2020-11-05
IPC 大勝、Zen 3 微架構登場
AMD Ryzen 9 5900X / 5950X 處理器評測
文: John Lam / 評測中心


AMD 正式發佈全新 Ryzen 5000 系列處理器,採用 TSMC 7nm 制程、核心代號為「Vermeer」,升級全新 Zen 3 微架構、相較上代性能平均提升達 19%, AMD 不單止以核取勝,今代 IPC 性能更完全壓倒 Intel,並成功奪走最強 Gaming CPU 頭銜。HKEPC 編輯將分析 Zen 3 微架構的改動,並找來全新 Ryzen 9 5900X、Ryzen 9 5950X 處理器,與 Intel Core i9-10900K 作效能對比測試。



加強 Execution Engine 的平行處理能力

 

有別於 Intel Core 微架構採用 Unified Reservation Station 設計,AMD Zen 3 微架構選擇分割出獨立的 INT 整數及 FP 浮點運算群,各自擁有專屬的流水線及執行端口,雖然電晶體數目及所需晶片面積增加,但卻擁有更佳的並行運算能力, 這就是為何 AMD 的 SMT 同步多線程運算性能,為何會比 Intel Hyper-Threading 更佳。

 

 

Zen 3

 

 

全新 Zen 3 微架構特別針對 Execution Engine 設計作出改良,目的是要進一步降低運算延遲,並且進一步提高指令層面的平行運算能力,擁有更寬的 Floating Point 及 Integer Issue 單元、更高性能的 FMAC 單元、更大的 Execution Window 及全新的 Integer Data Picker 單元,相較上代 Zen 2 的每個週期 7 個 Issues 增至 10 個。

 

全新 Zen 3 微架構的 INT 整數運算群保持每個週期可處理 6 個整數 μOps 指令,不過內部針對 Instruction Scheduler 調度單元作出改良,擁有 4 個 24-Entry ALU/AGU Scheduler 單元,能同時處理的 Schedule Queue 總數由上代 92 個增至 96 個,擁有 4 個 ALU 單元、3 個 AGU 單元、1 個獨立 Branch 單元及 2 個 St-data 單元,整數運算流水線亦有由上代 7 條增至 10 條。

 

Zen 3

▲AMD Zen 3 微架構的 INT 整數運算群

 

 

為減少單元閒置造成資源浪費,AMD Zen 3 微架構將整數 Register File 暫存器數目由 180 個增至 192 個,能提升亂序執行能力避免 μOps 指令不必要地順序執行,從而提升處理器的指令層級並行運算性能。

 

AMD Zen 3 微架構擴大了 Reorder Buffer 單元,將隊列暫存數目由 224 個增至 256 個,改為 4 個可共享的 Schedule Queue 單元提供更靈活調度,增強了指令排序操作能力並有效降低單元閒置,改善 SMT 同步多線程運算表現。

 

 

 

Floating Point 浮點性能提升

 

AMD Zen 3 微架構的 FP 浮點運算群設計有著明顯提升,增加了 μOps Dispatch 寬度由 4-wide 增至 6-wide,每個週期可處理 6 個浮點 μOps 指令,設有 2 組 Instruction Scheduler 調度單元,能同時處理的 Schedule Queue 總數由上代 100 個微增至 128 個。

 

 

Zen 3

 

 

擁有 1 個 256-bit Load Store 單元,能在 Backup Queue 中提取 μOps 指令,能省略再經 Scheduler Queue 提前分派調度,浮點 Register File 暫存器數目保持 160 個,可直接與整數暫存器進行交換資料,增加浮點亂序執行能力。

 

AMD Zen 3 除了 2 個 ADD 加法端口及 2 個 MUL 乘法端口,另外設有獨立的 F2I 與 FSI/STORE 單元,相較上代 Zen 2最大分別在於 FMAC 加乘運算性能,Zen 3 延遲值由上代的 5 Cycles 減至 4 個 Cycles 等等,面對 AVX / AVX2 指令、AES 運算引擎用作加密 / 解密運算能力將明顯提升。

 

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