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AMD Zen3初步解析:底层大改,强化游戏表现

 三易生活 2021-01-15
北京时间2020年10月9日凌晨,一如此前预告的那样,AMD正式公布了他们即将上市的Zen3架构桌面处理器。但有意思的是,与此前的两代(Zen/Zen+、Zen2)产品不同,AMD方面这次将Zen 3的宣传集中在了游戏表现上,并通过与竞争对手的比较,宣称采用了Zen 3架构的Ryzen 5000系列将会是“最佳的游戏处理器”。


关注PC市场动向的朋友可能知道,正是得益于游戏PC与游戏主机在今年上半年特殊时期的突出市场表现,AMD不仅取得了超过三倍的净利润增长,股价也已经累计上涨多达89%,可以说是迎来了自身发展的最好时代。但除了对游戏玩家“投桃报李”的因素外,AMD之所以会将Zen 3的宣传侧重点转向游戏体验,本身也与这次新架构的改变有着密切的关系。

  • 这一次,Zen 3颠覆了“家族设计”


AMD Zen架构在设计上的最大特色是什么?看到这个问题,老A粉肯定会说是“模块化设计”。没错,自2017年初代Zen架构推出时,其所采用的每四个CPU核心以及其配套缓存为一组的“CCX(CPU核心复合体)”,就曾经引起外界极大的关注与争议。而到了2019年大卖的Zen 2架构上,AMD更是将内存控制器以及PCIE控制器在内的一系列I/O模块剥离出来,又设计成了一个独立的cIOD(输入输出模块)。

十六核Zen 2处理器的模块化设计,四个CCX,一个cIOD

这种模块化设计有什么好处?简单来说,它首先可以大幅降低CPU产品线的设计成本,让设计师可以靠“无脑堆叠”CCX的数量,推出4核、8核、12核、16核,以及更大规模核心数的产品;其次模块化的CCX与cIOD设计,意味着对工作频率不敏感的模块可以使用不那么先进的制程来制造(Zen 2的cIOD使用的是12nm制程,而非CCX的7nm),从而进一步降低产品的成本。


不难看出,AMD在最初设计Zen架构的时候,除了追求性能的大幅提升之外,控制成本显然也是目标之一。这既出于AMD“逆袭”的战略需求,同时也多少与其当时的财务状况不无关系。但当Zen系列架构发展到第三代,当AMD已经不再缺钱的时候,我们自然也就迎来了“模块化设计”的巨大改变。

是的,这就是此次Zen 3架构目前已知的最大改变点——将原本每四个核心、16MB L3缓存为一组的CCX结构,“扩大”为了每八个核心,32MB L3缓存一组。


这意味着什么?简单来说,在以往Zen/Zen+和Zen 2处理器中,当单个应用所需的核心数量多于4个时,处理器内部就会出现一个CCX被“占满”,需要不断进行CCX之间的通讯来维持同步处理的状况。而且由于不同CCX之间并不共享L3缓存,因此如果一个程序需要超过4个核心时,为了保证横跨两个甚至多个CCX的运算能够同步不出错,就必须要在多个CCX的L3缓存里都存储这一个应用所需的代码和内存信息。

显然,这会造成L3的容量被重复浪费,而且跨CCX通信本身的延迟,也会令多线程应用的性能下降。然而“好死不死”的地方在于,最常见需要超多核心同时计算,并对于处理器内部延迟又十分敏感的应用程序,恰恰就是大家熟悉的各种3A游戏大作。换句话说,对于Zen 3之前的AMD Zen系列处理器来说,大型游戏的性能需求恰好可能触及到了处理器设计的软肋。


正因如此,当Zen3架构将单个CCX的规格直接翻倍后,此时前文所述的全部问题就都迎刃而解了。一方面,Zen3的单个CCX现在可以“耐受”多达八核心十六线程的计算负载,这几乎已经是当前大型游戏所需最多的核心数量。换句话说,对于一般消费者而言,Zen3架构在日常使用中出现跨CCX通信需求的概率被大幅降低,多数时候的核间延迟都将得到改善。

另一方面来说,通过加入新的“L3直接访问”技术,配合高达32MB的L3缓存容量,Zen3架构在单个CCX内部可以容纳更多有意义的缓存数据,减少了缓存重复存储的浪费,同时也大大降低了缓存的延迟。根据AMD官方公布的数据显示,在典型的游戏场景中,Zen3架构的缓存延迟比Zen2整整降低了2倍。因此对于延迟敏感型的多媒体程序来说,这显然会意味着巨大的性能进步。

  • Zen3到底有多快?多项数据告诉你


不难看出,在新的架构设计的前提下,“八核心”会是Zen 3这代处理器中在延迟方面受益最大的一个产品规格。而事实上,AMD也正是以两颗同为八核、4GHz运行频率的处理器进行对比测试,得出了Zen3架构相比于Zen2架构单核IPC提升多达19%,达成了Zen系列有史以来最大的一次性能进步的结论。


那么这19%的性能提升具体是怎么来的呢?AMD官方其实也有给出进一步的解释。按照“贡献”从大到小排列的话,19%的性能提升分别由加载/存储效率改进、前段设计、执行引擎性能改进、缓存预取效率提升、微操作缓存改进,以及分支预测改进所带来。不难发现,CCX设计改变所带来的等效缓存增大和延迟降低影响到了好几个项目,换句话说,在AMD已经“不差钱”的现在,他们也有了更多的底气去尝试成本更高,但效果也好得多的设计方向了。


当然,新架构带来的进步不仅仅只体现在IPC的提升上。在能效方面,Zen 3架构如今已经可以达到初代Zen架构的2.4倍。在单核性能方面,采用12核心设计,频率最高可达4.8GHz的AMD Ryzen9 5900X处理器是迄今为止,第一款在CineBench R20中获得600分以上单核跑分成绩的家用桌面处理器,也再次刷新了AMD Zen系列的单核性能记录。


而在游戏玩家最关心,同时也是AMD方面着重宣传的游戏性能方面,AMD首先用Ryzen 9 5900X对比了价格相近的Intel Core i9 10900K。并且在官方公布的10款测试游戏(均为1080P、高画质设定)中,基于Zen3架构的Ryzen 9 5900X处理器取得了9款游戏的帧率优势。值得注意的是,其中优势最大的游戏项目并非单机大作,反而是通常认为对CPU要求不算高的网游(CS:GO和英雄联盟)——这似乎在暗示着Intel一贯引以为傲的高频率优势,在Zen3的单核效能改进面前败下了阵来。


其次,作为此次Zen3架构已知定位最旗舰的家用级处理器,具备16核心与4.9GHz最高频率的Ryzen 9 5950X,更是无论在专业的视频编辑、多媒体设计应用场景,还是在单机3A游戏大作里,均大幅领先本世代的Ryzen 9 3950X。特别是在游戏应用中,Zen3的帧率表现比Zen2足足提升了近30%。因此也无怪乎AMD会特别强调,新架构是“最佳游戏处理器”了。

  • 产品线、价格,以及一些其他的话


最后,让我们来看看Zen3架构此次产品线的定价情况。

首先从目前已知的消息来看,Zen3架构到目前为止一共公布了四款家用级别的处理器,也就是从六核心十二线程起步的Ryzen 5 5600X,到最高十六核心三十二线程的Ryzen 9 5950X。可以看到,与此前Zen系列以及竞争对手的10代酷睿不同,AMD这次完全没有靠主频的高低来划分处理器型号,每一档都是直接具备核心数量上的较大差异。

之所以会是这样,根据外媒Anandtech从AMD方面得到的说法是,这是因为Zen3并没有更换制程,而是选择沿用Zen2后期版本(XT版本)经过改进的7nm工艺,这使得处理器本身可以更容易获得普遍的高主频,因此没有了靠主频区分体质的必要性。


其次或许是因为设计上解除了成本的束缚,又或者是因为全系采用了能实现更高频率的制程工艺,总之在最终的定价上,这次的Zen3处理器家族确实是有所提高的。不仅比自家的前代产品普遍贵了50美元上下,就连AMD官方给出的对位竞争关系中,Ryzen 9 5900X与Ryzen 7 5800X也都要分别比对应的Core i9 10900K和Core i7 10700K要贵出20-40美元不等。

根据AMD方面的说法,由于Zen3架构的性能提升十分显著,因此即便是在价格稍贵的情况下,新处理器的“性价比”也依然超过竞争对手的产品线。也就是说玩家多掏一点钱,就能得到高得多的性能,最终还是划算的。


除此之外,根据官方目前公布的消息,Zen3架构这次并不需要更换新的配套主板,而是依然能够兼容500系的主板,只不过需要升级一下BIOS而已。而至于400系主板对于新处理器的兼容,目前的说法是相关BIOS还并未开发完成,最早也要到2021年才能放出首个Beta版BIOS,因此指望用更老的平台直接升级Zen3处理器的朋友们,可能需要多等待一些时日了。

对了,我们三易生活同时也建议准备升级Zen 3架构处理器的朋友,自行再购买一套足够高端的CPU散热设备。这一方面是因为AMD已经明确表示,不再会为TDP高于65W的处理器附赠散热风扇(由此可见本代的成本上涨有多厉害);另一方面也是因为这次的105W版本的Zen 3架构处理器本身还可以将TDP进一步解锁到140W以上,从而获得更高的峰值主频表现——当然,这也意味着你确实需要一套足够高端的散热设备来“镇压”它。


最后我们必须要说明的一件事是,AMD在今天凌晨的发布会上其实并没有完整公布Zen3的架构变化,甚至对于Ryzen 5000系列桌面处理器的一些关键参数(比如内存控制器是否得到了升级)也语焉不详。这主要是因为,虽然Zen 3架构在今天就已经发布,但它真正上市其实还得等到11月5日(相关的主板BIOS升级也得等到那天才会放出)。因此关于这款AMD最新架构处理器更具体的技术细节,以及它的性能实际测试,可能还得需要大家再耐心等待一段时间了。

【本文图片来自网络】

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