在過去很長的一段時(shí)間中，AMD一直無法在桌面處理器的單核心性能領(lǐng)先Intel，只能靠著在單一處理器封裝塞入更多核心，以及設(shè)定較低的價(jià)格，與對手在市場相互拼搏，然而AMD卻透過Ryzen 5000系列處理器反轉(zhuǎn)此一情況，就讓我們一起來看看Zen 3架構(gòu)的改變之處。
重新設(shè)計(jì)整體架構(gòu)
AMD在2017年的時(shí)候就曾宣示，他們將提供世界上最好的桌面處理器（We wanted to deliver the best desktop processors in the world andchange the industry along the way.），如今他們透過Zen 3架構(gòu)的Ryzen 5000系列處理器達(dá)成這一目標(biāo)，我們通過性能實(shí)測，看到Ryzen 9 5900X的性能確實(shí)能超越其主要競爭對手Intel Core i9-10900K。
繼AMD先前推出的Zen與Zen 2架構(gòu)后，Zen 3的是款完全重新設(shè)計(jì)（Ground-up Redesign）的處理器架構(gòu)，包含強(qiáng)化前端、執(zhí)行引擎、存取、SoC架構(gòu)等部分都經(jīng)過改善，并帶來了顯著的性能與功能提升。
強(qiáng)化前端的目標(biāo)為增加大量分枝的大型程序預(yù)取（Fetching）性能，尤其在大量分枝的大型程序，將L1分枝預(yù)測的緩沖區(qū)加倍至1024個(gè)，并增加分枝預(yù)測器的通道寬度，增加預(yù)測錯(cuò)誤的回復(fù)速度，提升循序預(yù)取性能，并讓切換cache流水線的粒度更細(xì)。
在執(zhí)行引擎部分，新架構(gòu)的設(shè)計(jì)目標(biāo)為縮短延遲并加大架構(gòu)以提高指令等級平行化（ILP，Instruction-Level Parallelism）的能力，在整數(shù)數(shù)據(jù)取用器、整數(shù)窗口、浮點(diǎn)數(shù)通道寬度、浮點(diǎn)數(shù)乘積累加運(yùn)算等部分也都進(jìn)行最佳化與性能提升。
存取方面的改良目標(biāo)為擴(kuò)大架構(gòu)并強(qiáng)化預(yù)取能力，以滿足執(zhí)行引擎所需的更大量數(shù)據(jù)吞吐量，數(shù)據(jù)讀取與寫入的時(shí)鐘頻率較Zen 2皆有所提升。
▲ Zen架構(gòu)的旅程始于2017年，到現(xiàn)在已經(jīng)進(jìn)入Zen３世代。
▲ Zen３改進(jìn)的重點(diǎn)為提升IPC/單核心性能、降低延遲、提升功耗效率。
▲ Zen３重新設(shè)計(jì)整個(gè)處理器，前端、執(zhí)行引擎、存取、SoC架構(gòu)都有改進(jìn)。
▲預(yù)取與解碼區(qū)塊的架構(gòu)也有所更新，以降低分支預(yù)測的延遲。
▲ Zen 3透過多項(xiàng)功能改善，達(dá)到IPC平均提升19%的成就。
▲這19%來自Cache預(yù)取、執(zhí)行引擎、分枝預(yù)測、微指令Cache、前端、存取等各項(xiàng)性能改進(jìn)的貢獻(xiàn)。
打破CCX屏障
Zen 3的另一項(xiàng)重大改進(jìn)，就是改進(jìn)了SoC架構(gòu)，目標(biāo)同樣以降低延遲為主，同時(shí)縮短處理器核心對核心、核心對Cache、主存儲(chǔ)器等數(shù)據(jù)存取的延遲，并將L3Cache叢集增大1倍。
在Zen 2架構(gòu)的設(shè)計(jì)中，單一處理器封裝最多可以容納2組CCD（Compute Die，運(yùn)算裸片）與1組IOD（Input/Output Die，輸出入裸片），每組CCD最多可以容納2組CCX（Core Complexes，核心復(fù)合體），而每組CCX最多可以容納4個(gè)處理器核心。舉例來說，可以透過2組具有4個(gè)處理器核心的CCX，組成1組CCD，達(dá)成8核心處理器配置。
而Zen 3則將CCX可以容納的核心數(shù)提升至8個(gè)，每組CCD則只能容納1組CCX。因此8核心處理器會(huì)有1組具有8個(gè)處理器核心的CCX，組成1組CCD。
這樣最大的好處是可以把原本每組叢集只能容納4個(gè)核心的架構(gòu)，改變?yōu)榭梢匀菁{8個(gè)核心，且把原本的2組16MB L3 Cache存儲(chǔ)器，合并為1組32MB的組態(tài)。
如此一來可以縮短處理器核心之間通訊的延遲，例如在Zen 2架構(gòu)中如果位于不同CCX的處理器核心的需要溝通，則某核心需透過Infinity Fabric將數(shù)據(jù)傳至IOD，再由IOD交至另一核心，將會(huì)因?yàn)閭鬏斞舆t而影響性能，若處理器核心位于同一CCX則無此問題。
另一方面，統(tǒng)一的32MB L3 Cache存儲(chǔ)器也比拆分為2組16MB更具效率，且能容納更大筆的數(shù)據(jù)，有助于提升游戲性能表現(xiàn)。
在制程方面，Zen 3的CCD采用與Zen 2一樣的臺(tái)積電7nm節(jié)點(diǎn)制程，并繼承在Ryzen 3000XT系列處理器所納入的設(shè)計(jì)改良，因此能再次推升最高時(shí)脈。IOD則完全延用先前12nm制程與設(shè)計(jì)，并讓處理器相容于先前推出的500、400系列芯片片組。
▲Zen 3大改了CCX的組態(tài)，將原本只能容納4個(gè)處理器核心的限制提升至8個(gè)，也讓2組16MB L3 Cache存儲(chǔ)器合并為統(tǒng)一32MB區(qū)塊。
▲這樣的改變也讓8個(gè)處理器核心能共享同一塊L3 Cache存儲(chǔ)器，有助于提升多工性能表現(xiàn)。
▲以8核心的Ryzen 5000系列處理器為例，處理器封裝中包含CCD（其中有1組CCX）與IOD各1組。
▲ 16核心部分則有2組CCD與1組IOD。
▲首波推出的4款Ryzen 5000系列處理器價(jià)格從美金299元至799元不等，其中只有Ryzen5 5600X附上Wraith Stealth散熱器。
▲相較前代的Ryzen 3000XT系列處理器，Ryzen 5000系列處理器的同級產(chǎn)品皆漲價(jià)美金50元。
整體而言，Ryzen 5000系列處理器的「歷史定位」在于單核心性能超級Intel旗艦產(chǎn)品，且依然維持核心較多的優(yōu)勢，因此無論在單核心或多核心程序表現(xiàn)都能追上或超越Intel（也需考慮軟件、編譯器、指令集等最佳化因素造成的性能影響），在游戲、電競、美術(shù)設(shè)計(jì)、影片編輯、電腦輔助制造（CAM）、電腦輔助設(shè)計(jì)（CAD）等應(yīng)用上都能帶來性能優(yōu)勢。
比較可惜的是，Ryzen 5000系列處理器較同級的Ryzen 3000XT貴了50美元（如Ryzen 5 5600X與Ryzen 5 3600XT相比），這樣的定價(jià)策略當(dāng)然可以解釋為新款處理器帶來更大的性能提升，但仍與消費(fèi)者的期望相左。
有趣的是，在AMD發(fā)表Ryzen5000系列處理器的消息后，Intel也不甘示弱，以RocketLake-S處理器反擊，并不小心把牙膏擠太大力，對于消費(fèi)者而言，這樣一來一往的競爭往往能讓產(chǎn)品的性能、價(jià)格更加親民，或許雙方未來都會(huì)陸續(xù)更貼近市場需求以得到消費(fèi)者的青睞。