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让英特尔头疼的AMD,能带着全新Ryzen 架构再打一场胜仗?

时间:03-19 来源:TechNews 点击:


▲ 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 市占率直直落,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!

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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