AMD Zen架構設計細節公開！40％飆升這麼來的

AMD日前專門召開技術會議，首次披露了Zen CPU的架構設計，並公開展示同頻8核心16線程下可以戰平Intel Core i7-6900K。

不過，當時關於架構只講了一些大概的情況，而今在Hot Chips 2016大會上，AMD又首次公布了Zen架構的諸多細節，詳細解釋了40％的提升是怎麼來的。

首先，所謂40％提升指的並非實際性能，而是每時鐘周期指令數(IPC)這一理論指標的變化，對比對象是當前的Excavator挖掘機架構。

這就是Zen架構在性能、能耗方面的一些具體改進，其中核心引擎改進包括：每核心支持兩個邏輯線程、分支誤預測改進、更好的分支預測、更大的操作緩存、更寬的微指令分派、更大的整數/浮點指令調度器、更大的回退、更大的回退/載入/存儲序列。

緩存系統有一級緩存寫回、更快的二級/三級緩存、更快的浮點單元載入、更好的一級/二級數據預取器、一級/二級緩存帶寬提升接近1倍、三級緩存總帶寬提升最多4倍。

為了降低功耗，Zen架構也是做了大量工作，全程採用低功耗設計理念，包括多層級時鐘門控、一級緩存寫回、更大操作緩存、堆棧引擎等等。

核心微架構細節：拾取四個x86指令、操作緩存指令、四個整數單元、兩個存儲/載入單元(支持72個亂序載入)、兩個浮點單元(128-bit FMAC)、4-way 64KB一級指令緩存、8-way 32KB一級數據緩存、8-way 512KB二級緩存、8MB共享三級緩存。

指令拾取部分

解碼部分

執行部分

載入/存儲單元和二級緩存

浮點單元

緩存一致性

CPU Complex(CCX)：Zen架構每四個核心為一組，但這四個核心除了共享三級緩存之外沒有其他任何關聯，是彼此完全獨立的，都有自己的一級和二級緩存，這和推土機架構設計完全不同。

桌面版Summit Ridge最多兩個CCX、八核心，APU只有一個CCX、四核心。

同步多線程(SMT)：所有指令僅支持單線程模式，前端隊列劃分優先級，除微指令隊列、回退隊列、存儲隊列之外絕大部分模塊都是完全共享的。

新增指令集：ADX(擴展多精度算法)、RDSEED(補充RDRAND隨機數生成器)、SMAP(高級模式訪問攔截)、SHA1/SHA256(哈希加密算法)、CLFUSHOPT、XSAVEC/XSAVES/XRSTORS、CLZERO(清理緩存行)、PTE Coalecing(4K頁表合併為32K頁)，其中最後兩項是AMD Zen架構獨有的。

同時繼續支持所有標準指令集：AVX、AVX-2、BMI1/2、AES、RDRAND、SMEP。

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