能效与性能并重,Zen4+Zen4c混合架构来了!

2023-11-07   电脑报

原标题:能效与性能并重,Zen4+Zen4c混合架构来了!

AMD旗下采用Zen4核心的处理器产品自上市以来就以出色的性能、极高的能效比和性价比获得了业界和用户的广泛认可,不管是针对工作站和服务器的EPYC,还是针对消费级市场的锐龙7000,都可以说是战绩非凡。不过,其实在Zen4核心之外还有一款更注重高能效的Zen4c核心,AMD去年10月发布的EPYC 9754处理器就已经通过Zen4c核心在360W TDP的设定下实现了128核256线程的夸张规格。而现在,采用Zen4+Zen4c混合架构、面向移动平台的锐龙7040U处理器也正式登场了。

Zen4c核心:与Zen4 IPC相同,面积更小能效更高

相对Zen4核心来讲,Zen4c的设计思路是更高的密度和更高的能效,同时也能提供与Zen4相同的IPC表现。从图中可以看到,在同样使用TSMC 5nm先进工艺的前提下,Zen4c核心(Core + L2)相对Zen4核心减少了35%的面积,即从3.84mm2减少到了2.48mm2。不过,Zen4c的二级缓存并没有因此减少,依旧和Zen4一样是每核心1MB,所以Zen4c的密度确实是大幅提升了。

可能有朋友会担心Zen4c核心是“小核”,在规格上有所缩水以牺牲IPC来降低能耗,这样想的话就完全错误了。从核心规格对比来看,AMD Zen4c和Zen4拥有完全相同的规格,支持相同的指令集,关键指标也是一样,同样支持SMT超线程,因此它们拥有相同的IPC。这一点与Intel从酷睿12代开始的E核+P核异构组合完全不同,E核不管是芯片规格还是频率规格都与P核相差很远,性能更是不可同日而语,而这种不对称的“大小核”设计可能就会导致系统在核心调度方面出现问题而影响执行效率——这样的问题已经在不少应用中表现出来了。

那么AMD为什么选择在移动平台上使用Zen4c核心呢?原因主要有三方面。首先,Zen4c核心面积更小,功耗更低,却拥有与Zen4相同的IPC,且在15W以下可以提供更强的性能,因此能效比更加优秀,特别适合追求高能效的移动平台;其次,Zen4c核心面积更小,因此在未来的芯片中更容易扩展核心数量规模,从而实现更强大的多线程性能(128核256线程的EPYC 9754就是最好的例子);再次,Zen4c提供与Zen4相同的IPC但拥有更小的核心,这也非常适合打造入门级的轻薄本产品。

率先内置Zen4c核心的锐龙7040U处理器有两款,包括锐龙5 7545U和锐龙3 7440U。其中锐龙5 7545U拥有6核12线程,二级缓存+三级缓存总共22MB,其中包含两个Zen4核心和四个Zen4c核心。此外,它内置Radeon 740M显卡,基础频率3.2GHz、最高加速频率4.9GHz,TDP 15W~30W可设定。可以看到,除了核心变成了2 Zen4 + 4 Zen4c的组合之外,锐龙5 7545U和锐龙5 7540U规格完全相同。这里可能就有朋友觉得奇怪了,为什么锐龙5 7545U加入了Zen4c核心,缓存总量却没有减少呢?答案就是:Zen4和Zen4c核心对应的三级缓存并不是固定的(但二级缓存是固定的,都是1个核心对应1MB二级缓存),它们只与具体的产品、CCD封装有关。

因此,尽管锐龙5 7545U和锐龙5 7540U一样都是6个核心各自拥有1MB二级缓存、共享16MB三级缓存,总共拥有22MB缓存,不同的只是锐龙5 7545U把其中4个Zen4核心换成了Zen4c核心。具体细节将在以后的测试中得到答案。

根据AMD官方提供的Cinebench R23多线程测试对比数据,采用Zen4核心的锐龙5 7540U与采用Zen4 + Zen4c混合架构的锐龙5 7545U在多线程性能方面各有所长。从图中两条曲线的交点可以看到,得益于Zen4c的高能效,在17.5W输出功率之下,锐龙5 7545U的多线程性能强于全Zen4核心的锐龙5 7540U,而在17.5W之上,全Zen4核心的锐龙5 7540U多线程性能实现反超,输出功率越高优势越大。因此,AMD给出的结论是,Zen4核心针对单线程高频率优化更好,多线程性能随着功率增加,20W以上表现优于Zen4c;Zen4c核心对于多线程的能效优化更好,芯片尺寸也更小。

此外,遇到突发的工作负载时,系统的调度器优先将它分配给Zen4核处理,从而获得更好的爆发性能。而两个Zen4与四个Zen4c的核心组合则是锐龙5 7545U性能与能效的最佳解决方案。

那么AMD这套Zen4 + Zen4c的混合架构与Intel的P核 + E核“大小核”架构有什么不同呢?AMD专门列了一个表格来进行对比:

支持的指令集方面,Zen4与Zen4c完全相同,而Intel酷睿的P核与E核支持的指令集则不相同。

IPC方面,Zen4与Zen4c也完全相同,而Intel酷睿的E核IPC是远低于P核的。

SMT超线程支持部分,Zen4和Zen4c都支持SMT,而Intel酷睿的E核不支持SMT。

Zen4 + Zen4c架构不需要系统之外的核心调度器来保证正确的核心调度,而Intel酷睿的P核 + E核需要专门的调度器。其实Intel的“大小核”在某些应用中因为调度问题导致效率下降已经并不稀奇了,酷睿14代甚至还专门配了一个应用优化器工具来改善这个问题。

Zen4 + Zen4c所有的核心都拥有领先业界的高能效,毕竟是5nm甚至4nm工艺,而Intel同代竞品还在使用Intel 7(10nm)工艺,因此在能效方面难以抗衡。

这应该是游戏玩家最关心的部分。Zen4 + Zen4c架构所有的核心都可以在游戏中发挥作用,毕竟它们的IPC相同,且共享三级缓存。而Intel的P核 + E核架构只有P核可以在游戏中发挥性能,当然,大家也不希望E核来计算游戏应用,毕竟它的性能相对P核来讲太弱了。

总结:Zen4 + Zen4c才是真全规格混合架构,能效升级性能不打折!

最后简单总结一下。Zen4c核心在Zen4的基础上进一步缩减了芯片面积,从而获得了更好的能效表现。除此外,Zen4c支持的指令集、硬件规格等等与Zen4完全相同,因此具备与Zen4完全相同的IPC,相对Zen4来讲Zen4c在低功率输出时的多线程性能更加出色,而Zen4则在高频性能方面表现更好,两者搭配之后无疑是高性能与高能效兼备的解决方案。同时,正是因为Zen4c与Zen4规格相同的设计,这使得它们不需要操作系统之外的调度器来实现核心负载的调度,对于软件应用的适应性优于Intel的P核+E核架构。此外,在面对游戏应用时,Zen4 + Zen4c架构所有的核心都可以全力输出以提升游戏性能,而Intel的P核+E核架构只有P核能在游戏中发挥作用,从这一点来讲,也是Zen4 + Zen4c设计更加先进。

目前内置Zen4c核心的锐龙7040U系列处理器包括了锐龙5 7545U与锐龙3 7440U两款,其中锐龙5 7545U内置两个Zen4核心与四个Zen4c核心,其它规格与锐龙5 7540U相同。Cinebench R23多线程性能实测中,17.5W以下锐龙5 7545U提供了更强的多线程性能,17.5W以上则是全Zen4核心的锐龙5 7540U更强(不过两者的性能差异并不大),这也表明了Zen4 + Zen4c架构更适合追求长续航、高能效的笔记本机型。总之,Zen4 + Zen4c混合架构的锐龙处理器出现,意味着AMD在移动平台上相对竞品的能效优势、续航优势将被进一步拉大,未来用户也会有更多高能效的AMD轻薄本可供选择。