【聚焦】強勢崛起!AMD全新RYZEN處理器技術與性能預覽

Zen架構,AMD的殺手鐧

根據AMD之前的資料,Zen架構帶來了如下重要特性:

1.SMT的系統架構,更重視單核心性能,Zen的每個物理核心允許執行2個線程。

2.核心IPC相比「Bulldozer」提升高達40%,甚至更高。

3.放棄之前的浮點運算單元由兩顆物理核心共享的設計,為每個物理核心設計單獨的浮點單元和整數單元,並且可以合併組成256bit×2=512bit浮點單元。

4.解碼端擴展至4發射,相比目前的3發射,解碼端能力提升33%,且每個核心在每周期允許6個int操作和4個fp操作微指令,相比之前的能力大幅度提升。

5.L1一級緩存從write-through改成write-back模式,擁有更低的延遲和更高的帶寬。

6.改進的緩存體系,L1和L2總帶寬提升一倍,L3總帶寬提高至之前的五倍。

7.改進的分支預測系統,使用了最新的神經網路技術。

8.支持高性能硬體隨機數發生器。

9.支持時鐘門控等技術。

10.採用格羅方德14nm FinFET工藝。

總的來說,Zen架構帶來了AMD自K7、「Bulldozer」以來第三次徹底重新設計的架構,其目的明確、技術先進,非常值得期待。最終,我們看到在2016年12月,AMD終於拿出了名為RYZEN的處理器。

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AMD Zen處理器的核心代號為「Summit Ridge」,產品名稱為RYZEN。

RYZEN,AMD崛起的希望

AMD的處理器最早就叫K5、K6等;直到K7時代才換用了品牌名Athlon;隨後的K8、K10時代,又增加了Phenom、FX。現在,AMD的Zen架構加持後,RYZEN則成為AMD產品品牌名的最新一員。RYZEN的讀音和英文中的「rise」或者「rising」有點接近,而這兩個單詞都有著升起、向上、增強之意。顯然AMD起名的時候也充分考慮了諧音問題,一個朗朗上口又有積極含義的名稱對企業也有莫大的幫助。

雖然之前Zen架構發布時,AMD還是給出了不少信息,但是架構畢竟是架構,具體到產品上來看的話,本次AMD展示的RYZEN的信息確實不是太多。在展示會現場,AMD給出的是一款ES版本的RYZEN處理器,採用8核心、16線程設計,主頻為3.4GHz,L2和L3緩存共計20MB,支持雙通道DDR4,TDP功耗為95W。對此我們解讀如下:

8核心16線程配置 迎戰頂級市場

目前桌面處理器主流依舊是四核心,不過AMD顯然做了充足的準備,一上來就對準了英特爾的頂級市場。以AMD這次對標的英特爾Core i7 6900K為例,這顆處理器同樣是8核心16線程,處理器頻率為3.2GHz(Boost 3.7GHz),緩存也是20MB。如果兩者性能相當的話,AMD此次勝算還是頗大的。

緩存配置方面,AMD之前的緩存都是非包含式設計,英特爾則使用的包含式設計。相比之下,非包含式由於各級緩存內數據互不相同,因此數據容量會大一些。但如果配合非常好的預測算法和緩存數據匹配算法的話,包含式則更出色。本次AMD的RYZEN改用了包含式設計,L1緩存配置是64KB容量的4路指令緩存+32KB容量的8路數據緩存,L2緩存每核心配備了8路512KB,L3緩存是所有核心共享,平均每個核心從數學上簡單計算來看能夠分配到2MB。

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AMD RYZEN處理器採用了包含式緩存設計

功耗更低 僅95W TDP

從規格來看,AMD的RYZEN和英特爾產品非常接近,但是功耗方面卻低了不少(英特爾的8核心Broadwell-E處理器為140W TDP)。考慮到兩者生產工藝基本處於一個世代,處理器的緩存容量、頻率等也基本相同(處理器中緩存占用的晶體管數量和面積最多),雖然AMD沒有公布處理器的具體晶體管數量,但還是有理由相信AMD在節能上做出了一定改進,大幅度改善了處理器的每瓦特性能,否則在TDP功耗上不會有這麼大的優勢。

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AMD RYZEN所採用的Zen架構帶來了40%的IPC提升和顯著降低的功耗

更高的同頻性能

AMD目前發售的處理器頻率甚至有高達4GHz的產品,在新的RYZEN上,頻率反而略有降低,且根據現場消息稱,展示的ES版本RYZEN處理器被鎖定在3.4GHz上,沒有開啟動態頻率調整功能。而對標的英特爾處理器則可以睿頻至最高3.7GHz,從這一點來看,AMD處理器的每頻率性能即同頻性能的確得到了很大提升。

雙通道DDR4記憶體配置

AMD展示的RYZEN平台支持雙通道DDR4,相比之下,英特爾的產品支持的是四通道DDR4。雖然聽起來四通道比雙通道在頻率相當的情況下帶寬會整整高出一倍,但實際上很多測試都表明,處理器使用雙通道已經基本能夠滿足計算需求了。三通道甚至四通道並不會帶來太多性能增益,反而會造成主板布線、CPU、記憶體控制器設計方面的難度,並增大功耗。因此在綜合考慮後,RYZEN仍採用雙通道設計。

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AM4主板平台將對NVMe、PCIe 3.0、USB 3.1 GEN2等各類新技術提供支持,充分發揮出RYZEN處理器的性能。

四款主板晶片組助陣RYZEN

除了處理器外,AMD還公布了與之搭配的主板的部分信息。雖然從設計角度來看,RYZEN更像是一顆SoC晶片,整合了諸如PCIe 3.0、記憶體控制器、SATA Express、NVMe、USB 3.1 Gen 2(10Gbps)等在處理器中,但是網路、音頻以及擴展接口等還需要一顆主板晶片組來補充。AMD對主板晶片組的規格和型號都沒有具體解釋,包括可用的PCIe通道數量、NVMe帶寬情況、SATA接口數量等。另外,有消息稱RYZEN搭配的主板可以用之前已經發布的B350、A320和X/B/A300系列,也可以搭配X370這樣的高端新品,但所有信息還需要後續進一步確認。

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AMD之前就公布了AM4平台的所有信息,不過據傳還有一款頂級的X370尚未發布。

預測可能有四款首發產品

有關處理器規格方面,目前流傳出來的消息顯示,AMD首次會推出四款RYZEN產品,分別是一款SR7黑盒版、一款SR7、一款SR5和一款SR3,從四核心、六核心,到八核心,覆蓋主流、中端、高端市場。這也再次表明,對於以前由Core i7一直占據的高端市場,AMD RYZEN處理器也將與對手展開激烈競爭。

五大絕技加持,進一步提高處理器效能

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TBA即to be announced待發布的英文縮寫

除了上述硬體規格外,在展示會上,AMD還介紹了不少RYZEN處理器所採用的新技術,首先是Pure Power(純能控技術),這項技術主要是用來監控處理器的溫度、頻率和電壓,並配合infinity Fabric架構對處理器進行循環式、自適應的管理。AMD宣稱,Pure Power能夠控制並管理處理器中各個單元的運作,起到在不影響性能的情況下降低功耗的作用。

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AMD Pure Power(純能控技術),通過監控處理器運行狀態、適時調整處理器各單元運作,做到降低功耗的作用。

其次是Precision Boost(精確提頻),這項功能的作用和英特爾的睿頻有點類似,也是通過監控處理器的電壓、功耗和頻率以及工作狀態,做到短期內提升處理器頻率和性能的作用。這項技術需要和之前的Pure Power配合使用,全面監控處理器的運行,做到25MHz級別精確的功耗控制—傳統的自動動態超頻技術都只能以處理器倍頻作為頻率控制的基準,處理器頻率的最小調節幅度至少都在x1倍頻即100MHz左右,而這有可能造成功耗偏高。如果將最小頻率調節幅度縮小在25MHz級別,我們則能更精準地控制處理器頻率,在功耗不增加的情況下盡可能地提升頻率與性能。

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AMD Precision Boost(精確提頻)技術,配合Pure Power,做到處理器頻率和性能的提升。

第三是Extended Frequency Range(額外頻率提升),這是一個更強力的自動頻率控制功能,它允許處理器在某些條件下進一步提升頻率上限,超越之前Precision Boost的控制範圍,達成更高的頻率。值得一提的是,這項功能是完全自主運行的,不需要用戶控制,無論用戶是使用水冷、風冷還是液氮等散熱系統,都可以自動運行。

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AMD Extended Frequency Range(額外頻率提升)功能,將幫助處理器達成更高的頻率。

第四點則有點智能的味道了:Neural Net Prediction(神經網路預測)。這項功能可以根據軟體的代碼來預測下一步所需要的數據,進而預先載入部分數據,加速處理器讀取數據的速度。不僅如此,神經網路預測還可以自動為軟體、指令選擇處理器內最合適的路徑,將效率和執行最大化。

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AMD Neural Net Prediction(神經網路預測),能夠判斷代碼走向並做出預先操作,提高效率。

第五點則是Smart Prefetch(智能預取技術)。這項技術和神經網路功能有些類似,都是自動預測數據執行情況,提前載入需要的數據。不過智能預取計算還加入了一些學習算法,可以讓機器學會常用軟體的應用和訪問模式,將重要的數據提前讀取到記憶體甚至緩存中,大大降低了數據查找的時間。

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AMD Smart Prefetch(智能預取技術),同樣可以起到提高效率的作用。

展示性能小勝Core i7,對RYZEN充滿期待

除了大量的規格、技術介紹外,AMD在本次展示中還拿出了一些實際的測試。其中包括遊戲、渲染、應用等。遊戲測試包括在4K分辨率下運行《戰地1》,AMD RYZEN搭配Vega GPU做到了流暢和平滑的應用體驗。此外AMD還通過統一搭配TITAN X SLI顯卡,對比Core i7 6900K和RYZEN,最終RYZEN在平均幀數上小勝Core i7。

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AMD還展示了RYZEN對比Core i7-6900K在4K分辨率下運行《戰地1》的遊戲表現,兩者均搭配GeForce GTX Titan X。結果,RYZEN在平均運行幀速上仍保持了小幅領先。

而在渲染與轉碼測試中,RYZEN處理器也有不錯的表現。AMD RYZEN ES版本在鎖定3.4GHz下運行Handbrake影片轉碼測試時,僅耗時54s,英特爾的Core i7 6900K則消耗了59s,性能差別約10%。同樣在Blender渲染性能測試中,AMD RYZEN ES的表現也要更好一點,在相同任務量的環境下其用時為35.57s,英特爾Core i7 6900K為36.01s。隨後AMD面對質疑聲,也徹底公開了測試中使用的Blender and Handbrake based的素材和代碼,並號召大家一起對比RYZEN ES的性能。

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在RYZEN進行Blender渲染工作時,RYZEN處理器所需要的渲染時間(35.57s)也略少於Core i7 6900K(36.01s)。


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在Handbrake轉碼測試中,RYZEN處理器的優勢更大,所用時間比英特爾Core i7 6900K少了足足5秒。

總的來說,AMD本次的展示基本達到了目的,RYZEN在採用了全新的Zen架構後,相比之前的產品整體性能得到了非常明顯的提升,甚至能夠比拼英特爾頂級產品而不落下風,尤其是RYZEN還在功耗上略勝一籌。現在,AMD又可以拿出RYZEN、Vega和X370組成全新的3A平台,並憑借出色的性價比搶占市場。萬事俱備,只欠東風。一切就等待2017年第一季度,RYZEN正式上市時再見分曉。

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