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差异究竟在哪?七代酷睿与AMD Ryzen解析

时间: 2017-03-31 08:27 来源: 中关村在线 作者: Uncertain 点击:

  自去年8月份英特尔推出第七代智能酷睿处理器之后,沉寂近十年的AMD在2017年初,正式推出了全新Ryzen架构处理器AMD Ryzen 7系列。凭借14nm工艺制程、8核心16线程设计、专门针对英特尔七代酷睿的价格对位,以及并不弱于七代酷睿的性能,一时间,Ryzen似乎让人们看到了AMD复兴的曙光。

  喧嚣过后,关于七代酷睿与Ryzen究竟谁更强其实依然没有定论,而在全面的客观测试数据发布之前,我们不妨先从技术、架构层面,来了解一下七代酷睿与AMD Ryzen到底有何差异?

到底有何差异?七代酷睿与AMD Ryzen解析
英特尔七代酷睿桌面级处理器家族

  英特尔第七代智能酷睿处理器采用了14nm工艺制程,KabyLake架构。其中酷睿i7、酷睿i5处理器均采用了4核心设计,酷睿i3处理器采用双核心设计。根据定位不同,七代酷睿家族处理器主频从3.0GHz到4.5GHz均有布局,酷睿i7家族三级缓存为8MB,酷睿i5家族三家缓存为6MB,酷睿i3家族三级缓存为4MB,目前三大家族共有处理器十八款,其中最为主力无疑是酷睿i3 7350K、酷睿i5 7600K以及酷睿i7 7700K三颗具备不俗超频能力的处理器。

  此外,酷睿i5 7600(T)以及酷睿i7 7700(T)处理器也是用户较为常见的选择。

到底有何差异?七代酷睿与AMD Ryzen解析
AMD Ryzen 7桌面级处理器家族

  再看AMD Ryzen 7家族。

  首发处理器包括三颗:Ryzen 7 1700、Ryzen 7 1700X以及Ryzen 7 1800X。同样采用了14nm工艺制程。三颗处理器均为8核心16线程设计。在核心线程数上要比主流的七代酷睿处理器更多,同时三级缓存均达到16MB,也要优于七代酷睿平台。不过,Ryzen 7三颗处理器的初始主频相对于英特尔七代酷睿主力处理器而言略低,分别为3.0GHz、3.4GHz以及3.6GHz,此外在动态频率(睿频)上Ryzen也明显要比七代酷睿低,此外在对多通道内存的支持上,Ryzen 7全系仅支持双通道DDR4内存,另外如果不升级BIOS的话,最高内存频率只支持2400MHz。

  了解基本信息之后,我们来看看七代酷睿与Ryzen 7之间的差异点到底在哪里?

·同样的14nm,不同的技术积累

  首先我们来聊聊制程工艺。

  Ryzen之所以被大家认可,很大程度上源自于工艺制程的突破。尤其是在英特尔接连三代处理器都采用14nm工艺之后,这种制程上的追赶在用户眼中似乎更有说服力。

  然而,同为14nm工艺制程,七代酷睿与Ryzen之间的技术成熟度有着较为明显的不同。

  七代酷睿的Kabylake架构采用全新的14nm FinFET+工艺,特性与性能都与Broadwell时期的14nm不可同日而语,而Ryzen采用的则是授权自三星的14nm FinFET工艺,少了一个“+”,在底层技术上就有了一定的差异。

  其实,英特尔早在2015年推出第一代14nm工艺制程时,其芯片密度就远远要高于同代的三星14nm FinFET工艺。而芯片密度与处理器性能强弱有不小的关联。 

  Kabylake改进的14FinFET+虽然线宽未变,但在性能上按官方说法又有12%的提升(实测大概在10%左右),这样的提升主要体现在七代酷睿主频的全面提升上。如i7 7700K的睿频频率从6700K的4.2GHz提升到4.5GHz就是最好例证。

到底有何差异?七代酷睿与AMD Ryzen解析
晶体管结构图

  另外,既然提到了芯片密度,那么就不得不提晶体管。 

  上图是一张晶体管结构示意图,GATE控制SOURCE与DRAIN的通断,其实也就是计算机二进制“1”和“0”的通断。GATE的宽度越窄,电流通过时的损耗就越低,产生的热量也越低,从而使得功耗变得更低,而GATE的宽度就是我们常说的XXnm。这也就是为什么XXnm数越小,反而功耗越低的原因。

  除了通过缩减制程工艺来降低功耗、提升性能之外,单位面积上晶体管的数量也会影响到处理器的性能。而之所以说同为14nm,Ryzen的工艺技术却略显落后的原因,说白了就是在单位面积上,二者集成的晶体管数量有较大差异,从而对性能强弱产生了影响。

  此外,AMD自K7以来处理器的整数和浮点执行资源是分离式的,Ryzen也不例外,有各自独立的调度器和执行流水线。本次为了让Ryzen 7系列处理器的主频达到现有水准,AMD也不得不通过拉长执行流水线深度的方式来实现,这种做法虽然便于拉升主频,但较长的流水线深度对于乱序处理器而言,在遇到分支预测失败的时候,需要整个流水线清空,20级流水线的分支预测惩罚会达到20个周期。

  根据相关测试数据可以了解到,Ryzen的分支预测惩罚在17到21个周期左右,KabyLake是16到20个周期,Broadwell是15到21个周期。总体来说Broadwell的分支惩罚普遍更低些,大概是15个周期左右,KabyLake略高,为17个周期左右,Ryzen的预测惩罚值普遍在19个周期左右,最终这种影响会体现在核心效率上,这也是为什么Ryzen在单核、双核应用上不如七代酷睿的主要原因。

差异究竟在哪?七代酷睿与AMD Ryzen解析
Ryzen处理器微架构示意图(图片来自WiKi Chip)

  此外,AMD此前在技术层面给出了一些回应:锐龙系列处理器由两个CCX结合而成,而在Zen架构之中,通常认为的L3高速缓存并非最后一级高速缓存(Last Level Cache,LLC),这16MiB L3是由两块分离的L3高速缓存组成,两个CCX之间不存在统一的L3高速缓存。两个独立的CCX之间采用了Infinity Fabric进行连接。

差异究竟在哪?七代酷睿与AMD Ryzen解析
CPU Complex (CCX)结构示意图(图片来自WiKi Chip)

  Infinity Fabric由两部分组成,分别是Scalable Control Fabric和Scalable Data Fabric,其中Scalable Data Fabric是用于联通AMD处理器和存储器的数据总线,RYZEN 7互联两个CCX的就是Scalable Data Fabric,其频率和内存时钟频率一样,例如搭配DDR4-2400的时候,SDF的频率就是1200MHz,而其SDF带宽为22GiB/s,并不算高,所以导致Ryzen 7的8个内核不能像Boardwell-E那样直接让缓存数据互相通讯,因为延迟与较低的带宽,所以致使两个不同CCX的内部内核通信无法达到单一CCX内部那样高效。(英文原文详见:WiKi Chip

·内存兼容性差异明显

  除了底层架构存在一些效率上的差异之外,七代酷睿与Ryzen在内存兼容性上也有较为明显的差异,这在Ryzen上市之后用户的反馈中有着较为普遍的体现,如图:

差异究竟在哪?七代酷睿与AMD Ryzen解析

差异究竟在哪?七代酷睿与AMD Ryzen解析

  AMD Ryzen正式售卖之后,用户发现其对多通道内存的支持上存在缺陷,而从AMD官方的规格表中也可以看到,Ryzen全系只支持双通道内存,这对于不少发烧级用户来说就显得比较憋屈了。

  此外,Ryzen对于高频率内存的兼容性也存在问题,平台发售初期,超过2400MHz以上频率的内存会导致蓝屏现象频发,而在推出BIOS更新之后,最高虽然可以支持3200MHz内存,但由于自行刷BIOS的风险较高,所以不建议普通消费者自行刷BIOS。

·功耗高主频低

  高功耗与低主频也是Ryzen与七代酷睿较为明显的差异之一。

  从上面的表格不难看出,Ryzen 7系列处理器的功耗普遍比七代酷睿高,1800X与1700X都达到95W,1700为65W;而i7 7700K、i5 7600K为91W,i3 7350K为60W。然而Ryzen 7系列无论是基础频率还是动态频率,都要明显低于七代酷睿,同时能够达到现有频率,也是在付出拉长执行流水线深度的代价下才达到的,而对于拉长执行流水线深度所产生的不利影响,我们在之前已经详细阐述过了,就不再赘述。

  此外由于架构、制程技术不够先进,Ryzen在功耗与性能平衡点上只能把频率控制在3.0GHz-3.6GHz之间,如目前的旗舰级产品Ryzen 1800X处理器基础频率只有3.6GHz,如果频率再向上拉升,那么Ryzen的功耗就很难得到控制,从而会引发更多潜在问题,而如果没有通过拉长执行流水线深度来拉升主频的话,那么Ryzen能否保证现有频率也存在疑问。

·超频体质Ryzen不及七代酷睿

  最后我们再聊聊超频。

  英特尔七代酷睿相对于AMD Ryzen的最明显的优势除了主频,就在于超频。一方面,七代酷睿通过底层架构优化(见下图),对BCLK结构进行了调整,从而使得超频更具稳定性;另一方面,在将AVX 2指令集优化之后,彻底解决了前两代酷睿超频不稳定、卡死的问题,从而使得第七代酷睿i3 7350K就能够在风冷散热的情况下,较为轻松的从4.2GHz站上4.8GHz,甚至最高能够达到5GHz或5.1GHz,而AMD位于旗舰地位的Ryzen 1800X 3.6GHz超4GHz而言,超频幅度领先非常明显。

  如果从超频体质角度来看,Ryzen 7系列处理器与七代酷睿有着较为明显的差异。

七代酷睿i7 7700K超频
英特尔对第七代酷睿超频做了底层架构上的优化

·结语

  虽然AMD Ryzen在架构先进性上与英特尔相比存在一定的差距,但是AMD通过提升核心数量、保证较高水平的基础频率、再加上一定的动态频率提升,使得Ryzen 7在实际应用中的能效比与七代酷睿有了一战之力。

  不过,为了保证现有频率,以及多核性能,AMD也不得不通过拉长执行流水线深度的方式来实现,这多少会对处理器效率产生一些影响,可见,虽然同为14nm工艺制程,但英特尔依然保有技术上的领先优势,Ryzen想要彻底赶超并战胜英特尔,还有较长的路要走。

原文链接:http://nb.zol.com.cn/631/6318103.html


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