先来复习下AMD Zen架构
锐龙 AMD Ryzen就是在这样的架构、工艺双重升级下具备了更高的性能、更低的能耗,Zen处理器主要架构改进如下:
·SMT多线程,每个核心可支持2个线程
·单个CPU Complex配备8MB L3缓存
·容量更大、更统一的L2缓存
·微操作缓存(Micro-op Cache)
·具备2个AES加密单元
·高能效FinFET工艺
此外,包括桌面版锐龙 AMD Ryzen处理器与第七代APU在内,AMD处理器都会统一到AM4插槽,新一代芯片组会支持领先的USB、 图形、数据及其他I/O技术。
锐龙 AMD Ryzen所用的Zen架构对于旧的模块化架构的“Bulldozer”推土机架构有了很大的改变,首先是制程重原来FX处理器的32nm,APU的28nm直接跳到了14nm FinFET工艺,更先进的工艺不仅推动性能增长,更重要的是大幅降低了功耗。
性能方面也有质的飞跃,首批上市的锐龙 AMD Ryzen全部都是8核16线程处理器,采用AM4接口,支持双通道DDR4内存,内建PCI-E 3.0控制器,有24条PCI-E line,而且CPU内部还有还有SATA、NVMe、USB 3.0控制器,VRM供电模块也在CPU内部,整合度相当的高。
Zen架构的最小CPU Complex(CCX)内有四个x86核心,每个核心都有独立的L1与L2缓存,共享8MB L3缓存,每个核心都可以选择性的附加SMT超线程,另外CCX内部的核心是可以单独关闭的。
基于Zen架构的产品中可以存在多余一个CCX,其中首批上市的锐龙 AMD Ryzen 7处理器就有两个CCX,都是8核16线程处理器,CCX之间使用高速Infinity Fabric进行通信,这种模块化设计允许AMD根据需求扩展核心、线程和缓存数量,针对消费客户,服务器和HPC市场推出不同的产品。
与此同时Infinity Fabric是一个相当灵活的接口/总线,这使得AMD能够快速有效的把复杂的IP产品集成到一个芯片中,利用Infinity Fabric让CPU核心与系统内存和整合在处理器内的内存控制器、I/O控制器进行数据交换,并且Infinity Fabric还为Zen架构提供了强大的命令和控制功能,建立了一个敏感的反馈回路,允许实时估计和调整核心电压、温度、功耗、时钟速度等,这个会在下文的AMD SenseMI技术里面进行详细解析。
Zen架构改进之性能:单线程性能大幅提升
作为AMD重返服务器市场的筹码,Zen架构设计的第一个重点就是性能提升,为此AMD针对Zen内核做了如下改动:
·增强了分支预测单元选择正确指令的能力
·为了提高操作发射效率,增加了微操作缓存
·指令调度窗口增加了75%
·发射带宽及执行单元资源提升50%
最终的结果就是指令级并行设计大幅提升了单线程性能。
其实AMD一直在对推土机架构进行改进,然而每次升级提升都不大,全新的Zen架构是一大进步,原本预计Zen处理器的IPC(每指令周期)相比Excavator挖掘机架构提升40%
然而实际上AMD十分卖力,不仅仅是完成目标,而且Zen核心以52%每时钟周期指令数提升超越了预期目标。
Zen架构改进之吞吐率:SMT多线程回归
为了提高处理器的吞吐率(生产能力),AMD做了如下改进:
·支持SMT多线程
AMD的推土机采用的是物理多核模块化设计,虽然理念很好,但是现实很残酷,最终性能表现不尽如人意,因此在Zen架构上AMD回归了传统的SMT同步多线程架构,每个核心支持2个线程,类似Intel的HT超线程技术,但双方的实现方式肯定不一样。
·高带宽、低延迟缓存系统
缓存系统重新设计,AMD显著增强了预读器性能,L2缓存容量提升到512KB,8-Way阵列,L1指令缓存64KB,4-Way阵列,L1数据缓存32KB,8-Way阵列,另外还有8MB L3缓存,最终每个核心的缓存带宽是之前的5倍,大大提高了吞吐率。
缓存结构
Zen处理器架构改进之能效:AMD SenseMI技术
Pure Power精确功耗控制
利用Infinity Fabric总线,锐龙 AMD Ryzen处理器内部和主板上有超过100个嵌入式传感器,可以实时监控系统运行状态,包括环境温度,频率和电压等,实时快速反馈各部位的,实现精细微调控。
Zen架构内的VRM调压模块名为“Low Drop-Out Lineat”简称LDO,其实作用和Intel在Haswell处理器内部整合FIVR模块类似,配合传感器它可以让每个内核的供电管理会更佳精细化,直接好处就是电压波纹更低,能效更高,并且让主板上的供电电路要求大大降低,而且AMD的LDO比Intel的FIVE小巧并简单得多,发热与自身损耗也更小,LDO的平均转换效率是95%而FIVE的转换效率则是90%。
控制器根据数据实时动态调节电压和频率,在满足性能需求的同时,保持最小能耗运行。
Precision Boost精准频率提升
有了众多的传感器与LDO调压模块,就能做到精确功耗控制的操控系统串行工作,从而优化性能,能做到在运行中实时调节频率,无停顿与延时。
以每25MHz为增量的高精度频率调节,每秒最高达千次
Extended Frequency Range XFR自适应动态扩频
XFR是那些带X后续的锐龙 AMD Ryzen处理器独有的技术,它其实就像现在显卡上的Boost功能,让CPU的频率最大值能随散热方案进行自动调整,散热方案越好最大值最高,无论是风冷,水冷还是液氮均能自动感应,无需手动操作。
Neural Net Prediction神经网络预测
每个锐龙 AMD Ryzen处理器内部都是一个真正的人工智能网络,它能够像人脑一样工作,自动记录并模仿用户过往应用的使用习惯与软件代码执行规律,在执行应用之前就进行应用提前做好准备,并选择最佳的处理路径,降低运算延迟,提升运算速度。
Smart Prefetch智能数据预读
基于神经网络预测,智能预测未来的数据访问应用程序代码的位置,通过复杂的学习算法模型,跟踪软件的行为,从而预测应用的要求,预取重要数据到本地缓存,以便于随时调用,提高计算效率。
游客 2018-06-07 09:21
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游客 2018-02-08 17:46
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超能网友教授 2017-04-19 20:35 | 加入黑名单
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游客 2017-04-13 00:19
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游客 2017-04-12 18:44
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游客 2017-04-12 15:46
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