2017年3月2日晚10:00,锐龙AMD Ryzen处理器正式解禁,AMD在美国正式发布了全新架构的Ryzen(中文名“锐龙”)处理器,核心效能提升52%,终于摆脱了核心效能低下的包袱,一举和Intel旗舰产品看齐,首发三款产品分别为Ryzen 7 1700、Ryzen 7-1700X以及Ryzen 7 1800X,售价则分别为2499元、3099元和3999元,

AMD、Intel——x86处理器市场上这一对相爱相杀的好“基友”,不知不觉已经纠缠了将近半个世纪,上演着一幕又一幕精彩的大戏,牵动着整个行业和无数用户的神经。

凭借着无比雄厚的实力,Intel一直都是个巨无霸般的存在,在微处理器乃至整个半导体行业内都是呼风唤雨,随便吼一吼泰山都会抖三抖。

AMD则是个不屈不挠的斗士。虽然整体规模无法和对手相比,始终活在Intel的阴影之下,但从来不乏顽强的战斗力,时不时就会让Intel很难受。

这么多年,熬走了Cyrix,熬走了VIA,只剩下孤身一人,对抗着Intel。

AMD最辉煌的时刻,莫过于2000-2005年的K7、K8时代,凭借高性价比、高超频性笼络了无数忠实粉丝,速龙、毒龙、闪龙、皓龙的名号响彻大江南北。

而且那个时候,AMD在技术创新上的突破也是令人赞叹,64位指令集、集成内存控制器、原生双核心、HT超传输总线等等都走在了Intel前边,不少技术都让Intel不得不跟随其后。

三十年河东,三十年河西。Intel最终从奔腾4的泥潭中走了出来,全新的酷睿重新树立了自己龙头老大的地位,铺开一条康庄大道,一直走到今天。

AMD苦心打造、志在必得的“推土机”却是马力不足,未能延续辉煌,逐渐失守高端市场,这几年几乎是完全的战略性放弃。

不过还好,AMD很有战略眼光地收购了ATI,得到了强大的GPU图形技术,从而能够打造更完整的平台和生态,APU风行天下,在主流和低功耗领域广受欢迎。

这些年,Intel在江湖上成了“孤独求败”,也变得懒惰了,而且随着PC市场的成熟与稳定,移动浪潮的兴起,Intel越发变得意兴阑珊。

Tick-Tock战略坚持了几代之后开始放缓,新工艺推迟,新产品提升幅度缓慢,搞得怨声载道。连续几代处理器产品,每次的性能提升都只有个位数,而且还发生了两次简单提升频率、优化优化就号称全新一代产品的事情,简直有些匪夷所思。

这就是没有竞争的恶劣后果,也是AMD最大的使命所在。

AMD当然不甘心堕落,2012年的时候就重新请回了曾经在AMD工作多年、主导过Athlon 64/Opteron 64/HT总线/64位指令集设计的超级大神Jim Keller,全面负责领导AMD处理器架构设计,开发兼具高性能与低功耗的全新内核。

Ryzen 7 处理器全球首发开箱

这,就是如雷贯耳的Zen。

Zen这个单词说起来很简单,就是中国佛教里的禅宗,有很强烈的哲学意味,也很流行,不少产品都喜欢将其作为命名元素,比如说创新的Zen系列播放器。

AMD以此作为代号,意在强调追求不同CPU设计原则之间的平衡,结果也得到了普遍认可,可以说已经深入玩家内心。

在最终产品命名上,AMD也保留了Zen元素,并且从NASA New Horizons(新地平线)冥王星探测任务中得到灵感,最终将新一代处理器命名为Ryzen,暗含着Risen(崛起)的意味,相当巧妙。

Ryzen的中文名为锐龙,沿袭了AMD龙系列命名方式,而“锐”这个字既和Ryzen起始发音接近,也有锐意进取的意思,很是贴切。

Zen架构的消息从2015年初就开始不断传出,而且上来就让人充满期待:全新的14nm制造工艺、真正全新的硬件架构设计、多核心且首次支持同步多线程、理论性能相比推土机的终极版本挖掘机提升多达40%对标高端i7、重新大战服务器市场……

这一幕是不是很熟悉?没错,当年推土机发布之前也是如此,各方面都令人期待,结果却是期望越大失望越大,所以这一次大家都变得十分谨慎,更何况还有个习惯性不靠谱的猪队友GlobalFoundries,工艺能不能跟上令人忧虑。

不过,AMD终于没有让我们失望。Zen各种消息不断曝光,规格凶猛的同时性能也很彪悍,AMD更是多次公开展示,直接拿Intel顶级发烧平台作对比,彰显十足信心。

最终,Zen架构以Ryzen的名义来到了我们面前,性能甚至超出预期。IPC(每时钟周期指令数)这个最基础、核心的指标上,Ryzen相比于挖掘机竟然猛增了多达52%,大大超出本就看似不可思议的预定目标。

更令人喜出望外的是,AMD没有“趁火打劫”,性能对决Intel高端平台的同时,价格却要便宜得多,尤其是旗舰甚至比对手便宜一半还多!

有性能,更有性价比,那个让大家钟爱的AMD终于强势回来了,未忘初心。

不得不说,Intel这次确实轻敌了,似乎完全没想到AMD真的能够兑现承诺,部分产品已经开始闪电降价,产品线也开始调整。这头快要睡着的雄狮,终于被扎醒了,AMD做到了!

【Zen架构探究:性能暴涨52%的秘密】

架构设计,是一款处理器各方面实际表现的根基,直接决定着产品的层次与成败。AMD推土机折戟沉沙,就是因为架构设计不完全合理,不适应当前应用需求。Intel酷睿表现优异,就是因为架构上十分优秀。

AMD Zen,则是另一个优秀的代表作,处处都体现着无数设计师、工程师无上的智慧,堪称技术与艺术的完美结合。

关于AMD Zen架构的设计和特点,之前我们已经陆陆续续介绍过很多次,这里再来一次汇总。

当然了,微处理器架构设计是十分高深的学问,一般人能理解表层毛皮就不错了,这里我们也不会太过深入和专业,就是浮光掠影地大致了解一下,知道它的一些主要特点就行了。

产品设计要遵循一定的原则,一切都以实现特定目标为前提。AMD Zen在设计过程中,重点关注四个方面:

1、性能:增强指令级并行(ILP),改进单线程性能。

2、吞吐力:增强缓存和预取器引擎的数据率,并通过同步多线程(SMT)高性能地处理流水线。

3、效率:低功耗设计理念,智能管理活跃和空闲功耗,释放硅晶片潜力,消除影响能耗的不利元素。

4、伸缩性:模块化的四核心基础结构(CCX),连接新的Infinity Fabric互连总线,从而可以高效地伸缩,集成其他AMD IP模块并与之高效通信。

性能方面,Zen微架构相比AMD此前的桌面设计有着质的飞跃,尤其是指令调度器窗口增大了75%,发射宽度和资源增大了50%,可以让Zen向执行单元调度、发送更多工作。

更进一步地,新的微操作缓存(micro-op cache)可以让Zen在使用频繁访问微操作的时候绕过二级和三级缓存。

Zen还有基于神经网络的分支预测单元,可以更智能地为下一步工作准备合理的指令、路径。

最后,Zen架构还可以使用同步多线程,提高对计算流水线的使用率。

所有这些结合起来,就为Zen出色的单线程能力奠定了基础。

高性能的引擎需要及时、充足的燃料才能发挥最大效率,Zen架构的吞吐能力就做到了这一点,最主要的变化就是重构了缓存层次,每个核心都有自己的64KB一级指令和数据缓存、512KB二级缓存,然后每四个核心共享8MB三级缓存。

这套缓存还有精巧的学习预取器配合,可以高效率地将应用数据送入缓存,以便立即执行。

综合起来,Zen每个核心的缓存带宽是挖掘机的将近5倍。

Zen架构采用了GlobalFoundries新的高能效14nm FinFET制造工艺,而且是专为高密度优化的版本,可以缩小CPU内核面积、降低运行电压。

Zen还集成了AMD最新的低功耗设计理念,比如刚才提到的微操作缓存就能减少对功耗很敏感的偏远缓存,大量的时钟栅极则能将动态功耗降到最低,还有个堆栈引擎,可以降低分派器的累积功耗。

尤为值得一提的是,Zen汲取了AMD APU团队优秀的功耗管理技术,从而让Zen在低功耗移动领域和高端发烧级桌面领域都能应付自如。

Zen架构产品的基础模块叫做CPU Complex(CCX),原生四核心八线程,内置64KB×4=256KB一级指令和数据缓存、512KB×4=2MB二级缓存、8MB三级缓存。

Ryzen 7系列产品就是两个CCX组成的,总计8个核心、16个线程、512KB一级缓存、4MB二级缓存、16MB三级缓存。当然还可以继续向上累加。

CCX中的每个核心都可以单独开关,所以还能变出双核心四线程、六核心十二线程甚至是三核心六线程等不同配置的产品,从而满足桌面、笔记本、服务器、高性能计算等不同领域的需求。

不同的CCX模块之间通过高速的Infinity Fabric总线互通。这是一种弹性的、一致性的界面/总线,可以在CPU内核中高效集成不同IP模块,方便不同CCX、系统缓存和IO/内存、PCI-E控制器之间快速交换数据。

它还给了Zen架构强大的指令与控制能力,建立了敏感的反馈循环机制,可以实时估算、调整核心电压、频率、功耗、频率等等,这也是下一章节要说的SenseMI技术的基础。

如果你对Zen架构的更多细节设计和功耗管理感兴趣,可以参考以下介绍,具体我们就不再展开了。


Zen内核设计


关键性能和功耗改进


核心功能单元布局


神经网络预测


二级缓存


三级缓存


Shadow Tag Macro


CCX模块


SMT同步多线程


Zen物理设计


时钟分布


标准单元库


单个核心兼顾高性能与低功耗


精准功耗控制


每个核心线性调整


核心变量数据


LDO


精准加速


能效比挖掘机提高了最多3.7倍

【Zen五大智能神技:性能功耗两相宜】

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