AMD Next Gaming Horizon Tech Day:第 3 代 R

作者: 时间:2020-06-06 分类:K省生活 评论:41 条 浏览:567

AMD Next Gaming Horizon Tech Day:第 3 代 R

E3 正式开展前夕,AMD 于美国加州洛杉矶举办 Next Gaming Horizon Tech Day,除了再次重申第 3 代 Ryzen 桌上型处理器的效能与省电性,亦同步释出有关 Zen 2 微架构的改进之处,深入探讨与 Zen / Zen+ 微架构的异同。

AMD 在 E3 正式开展前夕,于美国加州洛杉矶举办 Next Gaming Horizon Tech Day,提供第 3 代 Ryzen 桌上型处理器的详细资讯,也正式宣布众所期待的主流平台 16 核心 32 执行绪 Ryzen 9 3950X 将于 9 月推出。不过在此之前,先让我们了解 Zen 2 微架构与 Zen / Zen+ 的相异之处。

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AMD 将推出 2 个 CCD 晶粒内部处理器核心全开的 Ryzen 9 3950X,Boost 时脉达 4.7GHz,TDP 与 Ryzen 9 3900X 相同均为 105W,预计 2019 年 9 月正式发售,建议售价 749 美元,约新台币 23,450 元。

AMD 以 4 大面向整理第 3 代 Ryzen 桌上型处理器的进步之处,包含晶圆技术、设计、安全及 Infinity Fabric。Zen 2 微架构和 2 年前的 Zen 微架构相比,IPC 效能增加 15%,AMD 强调高于业界平均水準所能提供的涨幅。

台积电 7 奈米

第 3 代 Ryzen 桌上型处理器封装 CCD 晶粒,交由台积电 7 奈米製程製造已是大家所知的事情。在此节点技术,单位面积电晶体数量可提供相较于前一代 2 倍密度;若是将 2 代製程技术耗电变量固定,7 奈米可提供 1.25 倍效能,若将效能固定,7 奈米耗电量仅有一半。

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AMD 与台积电在 7 奈米製程技术保持深度合作,甚至下一代 7nm+。

微架构设计补完计画

AMD 推出 Raven Ridge 时,已大致解说 Zen 微架构的内部构造,Zen+ 则是在记忆体阶层的效能改善些许,降低 Zen 快取、记忆体存取延迟较高状况,因此也让 Zen+ 在微架构并未修改的情况下,IPC 效能硬是比 Zen 微架构多一些。Zen 2 微架构目前看来是 Zen / Zen+ 的补完版,加强容易被对手拿来说嘴的部分。

首先是前端部分,分支预测器改採 TAGE 形式,提供相较以往更正确的预测结果,L1 指令快取容量虽然从 64KB 缩减为 32KB,但是关联性从 4-way 提升至 8-way,将省下的电晶体空间供给 TAGE 分支预测器和 OP 快取。x86 架构最大缺陷为指令解码部分,为了减少此处的效能冲击,目前 AMD 和 Intel 双方均有负责储存近期解码后结果的快取单元,遇到近期已解码的指令,直接由此快取输出微运算。

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Zen 2 分支预测器改用 TAGE 形式,OP 快取从 2,048 个条目升级成 4,096 个。

AMD Zen 2 架构负责存放近期指令解码的 OP 快取,从 2,048 个条目升级成 4,096 个条目,如此看来 AMD Zen2 前端将更倚重近期执行指令的重複性,直接从 OP 快取输出微运算,比直接从 x86 指令解码更有效率。Zen2 x86 指令解码与 OP 快取每个时脉週期输出量与 Zen / Zen+ 相同,分别为解码 4 个指令和 8 个微运算进入微运算伫列,微运算伫列每个时脉週期最多可配发 6 个微运算进入执行阶段。

Zen 2 微架构执行阶段依旧採用整数与浮点数分开的方式,整数执行单元每时脉週期可接受最多 6 个微运算,内部负责计算记忆体存取位址的 AGU(Address Generation Unit),从 2 个增加至 3 个,每个时脉单位可完成 2 个载入与 1 个储存动作,rename register 重命名暂存器数量则从 168 个增加至 180 个。

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整数处理单元 AGU 从 2 个增为 3 个,重命名暂存器增为 180 个。

浮点数执行单元每时脉週期则可接受最多 4 个微运算,其中过去针对 128bit 运算最佳化的处理单元,遇到 256bit 浮点指令时需拆成 2 个 128bit 处理的状况,Zen 2 微架构进化成 256bit 不再分拆,并如同 Zen / Zen2 使用 4 条管线,分别为 2 个 ADD 加法和 2 个 MUL 乘法,相关储存、载入路径也为 256bit 进行最佳化,最大提供前一世代设计的 2 倍资料传输量,MUL 乘法延迟也从 4 个时脉週期降到 3 个时脉週期。

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浮点处理单元针对 256bit 最佳化,路径也为 256bit 进行拓宽作业,Zen 2 已可在单一时脉週期完成 AVX-256 运算。

整体而言,Zen 2 微架构 IPC 效能相较 Zen 微架构平均成长 15%,已可比拟 Intel Coffee Lake 微架构;Cinebench 单执行绪效能略为超越,多执行绪效能更不用多说,自从 Zen 微架构发表以来,一直都是 AMD 的强项。

第 3 代 Ryzen 桌上型处理器内部依旧採取实体 4 核心形成 1 个 CCX 的方式,1 个 CCD 晶粒则包含 2 个 CCX,其中 L3 快取容量倍增,由单核心 2MB 调整成 4MB,并依旧是 victim cache 架构。详细 L3 快取容量增加前后的效能比较,将于文章后部详述。

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Zen 2 微架构的 CCX L3 快取容量翻倍。

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Zen 2 微架构于 Cinebench 单执行绪效能提升约 21%,其中 60% 由 IPC 效能增进贡献,其余 40% 由 7 奈米製程提升时脉包办。

多项安全漏洞免疫

由于 AMD 和 Intel x86 处理器微架构实作处理指令方式的不同,近期在 Intel 处理器发现的安全性漏洞,多数并不存在于 AMD Zen 系列微架构身上,不过依然有着 Specture 和 speculative store by pass 等 2 项硬体漏洞需要透过韧体或是作业系统/虚拟机管理员修复。

微架构进化至 Zen 2 之后,上述 Specture 和 speculative store by pass 将直接透过影体修复方式免疫,如此一来就不必面对韧体或是作业系统层级修复方式带来的效能冲击。

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Zen 2 微架构将透过硬体修复与作业系统/虚拟机管理员合作方式,修复 Specture 和 speculative store by pass 两大安全性漏洞。

Infinity Fabric 扩充性

AMD 所研发的 Infinity Fabric 互连架构,在第 3 代 Ryzen 桌上型处理器当中依旧扮演相当重要的角色,以便将 14nm 製程 I/O 晶粒与 1 个或是 2 个 CCD 运算晶粒相互连结,内部依旧分成 SCF(Scalable Control Fabric)负责传输控制讯号,SDF(Scalable Data Fabric)负责传输资料,并且在採用 Zen 2 微架构的产品升级成第 2 代 Infinity Fabric。

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AMD 所发明的 Infinity Fabric 弹性互连架构,持续在 Zen 2 微架构 chiplet 设计发光发热提供扩充弹性,并升级至第 2 代规格。

竞品效能比较

当初 AMD Zen 微架构推出之时,由于採用 4 个实体核心共组 1 个 CCX,每个晶粒共有 2 个 CCX 的组合方式,颠覆一般消费级产品处理器核心地位对等情形,CCX 和 CCX 之间的频宽较小、延迟较大,类似于双处理器插槽的拓朴,若是作业系统未能替此类构造最佳化,很容易因为资源调用欠周详,最终导致效能不彰。

这次第 3 代 Ryzen 桌上型处理器系列,又再次导入新的拓朴,单一 CCD 内含 2 个 CCX,但是 CCX 和 CCX 之间需要透过与 I/O 晶粒连结的 Infinity Fabric 沟通。Windows 10 May 2019 与随之更新的晶片组驱动程式,已可为第 3 代 Ryzen 桌上型处理器系列拓朴最佳化,一组相关联的执行绪将会尽量维持在同一 CCX 执行。

另一方面,Windows 10 May 2019 透过 UEFI CPPC2,将第 3 代 Ryzen 桌上型处理器系列时脉选择速度从过去延迟约 30ms,大幅降低至 1~2ms,在需要运算能量时更快速拉抬时脉,轻量工作负载则可快速降低时脉,更省电。

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第 3 代 Ryzen 桌上型处理器与主要竞品对照表。

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第 3 代 Ryzen 桌上型处理器系列 Cinebench R20 单执行绪 IPC 与 Ryzen 7 2700X 效能提升幅度对照表。

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Windows 10 May 2019 作业系统并安装最新晶片组驱动程式,可让作业系统理解第 3 代 Ryzen 桌上型处理器系列的核心拓朴,以便最佳化工作排程器。UEFI CPPC2 也让处理器时脉调整延迟从约 30ms 降低至 1~2ms。

Windows 10 支援第 3 代 Ryzen 桌上型处理器系列核心拓朴前后,在 Rocket League「火箭联盟」 1080p low 效能可以提升 15% 之谱,而 CPPC2 在 PCMark 10 App Launch 程式开启速度更可加快 6%。

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若是 Windows 10 理解第 3 代 Ryzen 桌上型处理器系列核心拓朴,Rocket League 1080p low效能提升约 15%,CPPC2 则可让 PCMark 10 App Launch 程式开启速度提升 6%。

前面谈到 L3 快取容量加倍对效能的影响,在第 3 代 Ryzen 桌上型处理器系列的效能成长幅度比起换装 DDR4-3600 记忆体更有效。下图阐明两者之间的关係式,记忆体从 DDR-2666 换装 DDR4-3600,多个游戏效能提升幅度在 5%~10% 之间,但 L3 快取容量翻倍却可提供 10%~21% 效能涨幅。

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由于处理器核心和记忆体控制器分属 CCD 和 I/O 晶粒,因此 L3 容量翻倍能够补充存取记忆体效能损失。

第 3 代 Ryzen 桌上型处理器系列排排站与 Intel 竞品比较,是一定要上演的戏码,Ryzen 9 3900X 对上 Core i9-9900K、Ryzen 7 3800X 对上 Core i9-9700K、Ryzen 5 3600X 对上 Core i5-9600K 均可提供相同的游戏表现,但多执行绪运算效能却更佳。

有趣的是,Ryzen 7 3700X 对决 Core i9-9700K 採用耗电量与运作废热相比,前者在 Cinebench R20 多执行绪较快产出运算结果,平均平台耗电量为 138.65W,Core i9-9700K 却是 158.5W,产出的废热也比 Ryzen 7 3700X 更多。

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Ryzen 9 3900X 对上 Core i9-9900K 已可提供相等的游戏效能。

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对于内容创意生产者而言,Ryzen 9 3900X 拥有更多实体核心、执行绪,相对 Core i9-9900K 表现更好。

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Ryzen 7 3700X 可以提供更好的多执行绪效能,耗电量也比 Core i9-9700K 更低。

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透过 FLIR 热显像仪,得知 Core i9-9700 运作废热相较 Ryzen 7 3700X 为高。

AMD 同时不忘连带强调 X570 晶片组与软体的重要性,第 3 代 Ryzen 桌上型处理器系列和 X570 晶片组将 PCIe 4.0 带往消费市场主流平台,提供 2 倍于 PCIe 3.0 的频宽,处理器封装本身也支援 4 个 USB 3.2 Gen2 10Gbps 连接埠和 1 个用来连结 NVMe SSD 的 PCIe 4.0 x4 通道,不必透过晶片组。

主机板 UEFI 内部另外有个统一由 AMD 所设计的超频页面,按照厂商说法,旨在提供跨主机板厂牌的一致性体验。在 Windows 作业系统执行的 Ryzen Master 超频软体,将拥有记忆体全时序调整、自动超频功能,亦可汇入或是汇出设定档,并可显示处理器电源管理状态。

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AMD X570 晶片组平台 I/O 数量与规格。

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AMD X570 晶片组主机板 UEFI 统一导入超频页面,让不同厂牌主机板能够拥有一致性的操作介面。

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Ryzen Master 功能多更多,包含记忆体全部时序控制、设定档汇入/汇出、新版 PBO 与自动超频支援性、处理器电源管理状态显示。

实际市场销售盒装部分,第 3 代 Ryzen 桌上型处理器 Ryzen 7 和 Ryzen 5 将于盒装直接附属具有 RGB LED 灯光效果 Wraith Prism 散热器,此散热器 TDP 设计为 125W,并与 Razer 合作,透过 Razer Chroma 同步控制 Wraith Prism 散热器 RGB LED。

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第 3 代 Ryzen 桌上型处理器 Ryzen 7 和 Ryzen 5 盒装附属 Wraith Prism 散热器,并能透过 Razer Chroma 同步控制灯光效果。

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