一、全新的Zen4核心：前端大變、不一樣的AVX-512

AMD銳龍7000系列的效能大家都見識過了，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的官方資料，Zen4相比於Zen3，同等效能下功耗可降低至多62％，同等功耗下效能可提升至多49％！

今天，我們就來深入瞭解一下Zen4架構、平臺的革新之處，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基礎上的一次深度最佳化增強，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是一次最佳化升級，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：

一是效能，IPC（每時鐘週期指令數或同頻效能）和頻率提升幅度都要達到兩位數（超過10％）；

二是延遲，透過增大二級快取、改進快取有效性，大幅降低平均延遲；

三是能效，在整個TDP（熱設計功耗）範圍內，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最佳化，包括前端、執行引擎、載入/儲存單元、快取、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指令作快取、增大指令退役佇列、增大整數/浮點暫存器檔案、加深核心緩衝吞吐、浮點單元支援AVX-512指令、改進載入/儲存單元、增大二級快取。

前端部分變化較大，這裡包括指令快取、分支預測、解碼器、指令快取、微指令佇列等模組。

Zen4架構重點改進了分支預測部分，包括每時鐘週期預測兩個跳轉分支、一級快取BTB（分支目標緩衝）增大50％達到1。5K條目、二級快取BTB擴容從6。5K略增至7K。

另外，指令快取（Op Cache）增大了約68％達到6。75K條目，每時鐘週期可以完成多達9個宏指令（增加1個）。

不變的則是解碼器每時鐘週期發出4條指令、微指令佇列每時鐘週期分派6個整數＋浮點指令。

執行引擎部分變化較小，尤其是每時鐘週期10次整數、6次浮點的指令分派保持不變。

指令退役佇列或者說ROB（重排序緩衝）從256條目增大25％至320條目，整數暫存器從192個增至224個，浮點暫存器從160個增至192個，快取與核心之間的吞吐能力也提升了。

載入/儲存單元部分，載入佇列從72個增大至88個（22％），儲存佇列維持64個不變，二級快取DTLB（資料頁表緩衝）從2K條目增大了多達50％至3K條目，另外還減少了資料快取埠的衝突機率。

也許有同學會問，很多模組都是不斷增大、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組多大容量下效率最好，而且不同模組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，需要在效能、能效之間做出妥協、尋求平衡。

快取體系也做了最佳化，尤其是二級快取，不但容量翻了一番，每核心來到1MB，還提升了速度。

同時，從二級快取到三級快取、從三級快取到記憶體，都支援更多命中失敗（outstanding miss），可以減少流水線的停頓，增加快取回填頻寬，提升整體效率。

不過整體快取架構沒變，一級快取依然是32KB+32KB的每核心容量組合，三級快取則繼續每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支援的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，這麼做可以節省芯片面積，並且避免執行AVX-512指令時發熱過大、頻率下降的情況出現（峰值效能確有輕微損失），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支援的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模型推理的向量指令，可將多個8-bit或16-bit整數串聯成512-bit，提升卷積神經網路常用的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相比範圍相同，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浮點推理多執行緒效能可提升1。31倍，VNNI INT8整數推理多執行緒效能可提升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就是個放大最佳化版的Zen3也沒什麼毛病。

值得注意的是，Zen4二級快取、三級快取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，透過22個專案對比Zen3得出的幾何平均結果。

當然不同專案的變化幅度差異很大，比如說CPU-Z單執行緒只提升了1％（所以這個測試專案跑分變化不大），寒霜引擎遊戲、《GTA V》、PUBG吃雞、CineBench R23單執行緒這些專案提升也有限。

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》、《殺出重圍：人類分裂》、《地鐵：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/儲存單元、分支預測單元，而來自執行引擎、二級快取的貢獻相對較小。

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也公佈了銳龍9 7950X在不同核心/執行緒下的最高加速頻率，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的單執行緒效能提高了最多29％。

一個很容易被忽略的點，就是銳龍7000系列支援Eco模式，執行在更低的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模式下的效能，依然可以超過正常的銳龍9 5950X。

Eco模式未來會整合在主機板BIOS的超頻模組，可一鍵開啟，還會整合在銳龍Master軟體中。

有趣的是，得益於新的架構和工藝，Zen4單個核心加二級快取總面積僅為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。

二、全新的IO Die：首次加入GPU、6nm新工藝給力

Zen2架構首次引入了chiplet設計，一般稱之為小晶片、芯粒，一直延續至今，包括一兩個CCD、一個IOD，前者包括CPU核心、快取，後者包括各類控制器和輸入輸出，類似傳統雙晶片組的北橋。

Zen4 CCD部分從臺積電7nm升級為臺積電5nm工藝，IOD部分則從GF 12nm躍進到臺積電6nm，自然有利於提高整合度、控制面積。很大程度上可以說，IOD這次的變化甚至比CCD還要猛。

首先，Zen4 IOD首次整合GPU圖形核心，而且用上了最新的RDNA2架構，堪比移動端的銳龍6000U/H系列處理器，桌面APU都還沒有這個待遇。

首次整合DDR5記憶體控制器，最高標準頻率5200MHz（還可以繼續超頻），甚至還支援ECC（是否開啟取決於主機板）——DDR4確實沒了，不要再想了。

首次整合PCIe 5。0控制器，可提供28條通道，可拆分為一路x16、三路x4。

首次支援USB Type-C介面，支援USB BIOS Flashback，可透過隨身碟和USB介面直接重新整理BIOS，現在不少高階主機板支援，以後就可以作為標配了，方便之極。

此外，Infinity Fabric（IF）高速互連匯流排也得到了最佳化，帶來了新的FCLK（IF匯流排）、UCLK（記憶體控制器）、MCLK（記憶體）頻率比例，後邊記憶體環節細講。

Zen4 IOD整合的GPU非常迷你，只有兩個CU計算單元（128個流處理器）、四個ACE非同步計算引擎、一個HWS硬體暫存器，打遊戲什麼的就別想了，它只是個“亮機卡”，用途有二：

一是作為基本的顯示和影片輸出，給那些不需要獨顯、只需小規模集顯的環境，比如商務辦公、商業嵌入式、CAD、CAM等領域。

二是作為備用顯示裝置，在獨立顯示卡故障的時候，提供一個進入系統、排查問題的途徑。

規格方面倒是挺齊全，尤其是顯示與多媒體，支援H。264、H。265（HEVC）影片編解碼，AV1影片解碼，DisplayPort 2。0 UHBR10/DSC/HDR（AN獨顯都還沒有呢），HDMI 2。1 HFR/48Gbps FRL/DSC/HDR10+/VRR，USB-C DP Alt模式，4K60，甚至還支援混合顯示，組建個HTPC非常趁手。

銳龍7000處理器內部組成示意圖，還是老樣子，兩個CCD搭配一個IOD，最多16核心，當然也可以一個CDD搭配一個IOD，最多8核心。

值得一提的是，CCD對IOD每時鐘週期的寫入仍然是16Byte、讀取仍然是32Byte，因此單個CCD的情況仍然存在頻寬減半的問題，還好實際效能不受影響。

Zen4 CCD部分面積僅為70平方毫米，相比Zen3 80。7平方毫米縮小了13。3％，但電晶體數量增加了足足56。6％，從41。5億個來到65億個，整合密度超過9280萬個/平方毫米，增加了超過80％！

Zen4 IOD部分面積122平方毫米，和上代125平方毫米相差無幾，但電晶體從20。9億個增加到34億個，增幅達62。7％，整合密度則增加了66。7％。

三、全新的AM5介面：戰至2025年+

Intel經常被詬病“科技以換介面為本”，AMD則良心的多，所以這次Zen4架構換介面，絕對是一件大事。

AMD的一個AM4介面已經用了6年時間 不但貫穿整個Zen家族歷史，最早可以追溯到2016年的第七代APU Bristol Ridge，那時候的CPU架構還是推土機家族呢。

這麼長的時間裡，AM4介面經歷了五代CPU架構、4代製造工藝，覆蓋超過125款處理器和500款主機板，在整個x86歷史上也是無出其右者了。

由於新技術、新形勢的需要，AMD迎來了全新的介面AM5，變化前所未有：

首次從PGA針腳式改成LGA觸點式，一如Intel多年來的設計，共有1718個觸點，再也不用擔心拔出散熱器帶出處理器了，但主機板插座要更小心對待，避免針腳彎折。

最大功耗空間放寬到230W，為超頻和未來升級留足餘地。

首次支援DDR5記憶體、PCIe 5。0匯流排，下次再變應該要到DDR6記憶體了，官方承諾新介面規劃支援到2025年乃至更遠。

驚喜的是，無論處理器封裝尺寸，還是主機板插座尺寸和孔距，AM5全都保持不變，AM4平臺散熱器可以繼續正常使用，從而降低升級成本。

AM5介面在供電方面也做了大量的改進設計，包括增強全平臺電源管理的通訊匯流排，在多個板載調節器之間用於持續監控電壓、電流、溫度、功耗的高速雙向通訊，用於系統健康狀態監控的的電壓調節器，最佳化多種負載條件下省電的擴充套件電源狀態定義。

銳龍7000系列處理器提供三種TDP級別，分別為65W、105W、175W，它們各自對應的插座最大允許功耗、峰值電流、穩定電流各不相同。

比如TDP 170W的頂級型號，插座功耗可承受230W，峰值電流可達225A，持續電流也有160A。

當然這都是極限值，一般情況根本碰不到。

AM4平臺到AM5平臺的變化，說白了就是銳龍7000相比銳龍5000的變化。

四、全新的DDR5記憶體：EXPO一鍵超頻、注意新頻率比例

Zen4架構是AMD第一次支援DDR5記憶體，而且不同於Intel 12/13代酷睿同時相容DDR5/DDR4，AMD直接拋棄了DDR4。

事實上，移動端Zen3+架構的銳龍6000U/H系列就是這麼幹的。

這麼激進是相當考驗勇氣的，需要提前N年預判記憶體行業變化，準確切入，一旦碰上新記憶體效能、普及問題，可能會遭遇滅頂之災。

還好，DDR5經過第一代產品的鋪墊，效能優勢正在展現，價格也逐漸趨於主流合理化。

除了常規支援DDR5，AMD這次還帶來了EXPO技術，對標Intel XMP，簡單說都是一鍵超頻。

搭配銳龍7000處理器、AM5 600系列主機板，AMD EXPO可以實現對DDR5記憶體的一鍵超頻，並提供完整的超頻引數設定，玩家可以自由調節。

官方號稱，EXPO DDR5-6000對比JEDEC DDR5-5200，可以在1080p解析度下獲得最高11％的效能提升，同時延遲降低到大約63ns。

其中，《CSGO》效能提升可達11％，《德軍總部：新血脈》可有7％，《F1 2021》、《英雄聯盟》可得6％，《GTA V》能獲益5％。

目前已支援AMD EXPO技術的記憶體品牌包括威剛、海盜船、金邦、芝奇、金士頓，首發就會推出至少15款產品，預設頻率起步就有6000MHz，最高達到6400MHz。

AMD還強調，EXPO技術完全免費授權，不會向主機板、記憶體廠商收取任何費用。

AMD還要求記憶體廠商，所有符合EXPO標準的記憶體產品，必須提供一份詳細的報告，包括元件、完整時序表、軟硬體穩定性資訊等等，方便玩家識別選購。

如果你要對記憶體進行超頻，注意這次有一個特別的變化。

Zen3時代，IF匯流排頻率FCLK、記憶體控制器頻率UCLK、記憶體頻率MCLK需要保持在1：1：1，也就是完全同頻，才能獲得最佳效能，甜點記憶體頻率為DDR4-3600。

Zen4時代，IF匯流排頻率設定為自動就行了，只需保持記憶體控制器、記憶體同頻即可，IF匯流排與記憶體的分頻則固定為2：3。

官方支援最大記憶體頻率為DDR5-5200，此時對應的預設IF匯流排頻率為1733MHz。

最佳記憶體頻率是DDR5-6000，此時RAM記憶體頻率3000MHz、IMC記憶體控制器頻率3000MHz、IF匯流排頻率2000MHz。

當然，如果你需要的是更高記憶體頻寬，就不必在意這套規則，單獨拉昇記憶體頻率就好了。

記憶體頻率超過6000MHz之後，記憶體控制器、記憶體頻率比例將切換到1：2，IF匯流排頻率則會在1850-2100MHz之間波動。

五、全新的600系晶片組：首次至尊版、雙晶片之前搞錯了

首先吐槽一下，AMD銳龍時代的主機板晶片組命名直接模仿Intel的套路，並“截胡”競品的後路，導致名字過於接近，非常難以識別，著實鬧心。

最典型的，B550是AMD的，B560是Intel的……

Zen4時代，AMD晶片組進入600系列，並首次迎來Extreme（至尊版），包括X670E、B650E，還有普通的X670、B650。

X670E、X670已經隨同第一批處理器上市，B650E、B650則將在10月份跟進。

之前我們曾誤以為X670、B650是單晶片，X670E、B650E是雙晶片，其實並非如此。

事實上，X670E、X670都可單可雙，雙晶片時透過PCIe 4。0 x4通道再串聯一個以提高擴充套件性，B650E、B650則都是單晶片。

最核心的區別，就是E系列顯示卡、M。2 SSD都支援PCIe 5。0，非E系列顯示卡、M。2 SSD只有其一支援PCIe 5。0。如何設定，就看主機板廠商的選擇了。

具體來說，銳龍7000處理器支援28條PCIe 5。0，其中16條用於顯示卡、8條用於NVMe SSD（可拆分為兩組x4）、4條用於連線晶片組。

支援四個USB 3。0 10Gbps（包括C口），和一個通用目的USB 2。0，就是USB BIOS重新整理之用的。

X670E、X670支援12條PCIe 4。0，可配置給Wi-Fi網絡卡、藍芽、NVMe SSD等裝置。

支援8條PCIe 3。0，可以有五種不同配置：8條PCIe 3。0、6條PCIe 3。0加2個SATA 6Gbps、4條PCIe 3。0加4個SATA 6Gbps、2條PCIe 3。0加6個SATA 6Gbps、8個SATA 6Gbps。

USB介面有固定的8個USB 3。0 10Gbps、12個USB 2。0，剩下的可選三種不同配置：2個USB 3。1 20Gbps、1個USB 3。1 20Gbps加2個USB 3。0 10Gbps、4個USB 3。0 10Gbps，總頻寬都是40Gbps，等於一個USB4。

如果再串聯一個X670E或者X670，上述擴充套件直接翻倍，具體配置就更加靈活了。

B650E、B650支援8條PCIe 4。0、4條PCIe 3。0，後者也可配置為2條PCIe 3。0加2個SATA 6Gbps、4個SATA 6Gbps。

USB介面固定支援4個USB 3。0 10Gbps、6個USB 2。0，還可選1個USB 3。1 20Gbps或2個USB 3。0 10Gbps。

六、結語：承上啟下 奠定未來

展望未來，Zen4 3D V-Cache快取版、Zen4c都在路上。

Zen4 3D V-Cache就像銳龍7 5800X3D那樣加入堆疊快取，遊戲效能必將再次大殺四方，預計有銳龍9 7950X3D、銳龍9 7900X3D、銳龍7 7800X3D三款型號。假如每個CCD都堆疊64MB快取，總快取最多可達208MB。

Zen4c則用於EPYC霄龍產品線，面向高密度雲服務和計算領域，使用臺積電4nm工藝，最多可達128核心256執行緒，而且也會疊加3D V-Cache快取，總容量預計達到恐怖的1152MB。

Zen5家族也風雨欲來，包括4nm的Zen5、Zen5 3D V-Cache，3nm的Zen5c。

據說，Zen5會非常激進，整體架構推倒重來，升級力度自然遠超Zen4，再加上新工藝的輔助，著實令人期待。

一如前文所述，Zen4並沒有徹底改變，而是在Zen3的基礎上最佳化完善，打通其任督二脈，加入全新的DDR5記憶體、PCIe 5。0匯流排，再輔以臺積電5nm工藝的電晶體密度、頻率紅利加持，成就新一代平臺。

可以說，Zen4的主要使命就是承上啟下，深化Zen3，迎接Zen5！