的變化。Zen 2架構與Zen+架構相比,單線程性能提升了21%,其中有60%是來自架構優化IPC的提升,另外40%則是來自7nm工藝所帶來的頻率提升。

AMD在Zen 2架構上反其道而行,放棄了過去CPU里儘可能集成功能的做法,將計算核心和I/O接口部分分離,進行了更靈活的調配。受困於14nm工藝,英特爾的桌面酷睿處理器好不容易才提升到8核16線程,一下子從工藝到規模又拉開了差距,就像被打了一記重拳,AMD完全確立了多線程性能的優勢,讓不少粉絲開始喊出:AMD Yes!

Zen 3(2020):大獲全勝

Zen 2架構補全了過往Zen / Zen+架構的不足,對英特爾造成了很大的壓力。雖然多線程性能早已形成碾壓態勢,但Zen 2架構仍有不足的地方,比如遊戲性能仍然差一口氣。2020年11月,AMD發布了基於Zen 3架構的Ryzen 5000系列處理器,首批產品共有四款,分別是Ryzen 9 5950X(16核32線程)、Ryzen 9 5900X(12核24線程)、Ryzen 7 5800X(8核16線程)和Ryzen 5 5600X(6核12線程)。

AMD宣稱與Zen 2架構相比,Zen 3架構的IPC提升了19%。有如此大幅度的性能提升,得益於AMD在多個方面的改進,包括了:

  • 前端改進 - 採用了更快的TAGE分支預測器,對取指令與指令解碼系統進行了改進。
  • 執行引擎 - 整數單元方面增加了整數調度器的條目數量,並對結構進行了優化,同時浮點執行單元從4個增加至6個,增加了獨立的F2I/存儲單元,用於存儲和把浮點寄存器文件搬到整數單元。
  • 讀取與存儲系統 - 為了適應CCX結構的改變,AMD在預取算法上進行了改動,以更高效的利用更大的L3緩存,使用了新技術縮短了存儲-讀取這樣的轉發操作的延遲。
  • 8核心CCX - 全新Zen 3架構的CCX從4核心改成了8核心,使得每個CCD內只有1個CCX,單個CCD內兩個獨立的16MB L3緩存也就變成了一個32MB L3緩存,這可以有效降低延遲。此外,AMD放棄了一直沿用的XBAR總線,改用了環形總線。
  • 多晶片封裝 - 每個CCD的面積是80.7mm²,擁有41.5億個電晶體,採用台積電7nm工藝製造,IOD的面積為125mm²,擁有20.9億個電晶體,採用格羅方德12nm工藝製造。

AMD在Zen 2架構上進行的是全方位、大刀闊斧的改革,而到了Zen 3架構,AMD將注意力集中到CCX,進行了針對性的改進。CCX改動帶來的收益也很明顯,從各方面降低了延遲,這讓Ryzen 5000系列處理器的遊戲性能大幅度提升,打得同期的英特爾酷睿處理器毫無還手之力。

此外,AMD推出了採用3D垂直緩存(3D V-Cache)技術的Ryzen 7 5800X3D,為CCD帶來額外的64MB 7nm SRAM緩存,使得這款Zen 3架構處理器的L3緩存容量由32MB增加到96MB,容量達到了原來的三倍。這是迄今為止唯一一款採用該技術的消費級處理器,為未來Zen架構的發展做了先行探索。

Zen 3架構出現後,AMD的市場占有率不斷攀升。在2021年第四季度中,AMD在x86處理器的整體市場份額不出所料地創下了歷史新高,達到了25.6%,到了2022年第一季度,更是提高到了前所未有的27.7%。

AMD成功同樣反映在財報上。AMD在2021年的營收為164億美元,相比2020年增長了68%,同時每個季度的營收都在突破記錄。隨著AMD收購賽靈思(Xilinx)的交易完成,2022年第一季度的營收達到了創紀錄的58.87億美元,同比增長71%,環比增長22%。預計AMD在2022年的全年營收為215億美元,同比增長31%。

此外,AMD的股價也隨著Zen系列架構的成功不斷攀升。在2021年7月29日美股市場上,AMD股價一路飆升,歷史性地突破了100美元大關,盤中最高達到了105.732美元,最後收盤價為102.950美元,單日上漲5.13%。到了2022年2月15日,根據美股收市後的AMD股價(121.47美元),其市值達到了1977.5億美元,比當時英特爾的市值(約1972.5億美元)還要高。

這是一個歷史性的時刻。要知道在六年前,AMD還徘徊在破產的邊緣。在2017年Zen架構處理器發布前,AMD的股價只有7美元左右,從第一代Ryzen處理器開始,AMD大概花了五年的時間,最終實現了對英特爾的逆襲。

Zen 4(2022):攻守易勢?

AMD在Computex 2022上,正式對外公布了基於Zen 4架構的Ryzen 7000系列處理器,以及對應的AM5平台,不過具體的產品規格還沒有公布,將會在今年秋季與消費者見面。

根據AMD的介紹,Zen 4架構內核的L2緩存容量將翻倍,達到1MB,單線程性能提升超過15%,加速頻率在5GHz以上,支持AVX-512指令集。Ryzen 7000系列處理器同樣擁有CCD和IOD兩種晶片,前者使用台積電5nm工藝,後者使用的是6nm,而且集成了RDNA 2架構的核顯,支持PCIe 5.0以及DDR5內存。全新AM5插座在保留AM4插座原有40×40 mm尺寸的情況下,除了將插座類型將從PGA更改為LGA,其針腳也增加到1718個,可兼容原有AM4平台的散熱器。

Zen 4架構內核的具體性能如何,還要等Ryzen 7000系列處理器發布以後才能了解。由於英特爾在酷睿系列啟用了混合架構的設計,同時Alder Lake的性能提升幅度相當明顯,給AMD造成了不小的壓力。何況Zen 4架構出來的時候,英特爾會使用更新的Raptor Lake來迎戰,對AMD來說是一個不小的挑戰。


圖:左邊為Zen 3架構,右邊為Zen 4架構

與過去幾年不同,AMD和英特爾在桌面市場的位置悄悄發生了變化,AMD從進攻轉入防守,而英特爾的狀態則從防禦轉而進入攻擊。目前Zen 4架構肩負重任,是否能抵禦英特爾一波又一波的衝擊,鞏固過去幾代Zen架構取得的勝果,可謂是前路難料。

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是不是半夜在家追劇、看電影時,就是想配酒吃點什麼...

2021-11-16T06:10:07.976539+00:00

最能應急的宵夜美食,切了就能吃的『鹽燒松阪豬』!

每到半夜總會餓,特別是看到其他人發的宵夜文,最會激起吃東西渴望了。尤其是在家中追劇、看電影時,就瘋狂地想吃肉,如果能配上一點小酒就是人生最大的享受了!

在這種深夜的最餓時刻,我總會想起冰箱中的鹽燒松阪豬,不用開火、只要丟氣炸鍋就可以吃,根本就是吃貨的福音!

還有另一種老饕吃法:逆著紋路把這松阪豬切成薄片,然後拿去炙燒!

阿嘶…一咬下去,那種鮮美多汁、口感爽脆的肉質,完全佔據你的味蕾!鹹味適中配上炙燒的香味,單吃一整包都不會覺得膩!

像我這種懶得下廚的人,每次回購就是買一大組,平常就放在冷凍,以備不時之需
像有時候朋友來我家拜訪,拿出這塊炙燒松阪豬切一切,就是大受歡迎的一道好料理。

有時候宵夜想要小酌一杯,想喝點清酒或啤酒時,這松阪豬也是最方便的【下酒菜】:

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