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AMD Zen处理器解析：凭这些特性正面对决Intel
来源：作者：x91责编：仲平
距离上一次AMD能和Intel正面交锋已经过去了很多年，A饭们无不及其怀念EV6总线开创的K7时代、以及AMD64抢得微软新系统青睐，迫使Intel放弃推动IA64而从A手里取得转向x86-64授权的那段光辉岁月，然而美好时光总是持续不了太长时间，随着Intel摆脱NetBurst带来的阴影开创Core纪元，A就再没能从I身上占到一分便宜。而后来投靠ARM阵营也没有给自己带来好处，同时GPU部门也是颓势越来越明显，致使被NVIDIA按在地上摩擦相当长一段时间。由此也就有了过去数年里，“幻灯片”厂的谐称——AMD依靠“PPT救国”的方针一直吊着A饭们那颗悬在半空中的心，这也让他们每次面对A的更新换代时，给出的支持言论多半都带着自嘲的性质。但这一次，AMD好像真的让人看到了咸鱼翻身的希望。在本周进行的Hot Chips 2016芯片技术论坛期间，AMD对自家新微处理器架构Zen的大量细节披露，似有当年英雄回归的迹象。那么，Zen究竟有了什么进步，能让AMD重新和Intel站在同一个竞技台上？一剂强心针：微指令缓存AMD对于下一代微处理器架构设计，选择了完全抛弃现有架构的做法，从一开始就设定好“高性能x86处理器”的目标，重新设计Zen的核心。上一代架构，即推土机/挖掘机在实践检验里已经暴露出了不少缺陷，选择先破后立而不是查漏补缺，AMD的核心设计工程师们应该有着自己的考量。从全新的核心架构里，有一处改变值得注意：AMD为Zen加入了微指令缓存。微指令缓存在一个计算模块里的作用是让微指令更加接近微指令队列，避免核心去下级指令缓存里取指令而浪费额外时间，对提升整个核心的执行效率效果非常明显。Intel很早就开始自己的CPU核心设计里加入微指令缓存，而且效果好到让他们持续这么干了好几代（考虑到Intel和AMD拉开差距的Conroe或直接得益于此），没道理不相信AMD的效仿会带来比较可观的正面效果，目前围绕在AMD Zen的微指令缓存上的疑问只是它的大小。如果非要猜测一下，从典型的微指令缓存相对来说都比较小块，以及Intel的微指令缓存支持8路1536 uOps来看，AMD的这片缓冲区参数应该会和Intel持平，因为本来就没什么选择。有了这个，AMD所宣称的Zen相较上一代核心有着至少40%的每时钟周期指令数（IPC）提升，可信度能增加不少。当然，只有微指令缓存的加入，而缺乏数值上的提升会让40%显得有些苍白。AMD于是还把Zen的各项指标都放大了一圈：单次微指令调度数从4条增加到6条（而且4条整型和6条浮点微指令可以同时配发）；整型/浮点指令调度器从48/60个增加至84/96个；L/S队列、以及打回队列都有着50%左右的长度增长。按照理想情况，这些数值提升搭配更加准确的分支预测能让核心能以最快次序实现更高的吞吐量，并把这种高效率的持续时间维系得更久。有了微指令缓存，AMD Zen应该说补上了一块核心短板，若没有这一步，挑战Intel可谓无从谈起。再度重塑自信：缓存层级重构Zen的缓存层级结构相比推土机，用脱胎换骨四个字来形容不过分。虽然AMD对于缓存延时以及带宽等数据避而不谈，但目前确信能够带来正面效果的改变的确存在。首先是Zen给其内的每一个核心的32KB一级数据缓存从推土机的穿透式改成了回写式，不再把核心缓存的数据更新与CPU和内存的总线周期绑在一起，这样做可以维持住一级缓存爆发式写入的性能，而不用等速度更慢的内存在同一个总线周期内同步完缓存的数据。而且根据Load操作比Store要频繁的统计，Zen的一级缓存把L/S单元非对称化，给了更多的Load通道。回到总体上看，AMD把原来推土机的架构给全拆了，造了个新的CCX——一种把四个CPU核心、以及它们的一二级缓存都挂在三级缓存上的结构。其中这块8MB大的三级缓存并不像我们常见的CPU下级缓存那样，根据CPU核心所需要的预取/请求指令收集数据，它的角色是给被因为没及时执行，或是被回写命令标记无效而从一级和二级缓存里驱逐出来的指令提供临时住所，更像是一个难民营，因此它必定没有一二级缓存那么有效率。不过因为Zen核心的8路二级缓存大到512KB，可在一定程度上补正这部分低效。同时，由于不需要让难民缓存来存储二级缓存里的数据，它降低了缓存里的数据冗余程度来间接提升了缓存的利用效率，或者说缓存容量。AMD在Zen里面采用的这种模块化设计也让新CPU有更好的产品线延展性，能使一套架构通吃从最节能的移动芯片到最火热的性能宠儿，避免出现像上一代那样的断层现象。比如一个CCX，就做成一个给笔记本用的低能耗4核CPU，和Intel的移动i3/i5比试，到桌面上就把两个CCX拼起来合体成为8核Zen，正面挑战i7。不过AMD没有明说的是CCX之间究竟是什么互连结构，而且他们否认了基于HyperTransport总线改进而来的猜测，但没给出具体的解答，留下一个让人浮想联翩的疑问。一句话说，且不提AMD这次的缓存效率能不能像它所宣称的那样，一二级缓存吞吐量翻倍，三级缓存速度乘个5，至少在大小上，压过Intel现在的Skylake没问题。三元方法论：真正的SMTIntel对于同步多线程（SMT）的应用最早可追溯到2008年，把一个核心分身成两个线程是件困难的工作，光是给这两个线程交待怎么互相搞好关系，合理使用缓存和资源，不要独吞晾着对方……这些已经够那些工程师们喝一壶了。也许AMD这么些年来一直没给自家CPU加入SMT能力，就是给这个难题挡住了路，明年应该能见到8核心/16线程的AMD CPU了吧。从内部看，Zen核心的线程之间的调度主要还是遵循时分策略，虽然考虑到不同线程可以有很多不同的占用特点，这并不是最佳方案，AMD还是靠自己的一套线程标记/判别方法论强行上。在Zen里面干涉进程优先级通常有三种情况，一种是CPU会对每个线程的数据流进行分析，判断哪个在算法上优先级更高——在对应分支预测、整型/浮点重命名此类资源偏重型的工作时，线程据此调整优先级；另一种是在线程涉及TLB缓存和Load队列操作等延迟敏感型（反映到上层通常都是及时响应用户作出反馈）操作时，CPU就根据延时需求标记来分配线程处理的优先级；而像微指令队列这种按照顺序一路走下来的部分，CPU就会使用静态时分策略让线程交替处理。至于其余的部分就简单粗暴得多，先到先得，哪个线程要更多对应的核心资源，哪个线程就会抢着先占用它们。如果提高到从操作系统和应用软件的层级，以它们的视角观察看AMD的SMT，Zen的SMT类似于Intel的超线程，每一个线程都被当作是核心对待，不会像推土机那样存在资源使用限制。不知道AMD这次是不是从Intel的HyperThreading中得到启示，能不能青出于蓝，但可以确定，Zen浮点计算的性能相比上一代AMD CPU会得到不小提升。制程工艺：又见FinFET网友肯定听FinFET这个术语都听到耳朵起茧了，我们之前关于手机处理器芯片的讨论没少对这个技术作过介绍，所以此处我们长话短说。功耗一直都是AMD设计自家CPU时习惯照顾的方面，实现100W以内的TDP不光是把门控时钟设置得更激进，Zen打算借助他们早些时候在Polaris GPU上已经实际检验过Global Foundries 14nm FinFET工艺。而且AMD并不打算照搬GPU的方案，他们还要用密度优化过的这套工艺，毕竟需要控制DIE面积——这是AMD在这次Hot Chips上没有交待的事情。如果现在的这套设计迫使他们使用500mm2的14nm DIE，那就和AMD一贯的价格策略背道而驰了，最终成品一定会贵上天。不过考虑到Zen的诞生就一直伴随着目标调整，所以现在也很难确定，AMD的下一代CPU究竟能保持多少现在我们所看到的样子。纸面上的40%，现实里的2%？说了这么多，最终用户其实是很难被ppt所忽悠的，管你吹数字吹架构吹得天花乱坠，他们想要的无非两点：第一，要能以合适的价格买到；第二，用起来实际感受确实不慢。AMD在Hot Chips 2016上有向与会者做过Blender跑分，3GHz的8核Zen和3GHz的8核Broadwell-E，在同样的多线程定制负载下，Zen能比Broadwell快2%。但更多的配置细节AMD没有透露，在背着“ppt崛起”的前科的时候，说话的选择只能谨慎谨慎再谨慎，打消公众怀疑不是件简单的事。假如这一次AMD能成功在2017年第一季度批量出货Zen（实际上就现在这个时间来谈，已经是跳票了，原定是今年10月的），到时候消费者可能会先在品牌机里找到新CPU的身影。也许他们能够抓住这次杀回高端x86 CPU战场的机会，再度与Intel同台竞技，但至少要保证自己面对老对手的时候，手里有牌能打才行，可别再跳票了。
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AMD八核心Zen处理器将于十月发布，已经处于验证阶段收藏
※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※出处：Wccftech※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※AMD Zen 8 core high enthusiast Summit RidgeCPUs are allegedly slated for an October release on the new AM4 socket. Asource close to AMD claims that the eight core Summit Ridge CPU dies have tapedout in January and are running through testing and validation right now.AMD八核心发烧级Zen处理器预计在十月发布，处理器接口为AM4。接近AMD的消息源声称八核心Zen处理器已经流片，现在正进行测试与验证。※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※AMD has several other Zen based SOCs –systems on a chip – in development. A 32 Core Zen server CPU, a sixteen coreZen HPC APU and a quadcore Zen consumer APU. All of which should be taped outsometime later this year.AMD还有其他几个Zen的单芯片处理器在开发，即 32核心的服务器处理器、16核心的高性能APU，以及4核心的消费级APU。这些都将在今年年底某个时间段流片。
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The desktop FX CPUs allegedly feature a 95WTDP and eight high performance Zen cores with multi-threading for a total of 16threads. Zen is said to have extremely competitive single threaded performanceaccording to engineers with knowledge of the chip. Citing more instructions perclock than Intel’s Broadwell and just a smidgen behind Skylake. The 95W TDP ifaccurate indicates that indeed we’re looking at a very power efficient design.In contrast, Intel’s eight core i7 5960X is rated at 140 watts桌面Zen FX处理器据称是95瓦，8个高性能核心，支持16线程。根据对该芯片了解的工程师透露，Zen处理器单线程的性能极其有竞争力，IPC比英特尔的Broadwell处理器要强，比Skylake处理器弱一点点。※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※Suffice to say all the leaks and whisperswe’ve seen and heard thus far about AMD Zen CPUs on the desktop indicate thatthe chips will launch in Q4 this year, more specifically this October. Thatdate should still be taken with a grain of salt.我们目前所知道的泄漏信息与传言足以说明桌面Zen处理器将于今年4季度发布，更具体点就是十月。当然，这个发布日期也不能完全打包票！
Back when AMD announced Zen for the veryfirst time, publicly, at its Financial Analyst Day last year, the companytouted a 40% improvement in instructions per clock versus its latest highperformance core Excavator. However, during last quarter’s earnings conferencecall President and CEO of the company Lisa Su announced that Zen is performingbeyond initial expectations and that engineers have managed to achieve agreater than 40% IPC improvement.AMD在去年的财务分析师日上首次公开透露了Zen处理器，声称比挖掘机IPC提升40%。但是，上季度的财务电话会议上，AMD的CEO苏大妈表示Zen处理器性能超预期，IPC提升实际上是超过40%的。※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※ The AIDA64 benchmarkadded support to Zen based Summit Ridge as well as Raven Ridge FX CPUs and APUslast year. AMD’s plan, our sources tell us, is to price high core count partsvery competitively. Undercutting Intel’s mainstream CPUs by offering more coreswith competitive – Broadwell level – single threaded performance at Intel’smainstream i5 and quadcore i7 price points. Essentially offering Haswell-E /Broadwell-E comparable parts in the mainstream $400-$150 segment.测评软件AIDA64在去年就开始支持Zen处理器以及Raven Ridge FX CPUs 与APU。我们的消息源透露，AMD计划将会给多核心的Zen处理器定个非常有竞争力的价格，就是核心多，而且价格比英特尔主流处理器还便宜，换句话说就是达到Broadwell的单线程性能，但是却是英特尔主流四核心Haswell-E与 Broadwell-E i5与 i7的价格，大概在400至500美元。
This is possible because we’re told the Zencore itself is very area and power efficient. So AMD can build high core countchips that are still small, with good yields and at reasonable cost. Imagine aneight core Haswell-E equivalent chip the size of a Carrizo APU. We’re set tosee a CPU price war take place later this year like we haven’t for nearly adecade.上述是可以达到的，我们获悉Zen核心在面积与耗能方面非常高效。所以AMD能够在面积不大，良率较好、成本合理的基础上生产出更多的核心。想想看吧！八个Haswell-E级别的核心，而核心面积只有Carrizo APU一般大。今年晚些时候，我们将看到一场近十年来所没有见过的CPU价格战。
AMD’s Linux Kernel patches which have beena rich source of information about Zen. The patches revealed so much about theinner-workings of Zen to the point where we are actually able to visualize thehigh-level design of the core. And maybe, just maybe, we’ll finally be able tosay “AMD’s back”.Linux操作系统的内核补丁提供了Zen处理器的丰富信息。这个补丁揭示了Zen处理器内部的工作机理。据此，我们将微架构可视化成下图。也许，我们可以说AMD是王者归来了※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※
如果zen的fx最低端也有i5的性能价格又低点就可以了
希望明年能用到屏蔽核显得zen apu 速龙系列
早这样做该多好！i5肯定降价卖奔腾的钱
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日常崛起，跳票是肯定的吧，当初7850K也是说年底出结果拖到一月份
Linux有补丁了？适于win10的补丁呢？有补丁好评，当年推土机就在这上面吃亏啦。
16核心的APU？配北极星旗舰卡吗
能不能准时出货 跳票说得最好也没用
坐等PS5 XBOX2 用黑科技APU
一定要是LGA封装，尼玛PGA封装受够了！
宝宝义无反顾的选择6950x
如果真是IPC比英特尔的Broadwell处理器要强，比Skylake处理器弱一点点。 那么我预言对了
我看好16核的APU，作图神器啊
16核心apu=4+12?
哇吊爆了！
点亮12星座印记,
有幸13级就能看到amd翻身
终极跳票王
先出个末代推土机再说吧
没货之前的任务:日常翻身系列！+1！任务已完成。
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