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差異究竟在哪?七代酷睿與AMD Ryzen解析

時間: 2017-03-31 08:27 來源: 中關村在線 作者: Uncertain 點擊:

  自去年8月份英特爾推出第七代智能酷睿處理器之后,沉寂近十年的AMD在2017年初,正式推出了全新Ryzen架構處理器AMD Ryzen 7系列。憑借14nm工藝制程、8核心16線程設計、專門針對英特爾七代酷睿的價格對位,以及并不弱于七代酷睿的性能,一時間,Ryzen似乎讓人們看到了AMD復興的曙光。

  喧囂過后,關于七代酷睿與Ryzen究竟誰更強其實依然沒有定論,而在全面的客觀測試數據發布之前,我們不妨先從技術、架構層面,來了解一下七代酷睿與AMD Ryzen到底有何差異?

到底有何差異?七代酷睿與AMD Ryzen解析
英特爾七代酷睿桌面級處理器家族

  英特爾第七代智能酷睿處理器采用了14nm工藝制程,KabyLake架構。其中酷睿i7、酷睿i5處理器均采用了4核心設計,酷睿i3處理器采用雙核心設計。根據定位不同,七代酷睿家族處理器主頻從3.0GHz到4.5GHz均有布局,酷睿i7家族三級緩存為8MB,酷睿i5家族三家緩存為6MB,酷睿i3家族三級緩存為4MB,目前三大家族共有處理器十八款,其中最為主力無疑是酷睿i3 7350K、酷睿i5 7600K以及酷睿i7 7700K三顆具備不俗超頻能力的處理器。

  此外,酷睿i5 7600(T)以及酷睿i7 7700(T)處理器也是用戶較為常見的選擇。

到底有何差異?七代酷睿與AMD Ryzen解析
AMD Ryzen 7桌面級處理器家族

  再看AMD Ryzen 7家族。

  首發處理器包括三顆:Ryzen 7 1700、Ryzen 7 1700X以及Ryzen 7 1800X。同樣采用了14nm工藝制程。三顆處理器均為8核心16線程設計。在核心線程數上要比主流的七代酷睿處理器更多,同時三級緩存均達到16MB,也要優于七代酷睿平臺。不過,Ryzen 7三顆處理器的初始主頻相對于英特爾七代酷睿主力處理器而言略低,分別為3.0GHz、3.4GHz以及3.6GHz,此外在動態頻率(睿頻)上Ryzen也明顯要比七代酷睿低,此外在對多通道內存的支持上,Ryzen 7全系僅支持雙通道DDR4內存,另外如果不升級BIOS的話,最高內存頻率只支持2400MHz。

  了解基本信息之后,我們來看看七代酷睿與Ryzen 7之間的差異點到底在哪里?

·同樣的14nm,不同的技術積累

  首先我們來聊聊制程工藝。

  Ryzen之所以被大家認可,很大程度上源自于工藝制程的突破。尤其是在英特爾接連三代處理器都采用14nm工藝之后,這種制程上的追趕在用戶眼中似乎更有說服力。

  然而,同為14nm工藝制程,七代酷睿與Ryzen之間的技術成熟度有著較為明顯的不同。

  七代酷睿的Kabylake架構采用全新的14nm FinFET+工藝,特性與性能都與Broadwell時期的14nm不可同日而語,而Ryzen采用的則是授權自三星的14nm FinFET工藝,少了一個“+”,在底層技術上就有了一定的差異。

  其實,英特爾早在2015年推出第一代14nm工藝制程時,其芯片密度就遠遠要高于同代的三星14nm FinFET工藝。而芯片密度與處理器性能強弱有不小的關聯。 

  Kabylake改進的14FinFET+雖然線寬未變,但在性能上按官方說法又有12%的提升(實測大概在10%左右),這樣的提升主要體現在七代酷睿主頻的全面提升上。如i7 7700K的睿頻頻率從6700K的4.2GHz提升到4.5GHz就是最好例證。

到底有何差異?七代酷睿與AMD Ryzen解析
晶體管結構圖

  另外,既然提到了芯片密度,那么就不得不提晶體管。 

  上圖是一張晶體管結構示意圖,GATE控制SOURCE與DRAIN的通斷,其實也就是計算機二進制“1”和“0”的通斷。GATE的寬度越窄,電流通過時的損耗就越低,產生的熱量也越低,從而使得功耗變得更低,而GATE的寬度就是我們常說的XXnm。這也就是為什么XXnm數越小,反而功耗越低的原因。

  除了通過縮減制程工藝來降低功耗、提升性能之外,單位面積上晶體管的數量也會影響到處理器的性能。而之所以說同為14nm,Ryzen的工藝技術卻略顯落后的原因,說白了就是在單位面積上,二者集成的晶體管數量有較大差異,從而對性能強弱產生了影響。

  此外,AMD自K7以來處理器的整數和浮點執行資源是分離式的,Ryzen也不例外,有各自獨立的調度器和執行流水線。本次為了讓Ryzen 7系列處理器的主頻達到現有水準,AMD也不得不通過拉長執行流水線深度的方式來實現,這種做法雖然便于拉升主頻,但較長的流水線深度對于亂序處理器而言,在遇到分支預測失敗的時候,需要整個流水線清空,20級流水線的分支預測懲罰會達到20個周期。

  根據相關測試數據可以了解到,Ryzen的分支預測懲罰在17到21個周期左右,KabyLake是16到20個周期,Broadwell是15到21個周期。總體來說Broadwell的分支懲罰普遍更低些,大概是15個周期左右,KabyLake略高,為17個周期左右,Ryzen的預測懲罰值普遍在19個周期左右,最終這種影響會體現在核心效率上,這也是為什么Ryzen在單核、雙核應用上不如七代酷睿的主要原因。

差異究竟在哪?七代酷睿與AMD Ryzen解析
Ryzen處理器微架構示意圖(圖片來自WiKi Chip)

  此外,AMD此前在技術層面給出了一些回應:銳龍系列處理器由兩個CCX結合而成,而在Zen架構之中,通常認為的L3高速緩存并非最后一級高速緩存(Last Level Cache,LLC),這16MiB L3是由兩塊分離的L3高速緩存組成,兩個CCX之間不存在統一的L3高速緩存。兩個獨立的CCX之間采用了Infinity Fabric進行連接。

差異究竟在哪?七代酷睿與AMD Ryzen解析
CPU Complex (CCX)結構示意圖(圖片來自WiKi Chip)

  Infinity Fabric由兩部分組成,分別是Scalable Control Fabric和Scalable Data Fabric,其中Scalable Data Fabric是用于聯通AMD處理器和存儲器的數據總線,RYZEN 7互聯兩個CCX的就是Scalable Data Fabric,其頻率和內存時鐘頻率一樣,例如搭配DDR4-2400的時候,SDF的頻率就是1200MHz,而其SDF帶寬為22GiB/s,并不算高,所以導致Ryzen 7的8個內核不能像Boardwell-E那樣直接讓緩存數據互相通訊,因為延遲與較低的帶寬,所以致使兩個不同CCX的內部內核通信無法達到單一CCX內部那樣高效。(英文原文詳見:WiKi Chip

·內存兼容性差異明顯

  除了底層架構存在一些效率上的差異之外,七代酷睿與Ryzen在內存兼容性上也有較為明顯的差異,這在Ryzen上市之后用戶的反饋中有著較為普遍的體現,如圖:

差異究竟在哪?七代酷睿與AMD Ryzen解析

差異究竟在哪?七代酷睿與AMD Ryzen解析

  AMD Ryzen正式售賣之后,用戶發現其對多通道內存的支持上存在缺陷,而從AMD官方的規格表中也可以看到,Ryzen全系只支持雙通道內存,這對于不少發燒級用戶來說就顯得比較憋屈了。

  此外,Ryzen對于高頻率內存的兼容性也存在問題,平臺發售初期,超過2400MHz以上頻率的內存會導致藍屏現象頻發,而在推出BIOS更新之后,最高雖然可以支持3200MHz內存,但由于自行刷BIOS的風險較高,所以不建議普通消費者自行刷BIOS。

·功耗高主頻低

  高功耗與低主頻也是Ryzen與七代酷睿較為明顯的差異之一。

  從上面的表格不難看出,Ryzen 7系列處理器的功耗普遍比七代酷睿高,1800X與1700X都達到95W,1700為65W;而i7 7700K、i5 7600K為91W,i3 7350K為60W。然而Ryzen 7系列無論是基礎頻率還是動態頻率,都要明顯低于七代酷睿,同時能夠達到現有頻率,也是在付出拉長執行流水線深度的代價下才達到的,而對于拉長執行流水線深度所產生的不利影響,我們在之前已經詳細闡述過了,就不再贅述。

  此外由于架構、制程技術不夠先進,Ryzen在功耗與性能平衡點上只能把頻率控制在3.0GHz-3.6GHz之間,如目前的旗艦級產品Ryzen 1800X處理器基礎頻率只有3.6GHz,如果頻率再向上拉升,那么Ryzen的功耗就很難得到控制,從而會引發更多潛在問題,而如果沒有通過拉長執行流水線深度來拉升主頻的話,那么Ryzen能否保證現有頻率也存在疑問。

·超頻體質Ryzen不及七代酷睿

  最后我們再聊聊超頻。

  英特爾七代酷睿相對于AMD Ryzen的最明顯的優勢除了主頻,就在于超頻。一方面,七代酷睿通過底層架構優化(見下圖),對BCLK結構進行了調整,從而使得超頻更具穩定性;另一方面,在將AVX 2指令集優化之后,徹底解決了前兩代酷睿超頻不穩定、卡死的問題,從而使得第七代酷睿i3 7350K就能夠在風冷散熱的情況下,較為輕松的從4.2GHz站上4.8GHz,甚至最高能夠達到5GHz或5.1GHz,而AMD位于旗艦地位的Ryzen 1800X 3.6GHz超4GHz而言,超頻幅度領先非常明顯。

  如果從超頻體質角度來看,Ryzen 7系列處理器與七代酷睿有著較為明顯的差異。

七代酷睿i7 7700K超頻
英特爾對第七代酷睿超頻做了底層架構上的優化

·結語

  雖然AMD Ryzen在架構先進性上與英特爾相比存在一定的差距,但是AMD通過提升核心數量、保證較高水平的基礎頻率、再加上一定的動態頻率提升,使得Ryzen 7在實際應用中的能效比與七代酷睿有了一戰之力。

  不過,為了保證現有頻率,以及多核性能,AMD也不得不通過拉長執行流水線深度的方式來實現,這多少會對處理器效率產生一些影響,可見,雖然同為14nm工藝制程,但英特爾依然保有技術上的領先優勢,Ryzen想要徹底趕超并戰勝英特爾,還有較長的路要走。

原文鏈接:http://nb.zol.com.cn/631/6318103.html


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本文關鍵字: 解析 七代酷睿 AMD Ryzen
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