第三代 AMD Ryzen 3000 處理器前導與架構介紹

lin.sinchen · 發表於 2019-6-27 09:42:30

呼！在效能解禁前，先來了解下全線首發 8 顆 Ryzen 9、7、5 的 3000 系列處理器，以及 7nm、Zen2 架構下的革新，如何榨出 +15% IPC 的效能提升。而下一篇就等待 7/7 號解禁，在帶來 Ryzen 的效能、遊戲測試，以及 Navi 的遊戲測試囉！

全線首發 8 顆 Ryzen 9、7、5 的 3000 系列處理器

AMD CEO Dr. Lisa Su 於今年 COMPUTEX CEO Keynote 首發第三代 Ryzen 3000 系列處理器，又在 E3 Live 活動中給出 16 核心的驚喜 Ryzen 9 3950X，這波 7/7 號上市的名單就有著 7 顆 Ryzen 9、7、5 的 3000 系列處理器，而 Ryzen 9 3950X 稍晚於今年 9 月推出。

↑ Ryzen 3000 系列規格表。

玩家可比對上表處理器規格，Ryzen 9 有著 3900X 12C24T 與 3950X 16C32T 處理器，這兩顆原為 Threadripper（TR4）系列規格，但這次因 Zen2 的架構升級，下放至 Ryzen AM4 平台。

時脈方面，3900X 最高 4.7GHz Turbo、3950X 4.6GHz Turbo，可見這兩顆天身體質都不錯，而兩者皆是 105W TDP，只不過定價策略 3950X / $749、3900X / $499，這價格差異確實有點大，但與同核心的競品相比，恩！還行阿。

Ryzen 7 的 3800X 與 3700X 都是 8C16T 處理器，僅差異在時脈、價格與 TDP。3800X 是整個系列中預設最高 3.9GHz 的基礎時脈，但 Turbo 僅 4.5GHz，而相較 3700X 則是 3.6 / 4.4GHz。只不過預設下 3800X 為 105W TDP、3700X 65W TDP，主要是讓玩家、系統商可有不同的選擇，再加上 3800X / $399、3700X / $329 定價，可見這代 8C 甜蜜點無疑是 3700X。

↑ Ryzen 7 與 9 都標配 Wraith Prism RGB 信仰風扇。

至於主流 Ryzen 5 的 3600X 與 3600 都是 6C12T 處理器，同樣差異在時脈、TDP 與價格，相對價格對比競品都相當超值。

最後，這次首發中還有 Ryzen 5 3400G（Vega 11）4C8T 與 Ryzen 3 3200G（Vega 8）4C4T，這兩顆實際是上代 12nm、Zen+ 產品，但也因此 CPU 與 GPU 時脈雙提升，而且 3400G 不僅定價降低，換 Wraith Spire 95W 散熱器並改用 Metal TIM 導熱介質，這顆 APU 可以期待阿！

↑ Ryzen 5 3400G 價格降、換散熱器、改 Metal TIM，期待。

首殺 7nm “Zen 2” 新架構 15% IPC 提升

第三代 Ryzen 獲得如此的成功，除了與 TSMC 深度合作 7nm 製程之外，Zen 2 架構的改進也是功不可沒。AMD 僅花 2 年的時間，讓 Zen 2 架構有著 15% Instructions per Clock（IPC）的提升，主要重點在於：強化前端（Front-End）的分支預測（Branch Prediction）設計、提高整數（Integer）吞吐量、加倍浮點數（Floating Point）運算與降低記憶體延遲。

↑ AMD 花 2 年時間讓 Zen 2 提升 15% IPC。

Zen 2 整體架構並無太大的改變，承襲 Zen 系列的設計，但在各部細節精進榨出更多的效能。Zen 2 主要有全新 L2 分支預測 TAGE、加大 Micro Op-Cache、加倍 L3 Chace、4 組 Integer Units 與 3 組 AGUs、3 AGENs per cycle、增加 loads / store 資源與支援 AVX256 浮點數運算。

各級快取也有著通道、容量的改變，以及對於虛擬化安全性、硬體強化安全機制等。

↑ Zen 2 架構改變重點。

↑ Zen 2 架構改變重點。

處理器前端的分支預測（Branch Prediction），L1 採用 Hashed Perceptron 預測，盡可能的預取，而 L2 則採用新的 TAGE 預測，以額外的標記實現更長的分支記錄，獲得更好的預測結果。

因此加大 BTB（Branch Target Buffer）分支目標緩衝，記錄更多的指令預測與快取要求，L1 BTB 加大至 512 entry、L2 BTB 加倍至 7K entry，而 L0 BTB 維持 16 entry 不變，此外 Indirect Target Array 加大至 1K entry。

這樣的改變下，可大幅降低 30% 的錯誤預測率。雖然 L1-I Cache 降至 32KB 但提升至 8-way 通道，亦可增加預取與提高使用率。

↑ Fetch。

解碼 Decode 方面，Micro-op Cache 加大至 4K entry，比以往儲存更多的解碼指令，並提升調度率給予 8 Fused Instruction 至緩衝的通道；而解碼器依舊 4 Instruction 輸出至緩衝，在一個週期下可輸出 6 Micro-Op Dispatch 調度。

↑ Decode。

整數 Integer 運算單元，每週期可接收 6 個 Micro-Op Dispatch，至 224 entry Reorder Buffer，而整數單元技術上有著 4 個 16-entry ALU Scheduler、1 個 28-entry AGU Scheduler，共 92 個整數調度器。

同樣每週期可執行 4 ALU、3 AGU 的運算，並加強 SMT 多執行緒的 ALU、AGU 的調度公平，並追蹤特定 ALU 操作，管理自旋鎖（SpinLock）的狀況。

↑ Integer

浮點數 Floating Point 運算單元，可說這代一大很有感提升，支援 AVX2 指令，意味著 AMD 加倍 Floating Point 與 Load / Store 頻寬至 256b，因此可在一個週期執行 AVX2 的運算。而 AMD 說道實際運行 AVX 時並無設計降低時脈的設置，但最終可能因功耗、散熱而自動調節。

↑ Floating Point。

Load / Store 單元，也對應著運算單元的改變，提升至每週期 2 個 256-bit 載入、1 個 256-bit 儲存操作，而 Store Queue 也增加至 48 entry。

↑ Load / Store。

↑ 這代快取主要是加大頻寬、容量。

↑ Zen 2 加入新的快取指令：CLWB、WBNOINVD 與 QOS 等。

精進 Chiplet 設計 7nm CCD、12nm cIOD

Zen 2 維持著同樣的 Core Complex（CCX）設計，每個 CCX 當中有著 4 個核心以及各自的快取，並將所有對外 I/O 抽離，成為 Chiplet 小核心設計。因此，一顆 Ryzen 處理器，將包含至少一顆 CCD（內含兩顆 CCX）與一顆 cIOD（I/O Die）。

↑ CCX。

↑ CCD + cIOD。

CCD 之間的 2 顆 CCX 相互以 Die-to-Die Infinity Fabric 溝通，並有著 32B/cycle 雙向與 cIOD 的 Data Fabric 傳輸資料；因此 cIOD（I/O Die）主要包含 Data Fabric、記憶體控制與 I/O Hub 等功能。

↑ 路線框架圖。

Zen 2 實質上是各單元的精進與強化，但改以 Chiplet 設計的 7nm CCD 與 12nm cIOD，更考驗著 AMD 如何實現在 AM4 腳位上。因此，這一代 Ryzen 處理器，為了維持相同的針腳，採用著 12 層電路板（substrate），據悉全球只有兩家 Vendor 可製作 microPGA 符合 Ryzen 所需。

而其中 12nm 採用 150um 的 Solder Bump、7nm 使用 130um 的 Copper Pillar 針腳，確保線路、針腳可相容於現有的 AM4 腳位。

↑ 採用更緊密的針腳，讓 Zen 2 依舊相容 AM4。

↑ 混合著 Solder Bump 與 Copper Pillar 的封裝。

↑ 電路板路線圖。

小結

第三代 Ryzen 處理器效能的提升，其中 60% 可歸功於 Zen 2 架構的改良，而 40% 則是頻率與 7nm 製程的提升。

Zen2 比起 Zen 有著 15% IPC 提升，而實際效能比起 Zen+ 則有著 21% 的成長；至於實際效能比較就留待 7/7 號效能解禁時在跟各位報告了。

↑ 單核心效能提升。

來源: 第三代 AMD Ryzen 3000 處理器前導與架構介紹

w511201 · 發表於 2019-6-27 10:12:30

希望之後能用舊版主機板做評測在跟新的X570 B550做比較
直上跟換新版的差異性
個人沒意外是先用R5 3600

yjhercules2018 · 發表於 2019-6-27 16:02:04

主要看点不是这些纸面的东西
是跟主流和未来游戏和软件的区别和INTEL
由于冰湖快了，
所以amd 出的慢了，
跟冰湖碰上，那 7nm的优势又抵消了

毕竟10nm的冰湖工艺比amd 的7nm 要好
这虽然是数字区别
但是工艺的区别就体现出来

当然3000的amd l3 缓存已经达到了INTEL 企业级 cpu l3 大小
而INTEL 民用L3 基本20m -28m都极贵
当然 l3 由于amd 的是4个ccx 所以
要用总缓存除心 ccx数量才是每个ccx的l3缓存
看着很大，实际一算并没有比INTEL 多多少
这也是ddx 的问题
虽然可以嘛一个基板上多核cpu 但是效率不如单一die高
这也是amd的问题
为什么amd 不用单一die
成品率太低
就如同当年的飞龙

lin.sinchen · 發表於 2019-6-28 09:49:15

w511201 發表於 2019-6-27 10:12
希望之後能用舊版主機板做評測在跟新的X570 B550做比較
直上跟換新版的差異性
個人沒意外是先用R5 3600 ...

給點時間可安排這測試。目前正在趕工中。

lin.sinchen · 發表於 2019-6-28 10:00:44

yjhercules2018 發表於 2019-6-27 16:02
主要看点不是这些纸面的东西
是跟主流和未来游戏和软件的区别和INTEL
由于冰湖快了，

確實一般消費者，對於架構的細節改進其實不太需要。

主要不外乎就是：效能、規格、價格。

至於 Intel 10nm Ice Lake 目前是知道今年會推出行動版，至於桌上型可能要等明年了。
目前洩漏的資料來看，Ice Lake 的 IPC 也有成長，這勢必會有機會扳贏第三代 Ryzen 的效能。

AMD 的 L3 是 CCX 內的 4 核心共用，跨 CCX 或 CCD 都是透過 Infinity Fabric 連接。
這麼做的確有延遲的問題，那為何 AMD 不直接出一顆單核心，包辦 CPU 所需要的功能如同 Intel？

最大原因是「價格」，你可以對比 AMD 歷代處理器價格相比 Intel 同價格的產品，價格相同 AMD 核心給更多，多核效能強，單核稍弱。

而且 AMD 目前第二代價格已有降價，這是 Intel 無法辦到的策略操作，同價格給你更多的核心與效能。

背後最大的原因，可能就是 AMD 採用小核心設計，本身成本相對好掌握，但 Intel 的一顆大核心，相對成本也較高。

而且考量到物理製程的極限，除了提升整體核心的 IPC 外，AMD 的策略能更有效率的擴張核心（效能），這也是為何 AMD 會在 Ryzen 成功的原因。

yjhercules2018 · 發表於 2019-6-28 10:46:18

半导体是能一颗不2颗
amd 飞龙也是单核心结果什么样子良品率太低
而INTEL 从775之后一直是单die 集成多核心
效率高做活快，调度省事

amd 用ccx 1 2 3 4 个集成在基板主要是工艺和良品率达不到
如果达的到，AMD也单一ccx 集成
可惜amd 工艺达不到
对了最后一点
普通用户4-6-8核足够用
只有 yy的小白用户才 12 14 16 核
不过到手里也没有用因为小白的内存少无法同时负载大量吃内存的程序
当然一边看片，一边压片吧 ssd 也受不了，也容易卡顿
一个人就2只眼，所以电脑只做活，不做其它保证效率最高
一边做活，一边玩也不专业
理解就好

反过来说，
amd为什么不卖的比INTEL 贵？
为什么同样核心不和INTEL 卖一个价格？
因为amd 自己明白自己的性能不行
只能通过多核堆料一赶上INTEL
再加上AMD 这些软件和软件商合作弱
所以大量赚钱做活的商业软件 amd的cpu效率跑着不好
如ADOBE COREL AUTODESK 这3家大众公司
那些各行业专业软件就更不用说了

UltraLeader · 發表於 2019-7-1 01:00:06

yjhercules2018 發表於 2019-6-28 10:46
半导体是能一颗不2颗
amd 飞龙也是单核心结果什么样子良品率太低
而INTEL 从775之后一直是单die 集成多 ...

現在支持不好只是時間的問題，你現在買到便宜的AMD，未來各大軟體公司開始支持AMD CPU 的時候，效能會遠超過 Intel，到時候AMD 價格就不會像現在那麼親民了 !! 要買就快 !! 這跟買股票一樣 !! AMD 股票這幾年已經漲了好幾倍 !!!!!

UltraLeader · 發表於 2019-7-1 01:01:51

Ryzen 9 3950X 性價比最差，Ryzen 9 3900X 性價比最好 !! 如果 Ryzen 9 3950X 賣 $599 性價比就不錯 !

lin.sinchen · 發表於 2019-7-1 10:02:21

yjhercules2018 發表於 2019-6-28 10:46
半导体是能一颗不2颗
amd 飞龙也是单核心结果什么样子良品率太低
而INTEL 从775之后一直是单die 集成多 ...

你說的有道理，我也尊重你的看法。

單一顆 Die 肯定比兩顆好，但這也是為什麼 Intel 一直卡在 14nm，即便 10nm Ice Lake 也是筆電先上，桌機等明年。
AMD 為何不賣貴？因為市場、玩家不接受阿。不說還未上市的，同樣八核心 i9-9900K 要 1 萬 5，但 Ryzen 7 2700X 現在只要 1 萬出頭。
更高核心就別說了，AMD 32 核心賣的比 18 核心還便宜，的確他可能單核效能沒他那麼好，但核心多運算就強。

AMD 的策略就是打 Intel 的軟肋，才有今天的主流 6 核心、8 核心的局面。的確 Intel 在單核心、時脈上，AMD 還是無法超越，但最終以玩家在意的性能、價格來看。AMD 這一戰打得非常漂亮。

lin.sinchen · 發表於 2019-7-1 10:06:47

UltraLeader 發表於 2019-7-1 01:01
Ryzen 9 3950X 性價比最差，Ryzen 9 3900X 性價比最好 !! 如果 Ryzen 9 3950X 賣 $599 性價比就不錯 ! ...

這麼說沒錯，但其實 3950X、3900X 這兩顆應該要算 Threadripper 的才對。二代 Threadripper 12 核心價格是 $649，相對換到 AM4 平台價格降到 $499，少了記憶體通道、PCIe 通道，但也讓一般用戶夠用，也不用買較貴的 TR4 主機板。

若論性價比，應該是 3700X 最划算，但這兩顆就是讓 AM4 上至更高的核心，價格又比 Threadripper 的便宜，這算是 AMD 策略的考量，畢竟 TR4 平台雖好，但需要這麼多擴充、核心的人想必不多，不如放置 AM4（技術可行）讓玩家有更多的選擇。

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