AMD Ryzen 7000系列淺析:最高5.7GHz是如何做到的?

2022年11月04日00:48:34 熱門 1921



按照Computex 2022上的發佈計劃,AMD在今天正式發佈了四款基於Zen 4架構的CPU,定位為桌面發燒友級別,旗艦型號為16核32線程的Ryzen 9 7950X,最高頻率5.7GHz,性能離譜,並確定在9月27日正式發佈。這意味着AMD將在短時間內奪回PC領域遊戲、內容創作的CPU性能冠軍。


AMD Zen 4架構最大的變化是將CPU工藝製程轉移到了台積電N5工藝,IPC相對Zen 3架構增加了13%,高於Computex上宣傳的11%提升。CPU頻率大幅提升,最高頻率從Ryzen 9 5950X的4.9GHz一步提升到了Ryzen 9 7950X的5.7GHz,頻率提升高達16%,單線程預計提升29%,多線程表現提升則會更多。


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搭配Ryzen 7000系列的是AMD AM5平台,新平台將成為2025年之前消費級產品線的基本盤,AM5引入了對DDR5、PCIe 5.0支持,使用了全新的LGA插槽,按照計劃首發將推出四款芯片組,分別是X670 Extreme、X670、B660 Extreme和B660,其中X670系列將會在9月份推出,B660系列將會在10月份推出。


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在核心數量上,Ryzen 7000與Zen 3一樣保持了最高16核心32線程的配置,按照定位劃分,向下將會分配12個、8個和6個CPU內核,AMD最多會使用2個Zen 4核心小芯片CCD構建處理器,每個小芯片包含8個Zen 4 CPU核心。具體劃分如下:


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順帶一提,儘管Ryzen 7000系類都配備iGPU,但目前為止iGPU規格細節沒有被透露,因此還不能確定RDNA2架構iGPU的細節,不過對於發燒級高性能台式機CPU而言,大家基本上也不關心。


接下來讓我們針對Ryzen 7000系列細節進行解讀。


史上最快CPU:Ryzen 9 7950X


Ryzen 9 7950X是Ryzen 7000系列的完全體,兩個小芯片CCD完全啟用,總共提供16個CPU內核。得益於台積電N5工藝,雖然基礎頻率只有4.5GHz,但是單線程最高頻率可以加速的5.7GHz。顯然Compute 2022上AMD展示的5.5GHz還是留了一手。


Ryzen 9 7950X擁有80MB緩存,每個小芯片CCD上配備32MB L3緩存,2個CCD加起來總共64MB,每個Zen 4內核配備1MB L2緩存。與Ryzen 5000相比,L3緩存容量沒有變化,但是L2緩存則翻了一倍。


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這款處理器也將是AMD有史以來最耗電的CPU,TDP高達170W,芯片的功率封裝跟蹤(Power Package Tracking,PPT)限制為230W,多線程性能提升導致功耗提升是問題之一。此前Ryzen 5000系列由於功耗會收到TDP限制,從而無法獲得更高頻率。


所有性能都將意味着Ryzen 7950X完爆Intel Core i9-12900K,成為這個世界上最強大的CPU,並將與即將發佈的Raptor Lake CPU展開正面較量。


重點是,這款旗艦芯片的價格定價為699美元,相當於4836元人民幣,比當年的Ryzen 5950X低了100美元。這樣的定價策略可能是基於台積電去庫存警告以及市場大環境決定的。


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12核心的Ryzen 9 7900X


Ryzen 9 7900X同樣使用了雙CCD配置,但是每個CCD只啟用了6個內核,最終構成12核心24線程,但保留了Ryzen 9 7950X的64MB L3緩存,與上一代Ryzen 5000系列的處理方式相同。


在功耗上,Ryzen 9 7900X與7950X一樣具備170W TDP功率,同時基礎頻率比7950X還高出200MHz,達到4.7GHz,但最高功率為5.6GHz,與7950X旗艦形成差別。


Ryzen 9 7900X售價為549美元,相當於3798元人民幣,定價與5900X相同。


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8核心的7700X和6核心的7600X


接下來是Ryzen 7 7700X,定位與上一代5800X相同,只使用了1個完整的CCD,基礎頻率4.5GHz,最大頻率5.4GHz。由於只有一個CCD,L3緩存下降到32MB,加上內核中的8MB L2緩存,達到宣傳的40MB緩存。


Ryzen 7 7700X的TDP為傳統的105W,在散熱表現上應該會更好一些。定價為399美元,相當於2760元人民幣。


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然後是6核心的Ryzen 5 7600X,6C12T配置,也就是單個Zen 4 CCD中禁用了其中2個內核。7600X基礎頻率保持在4.7GHz,最高頻率為5.3GHz,雖然是發佈產品中頻率最低的,但頻率仍然可以硬剛Core i9-12900K,因此AMD也大膽的表示7600X平均速率表現要比12900K快5%。


不過代價是Ryzen 5 7600X的功率也從105W起跳,而非之前的65W,所以今年高端散熱和供電是躲不過了。


Zen 4的逆襲:13% IPC提升


Ryzen 7000的優秀表現當然要歸功於AMD Zen 4架構的優異,雖然發佈會時長不長,但首席技術官Mark Papermaster還是提供了Zen 4相關的技術細節。


比如AMD修改了對Zen 4架構IPC預估,通過調整電路、芯片和固件,讓平均性能提升13%。根據AMD說法,如果將頻率鎖定在4GHz,根據工作負載的不同,性能增益會在1%到39%之間,取決於實際工作負載,因此在平均表現上,接近於13%的表現。


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於此同時,AMD還提供了IPC分解圖,用來分析Zen 4架構如何帶來IPC收益。其中最大的貢獻是全新設計的前段,然後是對加載與存儲改進,是接下來是分支預測器、執行引擎,以及更大的L2緩存都提升了IPC表現。特別是執行引擎緩存獲得了50%的提升。


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Zen 4還確認支持AVX-512指令集,但沒有明確表示支持哪一個AVX-512子集,只能確定AVX-512會被用到向量神經網絡指令VNNI中。這樣的操作方式與英特爾完全不同,英特爾構建了一套512-bit的SIMD來執行AVX-512指令,而AMD出於功率考慮使用了2個周期,256-bit來實現AVX-512指令。


這意味着AMD不需要給AVX-512增加太多的晶體管,在效率上雖然會慢於英特爾,但講道理,大部分時候和大多數人用上AVX-512的機會並不多。


然後不要忘了台積電N5給AMD Ryzen 7000系列帶來了顯著的影響,在此之前Ryzen 3000的Zen 2與Ryzen 5000的Zen 3都是用了台積電7nm工藝,服役時間已超過3年。這一次轉變將會無疑會給CPU帶來明顯飛躍。


台積電N5優勢貫穿是在Ryzen 7000系列的每一個細節,比如時鐘頻率明顯攀升,全員突破5.3GHz,IPC獲得13%增益,單線程提升29%等等。


新工藝也讓1MB L2緩存的實際面積比Zen 3上的512KB L2緩存還要小,AMD Zen4核心的整體面積也縮小了18%,幾乎是Intel 7工藝的Golden Cove內核的一半,成本因此也進一步降低。鑒於台積電N5優於Intel 7工藝,AMD無疑吃到了工藝製程的紅利


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性能環節


接下來是喜聞樂見的性能環節。與Zen 3架構對比,Ryzen 7000的Zen 4提升非常全面,在AMD第一方測試中,AMD引用了65W、105W和170W三種不同的TDP數據。在TDP最低時,7950X的Cinebench R23多線程性能提升反而是最高的,達到74%,然後是105W的提升37%,170W的提升35%。在台積電N5工藝下,AMD會更注重於展現CPU同等功耗下的收益。


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從整體上來看,Zen 4相對Zen 3最高能提供49%的性能提升,並在相同性能水平下,7950X能耗比5950X降低62%。


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對比Core i9-12900K,Ryzen 9 7950X在V-Ray Benchmark 5.x中渲染性能提升57%,每瓦性能提升47%。跨度很大。


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即使是6核的7600X,在遊戲負載中也能高於12900K 5%。


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按照AMD的計劃,Zen 4第一批產品將會在9月27日正式開賣,同期的AM5也一併上市。從目前的來看Ryzen 7000芯片供應量充足,並且AMD投資了更多晶圓與基板產品為新品保駕護航。


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AMD還將發佈一套專為Ryzen 7000系列優化的DDR5超頻內存套裝,內置EXPO超頻擴展配置,與英特爾XMP對應,速率為DDR5-6400。


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在Ryzen 5000系列遭遇疫情和芯片缺貨之後,我們有幸看到AMD工程師在Ryzen 7000系列迎來絕地反擊。對於發燒友,特別是高端PC遊戲玩家而言,能夠原價甚至折扣買到更高性能的CPU和GPU,無疑是個好的開始。


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