AMD Zen 2架構解析：7nm加持，吞吐量翻倍

AMD Zen架構取得了空前成功，今年還優化為Zen+增強版，並有同樣優化的12nm製程加持，而現在我們終於迎來了全新的第二代Zen 2架構，以及全新的7nm製程。

AMD原計劃採用GlobalFoundries 7nm為自家新CPU、GPU代工，但後者已經放棄7nm及後續製程，好在還有台積電，AMD 7nm CPU、GPU全都轉移了過去，而且目前看起來很順利，無論產品設計還是Roadmap都在按計劃進行。

根據台積電提供的數據，7nm相比於目前的14/12nm可以將電晶體管密度提高一倍，同等頻率下功耗可以降低一半，而同等功耗下性能提升可以超過25％。如果說12nm更多地是在“數字”上領先Intel 14nm，這一次7nm則是在技術上完全實現超越，也能稍微領先Intel仍在難產的10nm。

更先進的製程一直是Intel最強有力的武器，但這次竟然被AMD完全超越，實在是令人唏噓，即便是Intel一再強調自己的10nm相當於其他家的7nm也無濟於事，畢竟人家的產品馬上就要出來了。

回到Zen 2，這是世界上第一個7nm的高性能x86 CPU，除了新製程主要變化包括：CPU核心執行增強、更深入的安全增強、模組化設計靈活配置並降低製造難度。

Zen 2實現了兩倍於第一代的吞吐能力，這主要得益於Pipeline下的改進、浮點單元和載入儲存單元的翻倍、核心密度的翻倍、每單元操作功耗的減半。在前端設計上，Zen 2重點改進和優化了分支預測、指令預取、指令快取、操作快取。

而在浮點方面，Zen 2將浮點寬度翻了一倍達到256-bit，載入儲存頻寬同樣翻了一倍，並提升了分發/回退頻寬，所有模組都保持著很高的吞吐量。安全性方面，AMD重點強調了新架構可以在硬體層面免疫Spectre安全漏洞。

Zen 2架構支援更多核心，但並不是單純地增加核心數量，而是採用了特殊的組合結構：EPYC最多單路64核心128線程，分為八個Die，每個Die內八個物理核心，同時外部還有一個單獨的I/O Die，整合記憶體控制器、Infinity Fabric高速匯流排、I/O輸入輸出，專門負責聯絡各個Die與物理核心。

這種新的模組化設計更加靈活，可以單獨針對每個模組進行優化、調配，同時藉助I/O Die大大優化了整體延遲與功耗。不過注意CPU Die部分用的是7nm製程， I/O Die部分則還是14nm，因為後者大部分都是模擬電路，對新製程並不敏感，即便上了7nm也不會帶來整合度、性能、功耗的明顯改善，成本卻會明顯增加，所以採用了這種混合製程模組組合。

以上說的都是Zen 2架構的理論部分，最終落實到EPYC、Ryzen產品上，還會有不同的表現，但可以預料，新架構新製程，必然會帶來明顯更高的頻率、更低的功耗，而且無論桌上型還是伺服器，AMD這幾年都會保持前後代相容。

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