一、全新的Zen4內核：前端大變、不一樣的AVX-512
，提升幅度可能沒有預想得那麼猛，但依然誠意十足。
銳龍9 7900X作為次旗艦，就足以碾壓12代酷睿頂級灰燼版i9-12900KS。主流的銳龍5 7600X更是再次展現爆款潛質，直接讓i5-12600K抬不起頭來。
至於和Intel 13代酷睿究竟鹿死誰手，還要到這個月底才能見分曉了。
按照AMD的官方數據，Zen4相比於Zen3，同等性能下功耗可降低至多62％，同等功耗下性能可提升至多49％！
今天，我們就來深入了解一下Zen4架構、平台的革新之處，看看如此巨大的提升是從而來的。
先從Zen架構的歷史講起……
Zen4已經是AMD Zen系列架構的第四代(Zen/Zen+算作一代)，對比來看它的改革、提升幅度都不是最大的，更多的是在Zen3基礎上的一次深度優化增強，並在新工藝的加持下大幅提升頻率，最高加速頻率不但首次突破5GHz，而且跨越性地達到了5.7GHz！
對比四代架構，初代Zen的變革、提升幅度最猛(當然主要是推土機實在太弱了)，Zen2是一次優化升級，尤其chiplet設計奠定未來基礎，Zen3則是再一次革命性的大變，19％ IPC提升也非常感人，Zen4再來個小步快跑就非常符合情理和邏輯了。
按照AMD的說法，Zen4架構的設計目標有三個方面：
一是性能，IPC(每時鍾周期指令數或同頻性能)和頻率提升幅度都要達到兩位數(超過10％)；
二是延遲，通過增大二級緩存、改進緩存有效性，大幅降低平均延遲；
三是能效，在整個TDP(熱設計功耗)范圍內，顯著降低動態功耗。
為了達成以上目標，Zen4對整個微架構體系進行了升級優化，包括前端、執行引擎、載入/存儲單元、緩存、指令集等等，後邊我們會一一講到。
整體而言，Zen4架構的核心升級點包括：改進分支預測、增大OP指令作緩存、增大指令退役隊列、增大整數/浮點寄存器文件、加深核心緩沖吞吐、浮點單元支持AVX-512指令、改進載入/存儲單元、增大二級緩存。
前端部分變化較大，這里包括指令緩存、分支預測、解碼器、指令緩存、微指令隊列等模塊。
Zen4架構重點改進了分支預測部分，包括每時鍾周期預測兩個跳轉分支、一級緩存BTB(分支目標緩沖)增大50％達到1.5K條目、二級緩存BTB擴容從6.5K略增至7K。
另外，指令緩存(Op Cache)增大了約68％達到6.75K條目，每時鍾周期可以完成多達9個宏指令(增加1個)。
不變的則是解碼器每時鍾周期發出4條指令、微指令隊列每時鍾周期分派6個整數＋浮點指令。
執行引擎部分變化較小，尤其是每時鍾周期10次整數、6次浮點的指令分派保持不變。
指令退役隊列或者說ROB(重排序緩沖)從256條目增大25％至320條目，整數寄存器從192個增至224個，浮點寄存器從160個增至192個，緩存與核心之間的吞吐能力也提升了。
載入/存儲單元部分，載入隊列從72個增大至88個(22％)，存儲隊列維持64個不變，二級緩存DTLB(數據頁表緩沖)從2K條目增大了多達50％至3K條目，另外還減少了數據緩存埠的衝突幾率。
也許有同學會問，很多模塊都是不斷增大、再增大，為什麼不一步到位，從設計之初就做個大容量呢？
一方面，誰也無法精準預測每個模塊多大容量下效率最好，而且不同模塊之間需要彼此協調配合；
另一方面，更大容量意味著更多電晶體、更大核心面積、更高功耗、更高成本，需要在性能、能效之間做出妥協、尋求平衡。
緩存體系也做了優化，尤其是二級緩存，不但容量翻了一番，每核心來到1MB，還提升了速度。
同時，從二級緩存到三級緩存、從三級緩存到記憶體，都支持更多命中失敗(outstanding miss)，可以減少流水線的停頓，增加緩存回填帶寬，提升整體效率。
不過整體緩存架構沒變，一級緩存依然是32KB+32KB的每核心容量組合，三級緩存則繼續每8個核心一組共享32MB。
AVX-512指令集或許是大家對Zen4最感興趣的地方之一，畢竟在以往這是Intel處理器的專屬技術，而且爭議非常大，有人覺得它非常有用，有人覺得它只是徒增功耗，甚至成為極限烤機專用……
Zen4支持的AVX-512並非直接將Intel那套技術照搬過來(也不允許)，而是選擇了不一樣的實現方式。
Intel處理器執行AVX-512指令時，是完整的512-bit通道(這也是該指令集命名的來源)，但是AMD走的是256-bit通道，也就是砍了一半，因此遇到512-bit的指令就需要拆分成兩個256-bit指令來執行。
事實上，AMD推土機家族、Zen家族在執行AVX-2 256-bit指令的時候，也是拆分成兩個128-bit。這都是一脈相承的
AMD表示，這麼做可以節省晶片面積，並且避免執行AVX-512指令時發熱過大、頻率下降的情況出現(峰值性能確有輕微損失)，因為真正長達512-bit的指令並不多，就像以前256-bit的指令不夠多。
Zen4支持的AVX-512指令一覽並不是把Intel的全都搬了過來，而是選擇性地加入，除了一些基礎指令，特別值得注意的是用於AI加速的VNNI、BF16，這也是Intel之前宣傳的重點。
VNNI是面向AI模型推理的矢量指令，可將多個8-bit或16-bit整數串聯成512-bit，提升卷積神經網絡常用的MAC(乘法累加)的速度。
另一個是BF16，面向AI加速，將雙精度浮點FP32中的23位小數減少到7位，並保留1位符號、8位指數，結果與FP32相比范圍相同，只是精度較差，但仍遠高於單精度FP16。
按照AMD的說法，加入AVX-512指令集後，Zen4架構的FP32浮點推理多線程性能可提升1.31倍，VNNI INT8整數推理多線程性能可提升2.47倍！
另外，Zen4還增加了一些虛擬化、安全性方面的新指令，就不贅述了。
以上是Zen4、Zen3的具體變化對比，可以看到其中不少都維持不變，其他很多則只是數量/容量上的擴充，因此說Zen4就是個放大優化版的Zen3也沒什麼毛病。
值得注意的是，Zen4二級緩存、三級緩存的延遲甚至還略微加大了。
AMD宣稱，Zen4 IPC平均提升了13％，這是在固定4GHz八核心情況下，通過22個項目對比Zen3得出的幾何平均結果。
當然不同項目的變化幅度差異很大，比如說CPU-Z單線程只提升了1％(所以這個測試項目跑分變化不大)，寒霜引擎遊戲、《俠盜獵車手 V》、PUBG吃雞、CineBench R23單線程這些項目提升也有限。
wPrime 1024M是變化最大的提升幅度達驚人的39％，另外像是Dolphin Web測試和《看門狗：軍團》、《F1 2022》、《駭客入侵：人類分裂》、《戰慄深隧：離去》等遊戲的提升也很喜人。
13％的提升進一步劃分，可以看到前端架構改進帶來的提升幅度最大，其次是載入/存儲單元、分支預測單元，而來自執行引擎、二級緩存的貢獻相對較小。
這和前邊架構分析的變化幅度是相符合的。
IPC提升之外，銳龍7000系列的頻率也達到了前所未有的高度，旗艦銳龍9 7950X最高可以加速到5.7GHz(還有個5.85GHz fMax頻率但官方一直保持緘默)。
當然，5.7GHz的頻率只有單核心加速可以做到，AMD也公布了銳龍9 7950X在不同核心/線程下的最高加速頻率，可以看到2核心可以到5.6GHz，8核心可以接近5.4GHz，16核心全開也能到5.2GHz。
13％ IPC提升，加上頻率拉到最高5.7GHz，銳龍7000的單線程性能提高了最多29％。
一個很容易被忽略的點，就是銳龍7000系列支持Eco模式，運行在更低的TDP，比如170W的可以低至105W或者65W，105W的可以低至65W。
AMD宣稱，銳龍9 7950X 65W Eco模式下的性能，依然可以超過正常的銳龍9 5950X。
Eco模式未來會集成在主板BIOS的超頻模塊，可一鍵開啟，還會集成在銳龍Master軟體中。
有趣的是，得益於新的架構和工藝，Zen4單個核心加二級緩存總面積僅為3.84平方毫米，相比於Intel 7工藝的12代酷睿的7.46平方毫米，小了幾乎一半，能效則高了幾乎一半。
來源：快科技
