与英特尔PK多年，一文看懂AMD大起大落的芯路历程

在论文中，Intel 便给出了两张比较图。两个核心最主要的差异，在采用 Hyper－Threading 技术中的 CPU 中，Architecture State 单元会比一般的核心多一个。大致上，Architecture State 单元包含了多数的暂存器以及中断讯号的控制器等，用以记录执行绪执行的资讯，是无法被共用的资料。

▲ 左图为未采用 Hyper－Threading 技术的 CPU Cores，右图则是采用了 Hyper－Threading 技术的 CPU Cores，其中，两者间的差异为一个 CPU Core 中有不同数量的 Architecture State 单元。（Source：Intel Technology Journal Vol． 1）

因此，在采用这个技术之后，只需要额外的 5％ 面积，便可以达成更高的指令集平行化，让 CPU 尽可能地满载，释放 CPU 所有的潜能。根据这一篇论文中所提供的数据，采用这一项技术后，在多执行绪的执行情况下，将可带来将近 30％ 的效能提升，相当惊人。

做为应对，AMD 于 2011 年推出 Bulldozer，其采用的并非是 Intel 所使用的 SMT 技术，而是 Clustered MultiThreaded（CMT）技术。此技术是将一颗 CPU 内部的整数执行单元复制一份，让 CPU 具备在同一核心内部执行两个执行绪能力，在后续要扩增核心的计算能力上，相当的容易，所需要的修改相对的较少。

然而，其缺点便是没有办法共用执行单元，无法享有 SMT 中最重要的优点，用两个 Thread 尽可能让执行单元不会有空闲状态。此外，两个独立的 L1 Cache 虽然感觉在实作上会比较简单。但是，为了要维持 Cache 的一致性，便需要拥有额外的 Core 内部资料交换单元，大大的提升控制电路的复杂性。

最后，结果便是众所皆知的，AMD 于 x86 的 CPU 市占率一直落，现今在中高端的笔电市场中，更几乎看不到采用 AMD CPU 的产品。就在 AMD 要消失在市场之中时，Zen CPU 的消息传出了。

Ryzen CPU，硬件架构的重新设计
在 2012 年，K8 的主要硬件架构师 Jim Keller 回到 AMD。这一次，他的回归，让 AMD 重返荣耀的声音响起。是否新的 CPU 可以再现 K8 的传说？这一次的 Ryzen CPU 和先前的 AMD CPU 有何差异？

将底层硬件架构做比较，可以发现 Ryzen CPU，取消了 Bulldozer 所提出的 Integer Cluster，并以类似 Intel Hyper－Threading 的技术取而代之。如此便能让 CPU 尽可能地达到满载的状况。

此外，新的 Ryzen CPU 也引进了 Intel 于 Sandy Bridge 架构开始采用的 Micro－op Queue，以减少重新 Decode 的需求，提升单次可执行的指令数。借由更多先进的技术，让 AMD 得以获得大幅度的效能提升。也因此，AMD 公布 Ryzen CPU 其每个周期可以执行的指令比前一代 CPU 多 52％，改善幅度相当大。

至于实际的 Ryzen CPU 效能如何呢？现在已经有相当多的评测文章将 Intel Kaby Lake 系列和 Ryzen 系列 CPU 做比较，在这不再多做评比。不过，在一般的应用上，AMD 的 CPU 不会再像之前的 CPU，看不到 Intel CPU 的车尾灯。

▲ AMD 于 2016 年 HOT CHIPS 上所发布的架构图。从图中可以发现，新的架构取消掉 CMT 的技术，让 CPU 核心变得较不复杂。（Source：AMD）

至此，我们已经看完了两大 x86 巨头间的厮杀，同时在短短的 17 年间，CPU 产业已经采用相当多的技术，以满足与日渐增的计算需求。千禧年后 CPU 的发展简史，让我们见证了一代 CPU 王者的兴起没落以及归来。

▲ 从图中可以发现在 AMD Bulldozer 中，一共有两个整数运算单元，此技术便称为 Clustered MultiThreaded。（Source：By Shigeru23 （Made by uploader （ref：［1］， ［2］， ［3］）） ［GFDLor CC BY 3．0］， via Wikimedia Commons）

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