全面解读AMD Zen构架，风光无两背后到底靠的啥优势？

大多数的Zen所用的都是图中右边所示的速度慢但更高效的触发器

AMD建立了一个很大的标准单元库，不同的标准单元特性各异。比如他们有五种不同的触发器设计。最快的速度是最慢的两倍，但最快的版本的资源占用率要高出80%，耗能也是后者的两倍。凭借这么大一个库，优化后的Zen在必要之处装配了较快较大较高性能的部件，在可妥协之处用上了稍小稍慢但更高效的部件。在Zen的架构中，只有不到10%的触发器用了高性能设计，而60%的时候都在用效率更高的那种。

最终的成果就是在关键路径部分的性能和其他部分的效率之间达到了完美的平衡。

电源管理
Zen的电源管理方式很复杂也很强大。像现今其他的处理器一样，它采用了大量门控时钟，会把芯片上没有用到的部分暂时关闭。但在这之上，它还有一个集成电源管理控制器，用于监测每个核的电压并根据温度和负载进行调整。AMD把这个系统叫做SenseMI（MI为机器智能machine intelligence）。

就像英特尔在Skylake上的手法一样，Zen把电源管理任务从软件和操作系统上剥离，将其融合到硅芯片中。操作系统对处理器电源管理事件做出反应需要几十或几百微秒；而芯片上的硬件只需要几微秒。这能够形成对电压和时钟速度更紧密的控制。又跟Skylake类似的是，操作系统负责设置芯片的粗粒度功率--它可以压低几百甚至几千兆赫--但满负荷运转时（电源状态P0），控制权又会交回到处理器手上。

每个CCX上布满了各种传感器：20个热敏二极管，48个电源监控器，9个电压下降检测器，还有1300多个关键路径监控器。这些传感器都与Infinity Fabric控制面板相连，向电源管理单元传输数据，每秒汇报读数1000次，精度分别达到1mA， 1mV， 1mW， 1°C。

另一方面，这个系统使得Zen只需要能维持正常运作的最小值电压。每个核都配有自己的调压器，所以它们都会保持在时钟速度达标时的最低电压。不是所有核都生来平等，有些天生就比别人跑得快。那些速度快的核就会被分配到较少的功率，留出能量净空给其他速度慢的核提速。以相同速度运行时，速度快的核能够比速度慢的核功耗低5%。

我们可以拿这种单核调整技术与AMD之前的自适应电压与频率调节（AVFS）作比较，后者整个芯片上的电压都是统一设置的。在以前，电压必须高到足以支持所有的核。类似地，英特尔的核都共享同一个电源层并在同一电压下工作。因核而异的电压调节会更节能。

Zen的稳压用的是基于芯片的低压差线性稳压器（LDO）。英特尔的Haswell和Broadwell用的也是基于芯片的稳压器，但那是更复杂而低效的一种（全集成式电压调节模块，FIVR）。理论上来说，英特尔的系统比AMD可以应对更广的核电压范围，但在实际操作中，AMD说这种功能其实用处不大。所有的核都差不多在同一电压下工作，所以LDO是更好的选择。Skylake应该会放弃FIVR，把稳压器移回母板；这使他们没法打造那种AMD吹捧的Zen的高速微调：比如要是电压跌至过低，Zen就会放慢该核的时钟速度直到它恢复为止。

伴随25MHz增量，Zen时钟速度可以在其标准时钟和提升的最大值之间平滑变化

将电压拼命压低到维持预设频率的最小电压值的另一对应版本是，推高频率直至刚好达到预设功耗。压低功耗的控制系统也可以同样被用来推高每个核的时钟速度，从而最大化利用处理器的功率开支。这种涡轮增压（英特尔的睿频）也并不是什么新鲜玩意了，但AMD系统的精细频率提速（Precision Boost）倒是有些令人眼前一亮的特点。首先这种提速是细粒度的，能够精确控制时钟速度到每25MHz的频率。

其次，如果传感器发现还有富余的能量净空，时钟速度就可以被推到标准提速极限以上，AMD把这叫做自动超频技术（Extended Frequency Range，XFR）。如果散热片和冷却器远超最小规格使得芯片工作得很悠闲，XFR就会继续上推时钟速度，1800X和1700X的增加上限是100兆赫，1700的上限是50兆赫，基本上算是"免费"加了一个小小的超频。

另外70%的性能功耗比的提升便是来源于这些在供能分布、时间和电压上的完善和优化。

然而到了"真的"超频的时候，R7处理器就好坏参半了。一方面，这些处理器都解锁了cpu倍频，至少在与合适的芯片集搭配使用时是这样，那么你就可以用它做任何尝试。AMD估计只要抬高到1.45V，大多数1800X用全八核都能够跑到4.2GHz。但是AMD也说了1.45V可能会缩短芯片寿命。

启用超频模式也会损失一些节能特性。比方说，你不可能在能量限制下让XFR额外提速200MHz，你也不能让一个1800X以3.8GHz的基础速度运行外加一个4.2GHz的睿频提速（两者同时提升200兆赫）。一旦超频被启用，处理器就只能以固定速度运行了（电源状态P0情况下）。

这和英特尔不一样，睿频加速技术可以让你具体设置1、2、3或4核提速，Kaby Lake甚至能让你在AVX密集的工作中用个小体量的加速器。这在超频模式下运作得十分简洁干脆，像正常运行下的Zen一样巧妙。