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AMD Zen处理器架构详解:单线程性能大提升,升级14nm工艺
http://kongxiangkew.com.cn  2019/5/15 16:57:16  

在今晚的旧金山会议上,AMD揭开了Zen处理器的面纱——考虑到Zen处理器距离上市依然有段距离,AMD这次公开的信息依然不够全面,重要是介绍Zen处理器的架构特点,并小小地透露了Zen处理器的性能,已经可与Broadwell-E处理器对比同频性能了。

在这次会议上,AMD CEO苏姿丰还透露了AMD的市场策略,她上任之后也调整了一些公司战略,简单来说AMD的主要目标会放在游戏、沉浸式平台及数据中心三大市场上,这三者分别有150亿、200亿及180亿美元的容量,比死守PC好多了。

不论哪个市场,AMD的Zen处理器都会是实现市场目标的基石,不论玩游戏、VR/AR还是高性能服务器,Zen处理器都是AMD的关键产品,这点也无需多言了。

AMD Zen处理器的基本情况

我们知道,AMD早在2011年推出了模块化架构的“Bulldozer”推土机架构,目前已经升级到了Excavator挖掘机架构,但IPC性能变化不大,而到了Zen架构上,AMD处理器迎来了一个性能跃升——相比Excavator架构,Zen处理器的IPC(每指令周期)性能提升了40%以上,这是我们之前就知道的了。

与之对应的是能效,AMD目前的FX处理器还在用32nm,APU则是28nm,而Zen处理器则会升级到14nm FinFET工艺,更先进的工艺不仅推动性能增长,更重要的是大幅降低了功耗,Zen处理器在能效上也会有明显进步。

Zen处理器就是在这样的架构、工艺双重升级下具备了更高的性能、更低的能耗,根据官方所说,Zen处理器主要架构改进如下:

·SMT多线程,每个核心可支持2个线程

·8MB L3缓存

·容量更大、更统一的L2缓存

·微操作缓存(Micro-op Cache)

·具备2个AES加密单元

·高能效FinFET工艺

此外,从桌面版Summit Ridge处理器开始,包括第七代APU在内,AMD处理器都会统一到AM4插槽,新一代芯片组会支持领先的USB、图形、数据及其他I/O技术。

值得注意的是,Zen架构现在已经不是AMD最先进的架构了,他们还开发了性能更强的Zen+架构,基于Zen架构修改优化。

AMD Zen处理器架构改进

这次会议的重点是AMD Zen处理器架构细节,AMD CTO Papermarster在会议上提到设计Zen架构的三个方向——性能、生产力及能效,我们就分别从这三部分来看看AMD都做了哪些改进。

Zen处理器架构改进之性能:单线程性能大幅提升

作为AMD重返服务器市场的筹码,Zen处理器设计的第一个重点就是性能提升,为此AMD针对Zen内核做了如下改动:

·增强了分支预测单元选择正确指令的能力

·为了提高操作发射效率,增加了微操作缓存

·指令调度窗口增加了75%

·发射带宽及执行单元资源提升50%

最终的结果就是指令级并行设计大幅提升了单线程性能。

Zen处理器架构改进之吞吐率:SMT多线程回归

为了提高处理器的吞吐率(生产能力),AMD做了如下改进:

·支持SMT多线程

AMD的推土机采用的是物理多核模块化设计,虽然理念很好,但是现实很残酷,最终性能表现不尽如人意,因此在Zen架构上AMD回归了传统的SMT同步多线程架构,每个核心支持2个线程,类似Intel的HT超线程技术,但双方的实现方式肯定不一样。

高带宽、低延迟缓存系统

在之前的文章中,我们也介绍过Zen处理器的一些架构改进,其中就有缓存系统重新设计,AMD显著增强了预读器性能,L2缓存容量提升到512KB,8-Way阵列,L1指令缓存64KB,4-Way阵列,L1数据缓存32KB,8-Way阵列,另外还有8MB L3缓存,最终每个核心的缓存带宽是之前的5倍,大大提高了吞吐率。

▲缓存结构

Zen处理器架构改进之能效:14nm工艺、低功耗管理

AMD的推土机架构吃亏的地方还有制程工艺,32nm SOI工艺已经落伍了,不过Zen处理器将会升级到14nm FinFET工艺,而且还使用更多低功耗管理技术。

我们知道半导体工艺对处理器功耗的改进是最直接、最明显的了,AMD的FX、APU目前还在用32nm、28nm工艺,而Zen处理器则会升级到14nm FinFET工艺,虽然AMD没明确提及,但该工艺应该就是GlobalFoundries的14nm LPP高性能工艺了,与Polaris显卡相同。

低功耗管理技术

Zen处理器在低功耗管理上也有所改进,包括使用更激进的时钟栅极以控制不同区域,其他还有L1缓存写回、更大的微操作缓存、堆栈引擎、移动消除等降低功耗的设计。

上市时间

最后就是Zen处理器的上市时间了,早前AMD一直在强调今年底会在桌面首发,但从这次会议来看,桌面版Summit Ridge处理器已经延期到2017年早些时候,32核64线程的Naples服务器版Zen则会在2017年Q2季度问世。

至于未来的Zen架构APU,AMD也没提,估计要拖到2017年下半年了。


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