AMD Zen底层架构大揭秘，有望挑战Intel

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AMD Ryzen处理器终于快要到来了，日前的国际固态电路大会上，AMD也终于揭开了Zen架构底层设计的大量秘密，对半导体硬技术感兴趣的一定不要错过。

AMD Zen是一次真正从底层开始完全重新设计的CPU架构，性能、能效并重，号称IPC(每时钟周期指令数)比上代挖掘机提升了超过40％，切换电容也改进了超过15％，单线程、多线程、能效都可以媲美Intel Skylake/Kaby Lake。

AMD Zen采用GlobalFoundries 14nm工艺制造，单个CPU核心面积约7平方毫米，四核心只占44平方毫米，缓存面积控制同样优于Intel。

Zen拥有第三代AVFS，划分了大量的电压控制区，比如使用LDO(低压差)电压调节器，可以单独控制每个CPU核心的电压(以及频率)，还有RDL(电压分布层)、RVDD、VDD(核心电压控制)、VDDM(缓存电压控制)等等，二级、三级缓存也都是单独供电，同时加入了大量先进的频率、电压、温度传感器。

对于AMD Zen的架构设计，不少半导体行业人士乃至是Intel的工程师，都表达了相当的赞赏。

AMD Ryzen曝大惊喜：核心面积比Kaby Lake还小

AMD在国际固态电路大会(ISSCC)上公布的一份白皮书，又披露了Zen x86架构的一个新秘密：集成度超级高，核心面积竟然比Intel Kaby Lake还要小！

AMD Ryzen处理器采用GlobalFoundries 14nm FinFET工艺制造，Intel Kaby Lake则是其加强版14+nm，这里对比的都是四核心八线程版本，其中AMD Ryzen还有八核心十六线程，Intel方面则是顶级的Broadwell-E平台才有八核心、十核心。

按照AMD提供的数据，四核心版Ryzen处理器的CPU部分面积仅为44平方毫米，相比于Kaby Lake 49平方毫米小了10％。

另外，Ryzen每个核心512KB二级缓存，消耗了1.5平方毫米，Kaby Lake每个核心只有256KB，却占用0.9平方毫米；三级缓存容量同样为8MB，Ryzen占面积仅16平方毫米，Kaby Lake则达到了19平方毫米。

核心与缓存加起来，Ryzen的面积为66平方毫米，Kaby Lake则是71.7平方毫米，AMD小了足有8％，而且二级缓存容量多一倍。

当然了，这里没有考虑内存控制器、IO控制器等其他模块，而且Intel Kaby Lake还集成了核显，那才是个大头。

在新工艺的其他各项指标上，GF 14nm也都和Intel 14nm基本处在差不多的档次。

根据白皮书，AMD Zen架构的切换电容比现在的推土机减少了15％，比如第一次使用了金属-绝缘体-金属电容，降低了运行电压，并能更好地控制每个核心的电压和频率。

AMD工程师花了一年多的时间，持续追踪监测Zen架构芯片高活跃度区域的功耗情况，最终取得了良好成果，现在有两款八核心型号，可以同步多线程运行在3.4GHz。

据报道，与会的众多分析师甚至是Intel工程师都同意，Zen核心相当有竞争力。

不过，有关Ryzen的很多信息还没有披露，在晶体管、核心面积上的优秀表现是否能真的能给AMD大大降低成本，还有待观察。

详细底层结构说明

为了让大家对Zen有更深入的了解，AMD在ISSCC做了以下介绍。如CCX的介绍，这是Zen架构的基本模块，包含四个CPU核心和各自的二级缓存、共享的三级缓存。

另外Zen架构还具备以下设计特点

Zen物理设计

单个CPU核心的功能单元

对比Intel Skylake/Kaby Lake架构

CCX电压分区控制

MIMCap金属电容

单个核心线性控制

Zen架构示意图(非官方)

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