AMD的真翻身之作AMD Zen2上市大半年後，AMD終於在今年2月17日在國際會議ISSCC 2020上公佈了Zen2的相關技術細節，技術內容非常值得一看，按照慣例這裡做一個編譯+個人解讀。
AMD Zen2 是AMD近年來第一次使用臺積電的7nm來製造高性能處理器，也是目前為止工藝最先進的X86處理器。Zen2根據定位的不同，我們在移動端（Ryzen 4000 APU），MSDT+HEDT桌面端（Ryzen 3000 CPU），以及服務端（EPYC2）都可以看到Zen2的身影。 另外根據若干諜報顯示，Zen2在下一代遊戲主機微軟XBox Series X 以及 索尼PlayStation 5身上都能看到Zen2架構的身影。 AMD對Zen2的定位很明確，主打低功耗、多核心以及低成本，這個定位我們在所有Zen2的示例化產品中都能看到。
Zen2 定位
AMD的高性能處理器很長一段時間內都是用的自家女朋友（GF）的工藝，但是在7nm節點上自家女朋友承受不住7nm的開發成本，因而促成了AMD與TSMC的合作。 在AMD Zen2自身架構層面，簡單來說其IPC提升的官方數值是15%（SPECint_base2006，相對於Zen1），IPC提升的背後功臣主體上就是TAGE分支預測器，以及更寬、更深的架構設計。 除了在通用性能上的改進，Zen2比較顯著的改變還有，AVX SIMD的寬度終於從原來的1/2提升到和Intel Skylake一樣的規格，而且為了適應多芯片互聯，每個CCX的L3也得到了加倍，現在Zen2每個核心有4M L3，是Intel Skylake的兩倍。
IPC提升的背後功臣們
Zen2 核心設計圖
首發的Zen2保持了和Zen1一樣的，每4個核心組成一個CCX並共享16M的L3（4M * 4）。 雖然Zen2的L3相對於Zen的L3翻倍了，但是通過多級時鐘門和集成的LDO單元，最後其電量消耗和Zen2的8M一樣。為了適應不同的場景，Zen2的CCX其實是可配置的，除了16M L3的CCX以外，AMD還有一個適用於APU的4M L3精簡版CCX，以及再次閹割兩顆核心的入門版（但是我們現在還見不到實際產品）。
CCX 的3種配置
雖然Zen2在核心上改進不少，L3也翻倍了，但是得益於臺積電7nm的高密度，最後單一CCX的面積從一代CCX的44mm2微縮到了31.3mm2，面積減小差不多30%。這裡必須要特別說明的是，Zen2這回採用的是6T HD庫的7nm（完全對應臺積電的HD），也就是和手機用的7nm差不多。
CCX對比
臺積電HD和HP的對比
AMD選擇了6T庫，原因大概只有1個就是為了成本，HD庫的密度是91.2Mtr/mm2，而HP庫是65，選擇HP庫，Zen2核心可能要增加50%，達到100mm2附近。AMD這種節省成本的思想可以說貫穿AMD整個產品設計理念的，而不是為了追求極限性能。 根據高通自己的數據（高通855有一個高性能A76核心，部分換用了HP的設計，865也有類似設計），HP庫會比HD庫提升10%的性能，如果AMD在這裡選擇了HP庫，我們很可能就會看到5G的Zen2了。 AMD選6T，從粉絲角度看是AMD為了降低售價，從黑子角度看AMD是為了擠牙膏。
855的HP和HD實施對比
另外，為了縮減CCX的面積，AMD用了大量的小單元，而不是大單元。 原因很簡單，使用較大的單元雖然可以做到更好的性能，但是面積效率低（佈局留白多），AMD捨不得錢。 這裡插一句，Intel的處理器實際密度距離理論密度差很多，一方面是工藝庫的選擇，另外一方面就是類似這種佈局的取捨上，Intel優先性能，AMD優先成本。
大單元 vs 小單元
除此以外為了降低面積，AMD還有很多設計佈局上的改進，全面以低功耗、高密度為導向，這裡不太懂，就大體說下。
佈線優化1
佈線優化2
在聊完AMD在實現高密度的努力後，接下來看一下AMD為了低功耗的優化。 首先，CPU是一種MOS FET晶體管，其本質上是一種電容，通過對電容的充電放電實現管子的開關，而這個的充放將會產生動態功耗，這也是CPU在高負載下最主要的能耗來源。 AMD這裡用CAC來指代這個指標，主要得益於7nm（包含選擇了適用於低功耗的6T HD庫）以及一些架構優化，AMD在這塊比起Zen1大體上就降低了40%多。
CAC比較
總體來說， 7nm 的Zen2比起14nm的Zen（是一代），在同頻下功耗減半，並且實現了15%的IPC提升。總體來說除了剛剛說到的7nm 6T庫（下圖第一第二個第三個）是最大的工程，剩下AMD自己也做了一些架構上的調整，實現了整個功耗降低。
能耗比提升
2X能耗比提升
電壓下降
根據AMD的結果，Zen2對比Zen，幾乎在所有工作電壓下幾乎都實現了2倍的能耗比。 這個我覺得是部分成立的，就比如一代Ryzen 1800X和三代3700X的Base頻率都差不多，但是TDP只是95W到65W，沒有兩倍。 雖然這裡可能有其它Uncore功耗，以及可能1800X虛標更多的原因，但是感覺Zen2在高頻下能耗比的確進步沒那麼多，現有實測基本上都是2.X頻率的時候真正實現了2X能耗比。
這是這個系列的第一部分，下次再聊一聊關於封裝方面的事情, 記得關注後及時查看哦。
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