顺序

墙裂推荐AMD粉、AMD黑、牙膏党可以看看。 下面这篇文章是数码君转载自今年Zen2上市之初，太平洋互联网网《兽王》作者的文章，虽然大部分内容是AMD官方的PPT翻译，但是真的值得所有CPU爱好者一读，受益匪浅！

正文开始（原标题：《AMD 7nm Zen2架构解析：从优秀到优秀，背后有多少》作者：兽王）

不知不觉，AMD的锐龙处理器已经上市两年半了。 2017年诞生的Zen架构也发展了两代。 现在第三代-锐龙3000系列已经上市。 看的时候发现现在的主力锐龙7开始陆续下架，就像很多人不记得锐龙7处理器下架一样。

管理上有一句名言——from good to ，这句话用来形容现在的AMD再合适不过了。

基于7nm工艺打造的第三代锐龙，相信很多人对其频率、核心、性能大幅提升背后的架构创新和调整非常感兴趣。 今天就拿AMD的官方PPT分享给大家。 让我们用简单的方式来谈谈它——

本文内容较长，涉及专业名词术语较多，阅读有一定门槛，但我已经尽量简明扼要地进行了解释。 对于喜欢DIY、对半导体技术感兴趣的爱好者，不妨找个安静的地方。 好好看看，应该能有所收获。

过去几年，AMD一直在研发更高性能、更节能的Zen架构php 高性能框架，这也是为什么AMD在2017年锐龙处理器问世时以52%的IPC性能提升震惊世界的原因。大家调侃的牙膏太过激了，从性能到能效都是质的变化。

从这一点来看，两年前的第一代锐龙1000系列可以说是一鸣惊人，让落后多年的AMD拿到了高性能CPU市场的新门票。 霸主局面重现，CPU市场格局发生变化。 近两年从4核升级到6核再到8核。 它不再是牙膏升级。 这确实是AMD的功劳。

不过目前两代锐龙处理器还有一个严重的不足——单核性能不足，导致部分AMD游戏和专业应用的性能下降。

从第一代锐龙到第二代锐龙，AMD将CPU架构从14nm Zen提升到12nm Zen+，不过这还是小修小补，缩短了与现世代的单核差距，但没有质的提升改变。 无法挖掘更高频率的潜力。

管理上有一句名言——from good to ，这句话很适合形容现在的AMD，14/12nm腾云网的锐龙处理器是一款优秀的处理器，但是还有一些槽点没有解决，而且现在7nm Zen 2架构的目标是精益求精，AMD从追赶者变领导者的任务就靠它了。

此前，AMD 在 CPU 路线图中对 Zen 2 架构的概述是多维增强的 Zen 架构。 从官方定性的角度来看，我们可以将Zen 2看成是Zen的深度改进版——CPU的基本结构没有太大变化，只是在工艺、封装、单核和多核方面进行了全面改进。

AMD官方对Zen 2架构的优势主要集中在三个方面——性能、技术和并行性，而我们的介绍也主要围绕这三个部分展开。

第三代锐龙采用7nm工艺：AMD CPU历史上首次领先

对于CPU这样极其先进的逻辑芯片，任何重要的进步都离不开工艺技术的升级。 14/12nm 的一些缺点，比如CPU 单核频率不够高，AMD 不清楚，但他们也没办法。 GF的14/12nm制程已经确定了上限，不是想加频就加频。

好在现在AMD推出了7nm，代工厂也从格芯换成了台积电。 说到这里，一波三折。 去年8月初，格芯黯然宣布无限期停止7nm及以下制程的研发生产。 两条腿走路的AMD不得不将CPU和GPU的7nm订单全部交给台积电。

对于AMD来说，从原来的两家代工厂改为一家代工厂其实风险更大，而且台积电之前也没有制造高性能X86处理器的经验，但最终台积电还是很有钱的。 性能上比GF好很多，AMD的7nm CPU和GPU终于量产成功。

此外，AMD的锐龙3000系列处理器所采用的7nm工艺也不同于台积电为华为、苹果代工移动处理器所采用的工艺。 它是 7nm HPC 工艺，针对高性能 IP 内核进行了优化。 7nm HPC工艺的公开介绍并不多。

根据AMD公布的数据，7nm工艺带来明显的计算效率，包括晶体管密度翻倍，功耗降低50%（同等性能下），性能提升25%（同等功耗下）。

考虑到AMD与14nm工艺相比，密度和功耗的变化还算不错，但25%的性能提升就差强人意了。 由此也可以看出，摩尔定律到了10nm节点之后，芯片性能的提升并不是那么容易的。 向上

只要提到处理器技术，无论如何都绕不过去。 平心而论，中国的10nm制程技术并没有落伍，甚至在晶体管密度上比台积电的7nm制程还要有一些优势。 在这个问题上，就连AMD自己也很清醒，他们只表示7nm工艺赶上了与友商的差距。

当然，综合来看，AMD在7nm节点上还是领先的。 尽管在技术上与10nm相当，但在时间安排上AMD赢了。 高性能桌面和服务器版本要等到明年，AMD现在出货的是7nm工艺的高性能桌面处理器，64核的EYPC Rome处理器也将在下半年出货.

也正是因为如此，此前有华尔街分析师称赞AMD在7nm 3000处理器上卷土重来。 这是十多年来AMD首次在技术和性能上全面超越。 这绝对是一个历史性的时刻。

三代锐龙设计：CPU/IO核心分离是解决延迟的关键

虽然AMD在 3000处理器上成功使用了7nm工艺，但是说它是7nm芯片有点不准确。 其实 3000是7nm混合12nm工艺，这与其模块化设计有关。

在7nm节点，设计一颗芯片的成本高达3亿美元，这对于AMD来说也是非常高的。 这就需要腾云网络采用更好的方法来保证芯片的良品率。 芯片越大，成品率越低。 ，芯片越小，成品率可能越高。

在Zen 2架构处理器上，AMD采用小芯片的设计思路，通过模块化将不同内核的处理器组合在一起。 设计不同于以往的胶水包装。 从本质上讲，就是根据需要将不同工艺和架构的芯片电路进行匹配，比简单的胶水封装更加精密和复杂。

在去年推出的首款Zen 2架构处理器——EPYC Rome上，AMD率先应用了这种设计方法。 8组CPU核心和1组IO核心堆砌出一个64核的处理器。 在锐龙3000上，桌面版不需要那么多核心。 它采用2组CPU核心层，1组IO核心，最大16核32线程。

具体来说，图中上述两组CPU核心均采用7nm工艺制造，因为CPU核心对性能要求高，对功耗也很敏感。 改进工艺对CPU核心大有裨益，好钢要用在刀刃上。

下面的IO核心集成了内存控制器、PCIe控制器等IO单元。 这部分电路对性能和功耗没有那么高的要求，IO单元也不容易随工艺缩小，所以采用了比较低端的工艺。 ——之前说是14nm，但是 3000上的IO核心是12nm工艺的改进版。

AMD在Zen2上采用这样的设计无疑是非常聪明的，而且配置也非常灵活。 想要增加CPU核心数，只需堆叠CPU模块，锐龙处理器就可以轻松从之前的8核16线程变成16核32线程。 此外，AMD还需要通过这种方式生产小核，提高了良品率，降低了成本，而IO核则采用了更成熟的12nm工艺，进一步降低了成本。

当然，有得也有失。 设计有很多好处，但缺点也很明显，就是如何处理核心之间的连接，尤其是内存主控分离后，内存的延迟理论上会增加，肯定不如原来的多核 是的，AMD是怎么解决这个问题的？

第一种是改进型总线（简称中频）。 中频总线是Zen架构的基础技术之一。 它连接Zen架构中的CCX模块，现在也用于连接不同的CPU和IO核心模块。

在锐龙3000处理器上，中频总线已经进化到第二代，在并行度、延迟、能效等方面全面提升。 总线位宽从256b升级到512b，支持PCIe 4.0。 同时将Fclk和Uclk频率解耦解锁，提升内存超频性能，并采取多种方式降低内存延迟，提高缓存速度，降低延迟的影响。

除了中频总线的提升，AMD还有一个大动作——三级缓存翻倍，每个CCX单元的三级缓存容量从之前的8MB增加到16MB（7nm工艺的密度优势任性)，这样对延迟敏感的应用程序可以更多地依赖 L3 缓存和内存php 高性能框架，AMD 声称这可以将等效内存延迟减少 33ns，并将游戏性能提高 21%。

此外，AMD还凭借IO核心分离提高了内存频率。 而之前的锐龙所支持的内存频率，现在可以轻松达到4000+。

对于显存频率，如果追求极致的低延迟，频率高不一定好。 这也与中频总线的工作方式有关。 虽然和内存频率分开了，但是在1:1的情况下延迟还是最低的。 分界点是DDR4-3733，此时内存延迟最低，AMD官方推荐DDR4-3600 CL16模式，对于目前的内存来说很容易达到。

三代锐龙Zen2架构详解：一切为了更高的吞吐量

如果你还记得锐龙7刚发布时的场景，应该对Zen架构的SMT多线程、CCX单元、IF总线等创新还有印象，而锐龙3000的Zen2架构也继承了这些优点，但在Zen2 IO相关分离中，CPU核心变得更加纯粹，总体方向是增加核心数使多线程性能翻倍，同时最大化单核性能。

在锐龙3000中，CPU和IO核心分离后，可以有多种搭配。 比如1组CPU可以配1组IO核，这样最大就是8核16线程，2组CPU核可以配1组IO核。 最多16核32线程，这也是目前锐龙9 12核和16核处理器的基础。

在14nm Zen架构中，一个CCX单元的总面积为 ，其中CPU核心、8MB L3缓存为，算上其他IO、内存主控、IF等单元，核心面积为8-核心处理器是。

Zen 2架构中，一颗芯片总面积仅为31.3mm2，其中CCX+16MB三级缓存核心面积仅为31.3mm2，同比下降47%。 一方面是因为7nm工艺的密度优势，另一方面也只是和Zen2的CCX一样。 CPU核相关，IO单元减少。

这也可以解释为什么 AMD 敢于将 L3 缓存大幅增加一倍以减少延迟。 每个CCX加倍到16MB L3缓存后，CCX核心面积还是减少了一半左右。 为什么不这样做。

就整个Zen2架构而言，它继承了SMT多线程技术，同时在分支预测、缓存系统、整数、浮点数等单元进行了改进，并加入了新的指令，进一步减少延迟的影响。

缓存系统上，Zen 2的L3缓存翻倍，L2缓存保持8-Way不变，L1缓存有所调整，指令缓存容量从64KB减少到32KB，但关联性从4-Way变为8-Way，而且，-Op缓存加倍。 AMD显然想在性能、节能和面积之间取得平衡。

在预取单元上，AMD提升了分支预测的准确性，增加了BTB（ ）容量，优化了32KB L1缓存，最重要的是加入了TAGE分支预测器，最终使得分支预测miss hit hit命中率降低30%，命中精度提升，降低能耗，提升性能。

在解码单元，主要改进了-op微操作缓存，容量从2K翻倍到4K，可以支持更多的解码操作。

浮点单元是 Zen 2 架构中变化很大的一部分。 在去年的EPYC Rome处理器中，AMD表示浮点性能吞吐量翻了一番。 原因是它完全支持AVX2指令，并且位宽增加了，然后将之前的指令拆分为两条指令，分两个周期执行，使浮点性能翻倍。

在整数执行单元中，调度器的数量从84个增加到92个，物理寄存器的数量从168个增加到180个，每个周期的传输次数从6个增加到7个。这个区域更加量化，进一步优化了执行单元的效率和执行速度。

在加载/存储单元中，队列深度也增加，TLB缓存容量增加，带宽增加，延迟降低。 最重要的是带宽从每周期 16B 增加了一倍到 32B 字节。

在缓存一致性方面，前面已经介绍了L1、L2、L3缓存的变化。 其中L2缓存不变，L3缓存翻倍，L1指令缓存减半，但结合性翻倍。

Zen2架构中新增了一些指令，比如CLWB、QOS等，我就不详细解释了。 这些指令主要与内存和缓存有关。 主要目标是提高缓存性能并减少延迟。 它们主要用于 EPYC 处理器。 是的， 3000 消费级处理器支持这些指令主要是因为光。

最后值得一提的是处理器的安全性。 由于后发优势，Zen2架构在安全和漏洞防护方面更具优势。 Zen 架构已经免疫了多个变体漏洞，例如 和 。 此外，硬件不受 变体的影响，这对消费者处理器影响不大，但对企业用户很重要。

第三代锐龙的终极目标：多核和单核，还要能效和低温

无论是7nm工艺还是设计，还是Zen 2微内核架构，AMD在骁龙和锐龙处理器上追求的目标无非就是性能和能效，结合之前处理器的优缺点，具体来说，就是它就是继续保持多核性能优势，提升单核性能，提高能效，降低功耗和发热，降低成本。 不过，价格还是跟市场有关。 具体要看具体的产品，这里就不说了。 .

性能方面，AMD在7nm Zen2上追求性能提升，首先是IPC性能。 从推土机架构到Zen架构，AMD实现了52%的IPC性能提升，不过那是有特别的加成，但是从Zen到Zen2，AMD表示他们也实现了15%的IPC性能提升，值得称道. 毕竟，高性能CPU架构的提升难度越来越大。 相比之前的产品IPC性能提升5%已经不错了。

其次，AMD需要实现更高的频率。 1代和2代处理器在这方面吃过苦头，加速频率仅为4.3GHz，与已经实现的5GHz加速频率相比有很大差距。 单核性能吃亏不少，游戏性能也吃亏。

在7nm Zen2上，AMD终于有了突破。 9 12核处理器的加速频率也达到了4.6GHz，16核 9的频率达到了4.7GHz，AMD表示他们的加速频率不仅仅是为了追求最高频率单核，如果可能，更愿意让多核达到加速频率，这样性能会更强。

综合IPC性能和频率的提升，AMD终于在锐龙3000上实现了单核性能的大幅提升，官方数据显示单线程性能提升了21%。 考虑到锐龙一代和二代处理器的单核性能和Core处理能力的最大差距只有20%左右。 这一提升足以让AMD在单核性能上赶超甚至超越酷睿。

同时，AMD一直占据优势的多核性能也将继续保持。 3000 的最大内核数翻了一番，达到 16 核 32 线程。 随着核心数的增加，多核性能基本保持线性增长。 处理器R20的多核跑分为3678，12核24线程的锐龙3000跑分为7248网站优化，基本同步增长。

更重要的是，AMD在提升性能的同时降低了处理器的功耗。 7的绝对功耗从前两者的195W和157W降低到135W，能效表现可圈可点。

考虑到锐龙7和酷睿i7处理器都是14nm工艺级别，7nm锐龙3000处理器在能效上有两代工艺差距。 官方表示同等性能下功耗降低50%，能效可以说是降维打击。

随着能效的提升，AMD的锐龙3000处理器在发热量方面也有优势。 AMD 的 6 核和 8 核酷睿处理器的高发热量让不少玩家感到不适，但锐龙 7 却冷静了许多。 这个优势在于，锐龙一二代上已经是这样了。

除了硬件的改进，AMD 也跟上了优化的步伐。 锐龙 3000 处理器得到了微软的支持。 在最新的5月10日更新（1903版本）中，还支持AMD处理器的fast CPU状态。 切换功能，当涉及到一些突如其来的工作负载时，锐龙3000处理器的升频时间从30毫秒减少到1-2毫秒。 简单的说就是在需要的时候可以更快的提升频率，这样就可以提高应用程序的响应速度，AMD表示10的启动时间缩短了6%，游戏的启动时间也缩短了减少了 15%。

第三代锐龙的绝配：X570芯片组+PCIe 4.0带宽

除了处理器，不得不说的还有新一代的X570芯片组。 相比之前翔硕设计的芯片组小程序开发，这次的X570由AMD亲自推出，为了实现PCIe 4.0技术支持，并且在14nm制程工艺上不惜重金。

与PCIe 3.0相比，PCIe 4.0的速度从8GT/s提升到16GT/s，带宽翻倍。 主要优点如下：

① 速度更快，x16双向带宽达到32GB/s，是PCIe 3.0的两倍。

②向下兼容，PCIe 4.0也兼容PCIe 3.0设备。

③连接更多，PCIe 4.0带宽高，1值2，可以连接更多设备，不用担心性能下降。

PCIe 4.0目前是AMD X570/ 3000在消费类平台上的专属功能。 因此，群联、慧荣等腾云网络推出的PCIe 4.0主控和腾云网络的PCIe 4.0硬盘要想发挥威力，AMD平台是首选。 可将SSD读写性能提升至5GB/s级别，未来可进一步提升至6.5GB/s。

此外，除了PCIe 4.0，X570平台上的SATA、USB 3.1 Gen2、NVMe等其他标准也优于Z390平台。 网络有信心打造顶级平台。 这也是与之前300、400系列芯片组最大的不同。 先进的技术可以任性。

当然，考虑到PCIe 4.0目前支持较少，如果不追求极致性能，可以选择X470、B450等平台。 AMD此前也已经确认，除了支持PCIe 4.0外，锐龙3000处理器在其他平台上的性能是一样的，不会受到影响。

总结：从好到好，三代锐龙的所有优点“我都要”

从AMD的7nm Zen2架构设计来看，AMD对于这一代处理器的野心可以说是远大的，无论是单核还是多核性能，还是能效、温度、成本，AMD的目标简直就是如图所示在下图中。 :

没错，AMD在 3000处理器上展现的就是所有的优势都要占尽，不给友商们留下后路的感觉，通过先进的7nm工艺，独特的小芯片，全面提升的Zen2架构来实现性能，能效的同步增长，以及过去最弱的单核性能这次也赶上了。

关于锐龙3000处理器的性能，AMD官方的测试已经展示了很多，这里就不一一列举了。 上图是综合代表。 单核和多核性能均优于酷睿i9处理器。 .

想阅读原文的可以点击“扩展链接”，感谢原作者兽王的精彩文章！