论文部分内容阅读
尽管2017年尚未过去1/4，但AMD Ryzen处理器注定将成为IT界这一年里最引人注目，值得铭记的产品，或许还可以非常霸气的补上一句“没有之一”。毕竟桌面级处理器作为人类超大规模集成电路芯片设计和制造工艺的最佳代表，在将近10年的时间里完全被英特尔一家公司所统治。
8核Ryzen 7的芯片结构，两个CCX各8MB的L3 Cache需要通过总线连接。
很长时间以来，Ryzen的出现，至少让AMD在短时间内有了能够与英特尔扳手腕的资本。然而在讲求技术积累的高性能芯片设计制造领域，AMD在整个公司市值尚不如每年竞争对手的研发经费支出的情况下，想要一朝“翻身”恐怕绝非易事。
看似平等实则落后的制程
长久以来，AMD在处理器的制程上落后英特尔。除却在K8时代凭借架构上的领先性，以及英特尔90nm工艺“翻车”扳回一城之外，可以说每一代的AMD处理器都受到制程的拖累而给人留下了“发热大，功耗高”的印象。甚至可以说，英特尔在制程上的领先性，甚至比处理器架构方面还要更为夸张——在智能手机市场的疯狂增长将移动处理器制造技术带向爆发性跃进之前，英特尔堪称是一家公司“吊打”全世界。
Ryzen采用14nm FinFET工艺，看上去貌似时隔多年再一次与英特尔在工艺水平上站在了同一个台阶。然而事实并非如此。Ryzen全部由当年从AMD拆分出去的芯片代工厂GlobalFounderies（以下简称为GF）制造，而GF的14nm FinFET技术来自三星的授权。尽管三星目前凭借14nm工艺在芯片制造同样处于领先位置，但凭借不足十年的技术积累想要与英特尔分庭抗礼仍然不切实际——英特尔在2012 投产的22nm工艺（Ivy Bridge处理器）就率先采用了第一代FinEFT工艺（当时被成为Tri-Gate三栅极立体晶体管技术），将晶体管由传统的平面结构升级为立体结构。而2015年投产的14nm工艺的第二代FinEFT技术更加完善，能耗比提升了2倍以上。在能够更准确的反应工艺水平的栅极间距和内部互联最小间距上，英特尔14nm的数据分别为70nm和52nm，而三星/GF的指标分别是78nm和64nm，这只是比英特尔22nm工艺的水平稍强一些。即便是两家尚未量产的10nm工艺，在这两项关键参数上也只是勉强达到英特尔14nm的水平，也就是到那个时候，才能用更窄的线宽实现相近的晶体管密度。
结果同样显而易见——虽然Kaby Lake系列处理器没能延续TICK-TOCK定律带来10nm工艺，但英特尔在14nm工艺上的持续优化依然带来了可观的进步。Core i7-7700K普遍能够在风冷散热器下超频到5GHz的稳定频率意味着Kaby Lake在频率设定上其实很保守，或者说为后续推出频率调升的新型号产品易如反掌。反观Ryzen目前普遍反应超频体质较差，也是意味着1800X默认的3.6GHz～4.0GHz频率已经是强调低功耗的14nm LPP工艺下的强弩之末，叠加的XFR（Extended Frequency Range）技术提升幅度也仅有0.1GHz，还要附上关闭部分核心的代价。
CCX结构之殇
Ryzen采用了全新的设计结构“CPU Complex（简称CCX）”，即将4颗核心为一个CPU群组，两个这样的CCX群组，构成了一颗完整的8核心处理器。这个看上去很美好的模块化结构，有个巨大的槽点：16MB的三级缓存其实是有两个8MB的模块拼接而成，而且这两个模块之间的数据并不共享。
例如某个线程需要超过8MB的三级缓存时，其中一部分数据存在同个CCX模块中，而超过8MB部分的数据，则需要存储在另外一个CCX模块下的三级缓存中。这使得线程在发送请求时，需要等待另一个CCX模块的数据，这其中的延迟，远远大于英特尔处理器目前所采用的全共享式三级缓存设计。针对三级缓存的测试数据表明，Ryzen的三级缓存延迟时间比同样8核心的Core i7-6900K多出2倍以上。
这样的架构限制会导致在对缓存效率较为敏感的应用中带来一定的性能损失，例如文件压缩、3D游戏等。当然，这些问题虽然是架构本身所导致，但通过操作系统和软件的针对性优化，能够在很大程度上弥补。目前AMD也正在同微软一起解决Windows 10操作系统下的线程调度问题，意味着后期Ryzen的性能还有可能进一步提升。
两个CCX、各CCX核心交换数据的性能。
应用的优化困局
Ryzen出色的性价比很大程度上源自其多线程下的性能表现。例如AMD在发布会上主打的Cinebench R15测试成绩，即是非常典型的并行应用。然而在实际环境下绝大多数日常应用以及游戏，对多线程都并不够友善。
以游戏举例：目前人气最高的游戏非《英雄联盟》和《守望先锋》莫属，前者是非常典型的双核游戏， Core i3-7350K都能战胜Ryzen 7 1800X;后者则能够充分利用4核心的效率，是Core i5-7600K和Core i7-7700K这样的高主频处理器的“绝对领域”。而真正能够发挥6个以上处理器核心性能的游戏，堪称凤毛麟角。因此对于大量的游戏玩家来说，目前选购Ryzen显然并不是十分划算。虽然微软表示专为提升多线程处理器在游戲内的指令调度效率而生的Windows 10“Game Mode”已经箭在弦上，但对大多数消费者来说，投资当下显然比花钱“战未来”更划算一些。
在需要深度优化的行业软件方面，英特尔10年来建立的优势更是根深蒂固。例如在Solidworks 2017的基准测试中，Ryzen 71800X在渲染和仿真应用上的性能表现都远不如Core i7-7700K，而在SketchUp Pro这样的单线程建模软件中，Ryzen 71800X更是毫无用武之地。从目前所有的测试结果来看，除去CG渲染和视频编码、渲染等极度依赖线程规格的少数应用外，Ryzen的表现都难以令人满意。
“猪队友”轮番发威
由于AMD常年在顶级桌面处理器的缺席，加上当前PC整体市场走势低迷，AMD的合作厂商们对Ryzen的市场表现缺乏信心也是情理之中的事情。所以各大品牌的X370、B350芯片组主板在短暂的火爆销售之后，便迅速的陷入了无货的窘境，这比Ryzen处理器本身的缺货更显得尴尬。
比这更尴尬的是，购买的Ryzen处理器和配套主板的用户，更多的陷入了无散热器可用的境地——由于AMD自身的产品策略，定位最高的Ryzen 71800X和次旗舰Ryzen 71700X并不标配散热器。全新的AM4接口散热器虽然已经有不少散热器厂商跟进更新，然而出货都要延后一段时间。即使是首发的Noctua，虽然承诺可以免费赠送适配AM4接口的扣具，但是最早也要3月8号才能正式出货。无散热器可用，几千块钱的平台也只能当做摆设，显然降低了不少消费者拥抱Ryzen的热情。
同样“帮倒忙”的还有微软。日前AMD CEO苏姿丰女士在Reddit网站上针对“Ryzen处理器游戏帧率低”这一问题给出了官方回应：Windows 10系统目前尚不能正确识别Ryzen处理器的CCX结构，从而导致缓存命中率下降带来性能损失。有外媒测试表示在Windows 7下Ryzen的游戏性能能够提升17.8%，如果数据属实，那微软真是在AMD的翻身之路上挖了一个不小的“坑”。
很长时间以来，Ryzen的出现，至少让AMD在短时间内有了能够与英特尔扳手腕的资本。然而在讲求技术积累的高性能芯片设计制造领域，AMD在整个公司市值尚不如每年竞争对手的研发经费支出的情况下，想要一朝“翻身”恐怕绝非易事。
看似平等实则落后的制程
长久以来，AMD在处理器的制程上落后英特尔。除却在K8时代凭借架构上的领先性，以及英特尔90nm工艺“翻车”扳回一城之外，可以说每一代的AMD处理器都受到制程的拖累而给人留下了“发热大，功耗高”的印象。甚至可以说，英特尔在制程上的领先性，甚至比处理器架构方面还要更为夸张——在智能手机市场的疯狂增长将移动处理器制造技术带向爆发性跃进之前，英特尔堪称是一家公司“吊打”全世界。
Ryzen采用14nm FinFET工艺，看上去貌似时隔多年再一次与英特尔在工艺水平上站在了同一个台阶。然而事实并非如此。Ryzen全部由当年从AMD拆分出去的芯片代工厂GlobalFounderies（以下简称为GF）制造，而GF的14nm FinFET技术来自三星的授权。尽管三星目前凭借14nm工艺在芯片制造同样处于领先位置，但凭借不足十年的技术积累想要与英特尔分庭抗礼仍然不切实际——英特尔在2012 投产的22nm工艺（Ivy Bridge处理器）就率先采用了第一代FinEFT工艺（当时被成为Tri-Gate三栅极立体晶体管技术），将晶体管由传统的平面结构升级为立体结构。而2015年投产的14nm工艺的第二代FinEFT技术更加完善，能耗比提升了2倍以上。在能够更准确的反应工艺水平的栅极间距和内部互联最小间距上，英特尔14nm的数据分别为70nm和52nm，而三星/GF的指标分别是78nm和64nm，这只是比英特尔22nm工艺的水平稍强一些。即便是两家尚未量产的10nm工艺，在这两项关键参数上也只是勉强达到英特尔14nm的水平，也就是到那个时候，才能用更窄的线宽实现相近的晶体管密度。
结果同样显而易见——虽然Kaby Lake系列处理器没能延续TICK-TOCK定律带来10nm工艺，但英特尔在14nm工艺上的持续优化依然带来了可观的进步。Core i7-7700K普遍能够在风冷散热器下超频到5GHz的稳定频率意味着Kaby Lake在频率设定上其实很保守，或者说为后续推出频率调升的新型号产品易如反掌。反观Ryzen目前普遍反应超频体质较差，也是意味着1800X默认的3.6GHz～4.0GHz频率已经是强调低功耗的14nm LPP工艺下的强弩之末，叠加的XFR（Extended Frequency Range）技术提升幅度也仅有0.1GHz，还要附上关闭部分核心的代价。
CCX结构之殇
Ryzen采用了全新的设计结构“CPU Complex（简称CCX）”，即将4颗核心为一个CPU群组，两个这样的CCX群组，构成了一颗完整的8核心处理器。这个看上去很美好的模块化结构，有个巨大的槽点：16MB的三级缓存其实是有两个8MB的模块拼接而成，而且这两个模块之间的数据并不共享。
例如某个线程需要超过8MB的三级缓存时，其中一部分数据存在同个CCX模块中，而超过8MB部分的数据，则需要存储在另外一个CCX模块下的三级缓存中。这使得线程在发送请求时，需要等待另一个CCX模块的数据，这其中的延迟，远远大于英特尔处理器目前所采用的全共享式三级缓存设计。针对三级缓存的测试数据表明，Ryzen的三级缓存延迟时间比同样8核心的Core i7-6900K多出2倍以上。
这样的架构限制会导致在对缓存效率较为敏感的应用中带来一定的性能损失，例如文件压缩、3D游戏等。当然，这些问题虽然是架构本身所导致，但通过操作系统和软件的针对性优化，能够在很大程度上弥补。目前AMD也正在同微软一起解决Windows 10操作系统下的线程调度问题，意味着后期Ryzen的性能还有可能进一步提升。
应用的优化困局
Ryzen出色的性价比很大程度上源自其多线程下的性能表现。例如AMD在发布会上主打的Cinebench R15测试成绩，即是非常典型的并行应用。然而在实际环境下绝大多数日常应用以及游戏，对多线程都并不够友善。
以游戏举例：目前人气最高的游戏非《英雄联盟》和《守望先锋》莫属，前者是非常典型的双核游戏， Core i3-7350K都能战胜Ryzen 7 1800X;后者则能够充分利用4核心的效率，是Core i5-7600K和Core i7-7700K这样的高主频处理器的“绝对领域”。而真正能够发挥6个以上处理器核心性能的游戏，堪称凤毛麟角。因此对于大量的游戏玩家来说，目前选购Ryzen显然并不是十分划算。虽然微软表示专为提升多线程处理器在游戲内的指令调度效率而生的Windows 10“Game Mode”已经箭在弦上，但对大多数消费者来说，投资当下显然比花钱“战未来”更划算一些。
在需要深度优化的行业软件方面，英特尔10年来建立的优势更是根深蒂固。例如在Solidworks 2017的基准测试中，Ryzen 71800X在渲染和仿真应用上的性能表现都远不如Core i7-7700K，而在SketchUp Pro这样的单线程建模软件中，Ryzen 71800X更是毫无用武之地。从目前所有的测试结果来看，除去CG渲染和视频编码、渲染等极度依赖线程规格的少数应用外，Ryzen的表现都难以令人满意。
“猪队友”轮番发威
由于AMD常年在顶级桌面处理器的缺席，加上当前PC整体市场走势低迷，AMD的合作厂商们对Ryzen的市场表现缺乏信心也是情理之中的事情。所以各大品牌的X370、B350芯片组主板在短暂的火爆销售之后，便迅速的陷入了无货的窘境，这比Ryzen处理器本身的缺货更显得尴尬。
比这更尴尬的是，购买的Ryzen处理器和配套主板的用户，更多的陷入了无散热器可用的境地——由于AMD自身的产品策略，定位最高的Ryzen 71800X和次旗舰Ryzen 71700X并不标配散热器。全新的AM4接口散热器虽然已经有不少散热器厂商跟进更新，然而出货都要延后一段时间。即使是首发的Noctua，虽然承诺可以免费赠送适配AM4接口的扣具，但是最早也要3月8号才能正式出货。无散热器可用，几千块钱的平台也只能当做摆设，显然降低了不少消费者拥抱Ryzen的热情。
同样“帮倒忙”的还有微软。日前AMD CEO苏姿丰女士在Reddit网站上针对“Ryzen处理器游戏帧率低”这一问题给出了官方回应：Windows 10系统目前尚不能正确识别Ryzen处理器的CCX结构，从而导致缓存命中率下降带来性能损失。有外媒测试表示在Windows 7下Ryzen的游戏性能能够提升17.8%，如果数据属实，那微软真是在AMD的翻身之路上挖了一个不小的“坑”。