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Zen 5對比初代已提升85%!AMD CPU/GPU/NPU三大新架構揭秘

來源: 責編: 時間:2024-07-16 07:23:18 144觀看
導讀 6月初的臺北電腦展上,AMD正式發布了基于新一代Zen 5架構的銳龍AI 300系列筆記本處理器、銳龍9000系列桌面處理器,均將在7月份上市。當時,AMD比較罕見地大方公布了具體型號命名、規格參數(隔壁的Lunar Lake還只

6月初的臺北電腦展上,AMD正式發布了基于新一代Zen 5架構的銳龍AI 300系列筆記本處理器、銳龍9000系列桌面處理器,均將在7月份上市。wlr28資訊網——每日最新資訊28at.com

當時,AMD比較罕見地大方公布了具體型號命名、規格參數(隔壁的Lunar Lake還只有架構和技術),不過關于新的CPU/GPU/NPU架構并沒有講太多,桌面上的新一代主板芯片組也只說了一個大概,算是留了一些懸念。wlr28資訊網——每日最新資訊28at.com

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上周,AMD特意在美國舉辦了一場Zen 5 Tech Day技術活動,終于揭開了新架構的神秘面紗,并公布了更多性能數據、技術特性,尤其是新的處理器與內存超頻。wlr28資訊網——每日最新資訊28at.com

至于確切的上市時間,銳龍AI 300筆記本是7月28日,銳龍9000系列是7月31日。wlr28資訊網——每日最新資訊28at.com

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【Zen 5架構:整體加寬加大、獨享Intel秘笈】wlr28資訊網——每日最新資訊28at.com

Zen架構誕生于2017年,相比于此前的推土機架構IPC大幅提升52%,遠超當初設定的40%目標,在整個微處理器歷史上都是極為罕見的進步。wlr28資訊網——每日最新資訊28at.com

7年來,Zen架構不斷深入打磨,如今已經演化到第五代,是一次相當大幅度的變革,包括增加每時鐘周期指令數、拓展指令分派與執行帶寬、翻倍緩存數據帶寬、AI加速等等。wlr28資訊網——每日最新資訊28at.com

CPU架構設計是一個極為復雜的工程,哪怕是個升級版本。wlr28資訊網——每日最新資訊28at.com

Mike Clark已經在AMD工作了31年之久,如今是AMD院士、芯片設計工程師,也是歷年來Zen架構研發的靈魂人物,被稱為“Zen之父”(Father of Zen)、“Zen老爹”(Zen Daddy)。wlr28資訊網——每日最新資訊28at.com

他動情地表示,人們往往意識不到CPU架構設計有多難,需要多么漫長的時間,比如Zen 5的研發,就是全球多地大量的設計、驗證、軟件等團隊多年來全身心投入的心血結晶,它甚至已經融入了大家的血液之中,很多人吃飯甚至做夢的時候都想著它,而終看到自己的努力開花結果,是一件相當了不起的事情。wlr28資訊網——每日最新資訊28at.com

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Zen 5對比初代已提升85%!AMD CPU/GPU/NPU三大新架構揭秘Zen 5的三位設計師,左一為Mike Clarkwlr28資訊網——每日最新資訊28at.com

接下來我們就看看Zen 5架構在不同模塊的變化,當然我們只能大略地講一講高級層面的,不涉及太深入的細節。wlr28資訊網——每日最新資訊28at.com

其實,現代CPU架構都有著成熟的體系,整體可分為前端、后端兩大部分,細分包括指令預取與解碼、整數執行、浮點執行、載入存儲、緩存等不同單元模塊。wlr28資訊網——每日最新資訊28at.com

除非出現完全顛覆性的計算體系,CPU架構設計師要做的,就是根據預設目標,確定不同單元模塊的規格規模,然后有機地組合為一個整體,發揮出大效率,既不能造成浪費,也不能出現瓶頸。wlr28資訊網——每日最新資訊28at.com

就像一條水渠或者水管,一般情況下自然是水流量越大越好,但也不能一味地加寬加粗,從源頭到末端要整體協調一致,既不能讓水不夠了,也不能讓水堵住了,講究的就是一個平衡。wlr28資訊網——每日最新資訊28at.com

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Zen 5的整體思路就是適當放大規模,很多地方甚至翻番,比如前端部分改成了雙預取、雙解碼流水線,可以更高效地處理各種負載,打個比方就是源頭水閘更開放,能釋放的水流量更足。wlr28資訊網——每日最新資訊28at.com

同時,分支預測也做了極大提升,吞吐量更大,精度更高,延遲更低,而且指令緩存的延遲和帶寬同樣得到了提升,就像是水渠也更寬敞了,面對更多的水流不會出現溢出情況。wlr28資訊網——每日最新資訊28at.com

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整數執行單元加寬了指令的分派與執行通道,包括分派與引退增加到8個寬度,執行窗口增大,一體化ALU調度器數量更多,包括六個ALU與四個AGU。wlr28資訊網——每日最新資訊28at.com

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浮點與矢量執行單元那部分,核心變化就是在Zen 4架構引入AVX-512指令集的基礎上,從僅支持256位數據寬度,強化為支持完整的512位。wlr28資訊網——每日最新資訊28at.com

256位下的靈活性更高,因為不是所有的指令都需要用到512位這么寬,而現在加入512位滿血版之后,可長可短,可以在保持靈活性的同時,大大提升執行效率和性能。wlr28資訊網——每日最新資訊28at.com

更耐人尋味的是,Intel方面由于異構混合架構設計的緣故,新一代的Lunar Lake、Arrow Lake都不支持AVX-512,何時能夠回歸也不一定。wlr28資訊網——每日最新資訊28at.com

誰能想到,Intel當年的獨門武器,如今反而成了AMD的私房菜。wlr28資訊網——每日最新資訊28at.com

另外,浮點單元的流水線有6條,FADD指令的延遲只有2個時鐘周期。wlr28資訊網——每日最新資訊28at.com

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載入存儲單元部分大大提升了數據帶寬,其中一級數據緩存容量從32KB增大到48KB,同時從8路增強為12路。wlr28資訊網——每日最新資訊28at.com

通往一級緩存、浮點單元的大帶寬,也比上代翻了一番,并改進了相應的數據預取。wlr28資訊網——每日最新資訊28at.com

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另外,數學加速單元的性能有了突飛猛進,單核心執行數學學習、AES-XTS指令的速度分別可提升多32%、35%。wlr28資訊網——每日最新資訊28at.com

這有啥好處?當然是可以極大地加速AI運算的效率,更適應當下環境,特別是在EPYC處理器中搭配Instinct加速器,效果更是相得益彰。wlr28資訊網——每日最新資訊28at.com

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憑借這一系列改進,Zen 5架構的IPC提升平均多達16%(可以理解為同頻性能提升),部分場景提升甚至高達35%。wlr28資訊網——每日最新資訊28at.com

其中貢獻大的是指令執行與引退部分的改進,然后是數據帶寬、指令解碼與OP緩存的提升,后是指令預取與分支預測的變化。wlr28資訊網——每日最新資訊28at.com

根據歷年的官方數據,Zen+、Zen 2、Zen 3、Zen 4相比前代的IPC提升平均幅度分別為3%、15%、19%、13%。wlr28資訊網——每日最新資訊28at.com

五代六個版本演進累積下來,Zen 5相比于初代Zen IPC平均提升幅度已經高達約85%!wlr28資訊網——每日最新資訊28at.com

別忘了頻率也在不斷拉高,初代高只有4.0GHz,如今已經高達5.7GHz,提升幅度約43%。wlr28資訊網——每日最新資訊28at.com

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產品方面,面向臺式機的銳龍9000系列,會使用純粹的Zen 5,還是CCD+IOD的組合。wlr28資訊網——每日最新資訊28at.com

CCD部分工藝從5nm升級為4nm,每個里邊多8核心,總計多16核心。wlr28資訊網——每日最新資訊28at.com

IOD部分沿用銳龍7000系列的,因此還是6nm,集成兩個RDNA 2架構的GPU圖形核心。wlr28資訊網——每日最新資訊28at.com

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移動端的銳龍AI 300系列全部都是Zen 5、Zen 5c的組合,如上圖右下角部分,下方四個橙色調的是Zen 5,上方八個紫紅色調的是Zen 5c。wlr28資訊網——每日最新資訊28at.com

不同于Intel異構架構,Zen 5、Zen 5c還是完全相同的架構設計、IPC性能、ISA指令集,不同之處只是后者緩存更小、頻率更低(但能效更高)。wlr28資訊網——每日最新資訊28at.com

銳龍AI 300系列的制造工藝為4nm,和上代銳龍7000/8000系列一樣。wlr28資訊網——每日最新資訊28at.com

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在數據中心端,第五代Turin EPYC將在今年下半年發布,使用先進的4nm、3nm工藝組合,這也是AMD第一次引入3nm。wlr28資訊網——每日最新資訊28at.com

Turin EPYC將升級到多達192核心384線程,新特性方面官方特別提到了基于Trust IO功能的AI加密,無疑可以更好地滿足當今的云端AI部署需求。wlr28資訊網——每日最新資訊28at.com

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接下來,我們將會看到Zen 6、Zen 6c,后續的Zen 7也在研發之中,你猜都會用什么工藝?wlr28資訊網——每日最新資訊28at.com


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