AMD Zen底层架构大揭秘,有望挑战Intel

发布时间:2017-02-10  

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AMD Ryzen处理器终于快要到来了,日前的国际固态电路大会上,AMD也终于揭开了Zen架构底层设计的大量秘密,对半导体硬技术感兴趣的一定不要错过。

AMD Zen是一次真正从底层开始完全重新设计的CPU架构,性能、能效并重,号称IPC(每时钟周期指令数)比上代挖掘机提升了超过40%,切换电容也改进了超过15%,单线程、多线程、能效都可以媲美Intel Skylake/Kaby Lake。

AMD Zen采用GlobalFoundries 14nm工艺制造,单个CPU核心面积约7平方毫米,四核心只占44平方毫米,缓存面积控制同样优于Intel。

Zen拥有第三代AVFS,划分了大量的电压控制区,比如使用LDO(低压差)电压调节器,可以单独控制每个CPU核心的电压(以及频率),还有RDL(电压分布层)、RVDD、VDD(核心电压控制)、VDDM(缓存电压控制)等等,二级、三级缓存也都是单独供电,同时加入了大量先进的频率、电压、温度传感器

对于AMD Zen的架构设计,不少半导体行业人士乃至是Intel的工程师,都表达了相当的赞赏。

AMD Ryzen曝大惊喜:核心面积比Kaby Lake还小

AMD在国际固态电路大会(ISSCC)上公布的一份白皮书,又披露了Zen x86架构的一个新秘密:集成度超级高,核心面积竟然比Intel Kaby Lake还要小!

AMD Ryzen处理器采用GlobalFoundries 14nm FinFET工艺制造,Intel Kaby Lake则是其加强版14+nm,这里对比的都是四核心八线程版本,其中AMD Ryzen还有八核心十六线程,Intel方面则是顶级的Broadwell-E平台才有八核心、十核心。

按照AMD提供的数据,四核心版Ryzen处理器的CPU部分面积仅为44平方毫米,相比于Kaby Lake 49平方毫米小了10%。

另外,Ryzen每个核心512KB二级缓存,消耗了1.5平方毫米,Kaby Lake每个核心只有256KB,却占用0.9平方毫米;三级缓存容量同样为8MB,Ryzen占面积仅16平方毫米,Kaby Lake则达到了19平方毫米。

核心与缓存加起来,Ryzen的面积为66平方毫米,Kaby Lake则是71.7平方毫米,AMD小了足有8%,而且二级缓存容量多一倍。

当然了,这里没有考虑内存控制器、IO控制器等其他模块,而且Intel Kaby Lake还集成了核显,那才是个大头。

在新工艺的其他各项指标上,GF 14nm也都和Intel 14nm基本处在差不多的档次。

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根据白皮书,AMD Zen架构的切换电容比现在的推土机减少了15%,比如第一次使用了金属-绝缘体-金属电容,降低了运行电压,并能更好地控制每个核心的电压和频率。

AMD工程师花了一年多的时间,持续追踪监测Zen架构芯片高活跃度区域的功耗情况,最终取得了良好成果,现在有两款八核心型号,可以同步多线程运行在3.4GHz。

据报道,与会的众多分析师甚至是Intel工程师都同意,Zen核心相当有竞争力。

不过,有关Ryzen的很多信息还没有披露,在晶体管、核心面积上的优秀表现是否能真的能给AMD大大降低成本,还有待观察。

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详细底层结构说明

为了让大家对Zen有更深入的了解,AMD在ISSCC做了以下介绍。如CCX的介绍,这是Zen架构的基本模块,包含四个CPU核心和各自的二级缓存、共享的三级缓存。

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另外Zen架构还具备以下设计特点

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Zen物理设计

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单个CPU核心的功能单元

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对比Intel Skylake/Kaby Lake架构

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CCX电压分区控制

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MIMCap金属电容

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单个核心线性控制

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Zen架构示意图(非官方)

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