AMD Zen 2架构解析：7nm加持 吞吐翻番

amd zen架构取得了空前成功，今年还优化为zen+增强版，并有同样优化的12nm工艺辅助，而现在我们终于迎来了全新的第二代zen 2架构，以及全新的7nm工艺加持。

amd原计划采用globalfoundries 7nm为自家新cpu、gpu代工，但后者已经放弃7nm及后续工艺，好在还有天字一号代工厂台积电，amd 7nm cpu、gpu全都转移了过去，而且目前看起来很顺利，无论产品设计还是路线图都在按计划进行。

根据台积电提供的数据，7nm相比于目前的14/12nm可以将晶体管密度提高一倍，同等频率下功耗可以降低一半，而同等功耗下性能提升可以超过25％。

如果说12nm更多地是在“数字”上领先intel 14nm，这一次7nm则是在技术上完全实现超越，也能稍微领先intel仍在难产的10nm。

更先进的制造工艺一直是intel最强有力的武器，但这次竟然被amd完全超越，实在是令人唏嘘，即便是intel一再强调自己的10nm相当于其他家的7nm也无济于事，毕竟人家的产品马上就要出来了。

回到zen 2，这是世界上第一个7nm工艺的高性能x86 cpu，除了新工艺主要变化包括：cpu核心执行增强、更深入的安全增强、模块化设计灵活配置并降低制造难度。

zen 2实现了两倍于第一代的吞吐能力，这主要得益于执行流水流水线的改进、浮点单元和载入存储单元的翻番、核心密度的翻番、每操作功耗的减半。

在前端设计上，zen 2重点改进和优化了分支预测、指令预取、指令缓存、操作缓存。

而在浮点方面，zen 2将浮点宽度翻了一番达到256-bit，载入存储带宽同样翻了一番，并提升了分发/回退带宽，所有模块都保持着很高的吞吐。

安全性方面，amd重点强调了新架构可以在硬件层面免疫spectre幽灵安全漏洞。

zen 2架构支持更多核心，但并不是单纯地增加核心数量，而是采用了特殊的组合结构：epyc霄龙最多单路64核心128线程，分为八个die，每个die内八个物理核心，同时外部还有一个单独的i/o die，集成内存控制器、infinity fabric高速总线、i/o输入输出，专门负责联络各个die与物理核心。

这种新的模块化设计更加灵活，可以单独针对每个模块进行优化、调配，同时借助i/o die大大优化了整体延迟与功耗。

不过注意，cpu die部分用的是7nm工艺， i/o die部分则还是14nm，因为后者大部分都是模拟电路，对新工艺并不敏感，即便上了7nm也不会带来集成度、性能、功耗的明显改善，成本却会明显增加，所以采用了这种混合工艺模块组合。

事实上，intel也正在同一颗芯片内尝试不同工艺的组合，都是出于同样的目的。

以上说的都是zen 2架构的理论部分，最终落实到epyc霄龙、ryzen锐龙产品上，还会有不同的表现，但可以预料，新架构新工艺，必然会带来明显更高的频率、更低的功耗，而且无论桌面还是服务器，amd这几年都会保持前后代兼容。

amd还首次确认，zen 4架构已经在设计中，将在7nm+ zen 3之后面世，时间上估计至少会在2021年。

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