差异究竟在哪?七代酷睿与AMD Ryzen解析

  自去年8月份英特尔推出第七代智能酷睿处理器之后，沉寂近十年的AMD在2017年初，正式推出了全新Ryzen架构处理器AMD Ryzen 7系列。凭借14nm工艺制程、8核心16线程设计、专门针对英特尔七代酷睿的价格对位，以及并不弱于七代酷睿的性能，一时间，Ryzen似乎让人们看到了AMD复兴的曙光。

  喧嚣过后，关于七代酷睿与Ryzen究竟谁更强其实依然没有定论，而在全面的客观测试数据发布之前，我们不妨先从技术、架构层面，来了解一下七代酷睿与AMD Ryzen到底有何差异？

英特尔七代酷睿桌面级处理器家族

  英特尔第七代智能酷睿处理器采用了14nm工艺制程，KabyLake架构。其中酷睿i7、酷睿i5处理器均采用了4核心设计，酷睿i3处理器采用双核心设计。根据定位不同，七代酷睿家族处理器主频从3.0GHz到4.5GHz均有布局，酷睿i7家族三级缓存为8MB，酷睿i5家族三家缓存为6MB，酷睿i3家族三级缓存为4MB，目前三大家族共有处理器十八款，其中最为主力无疑是酷睿i3 7350K、酷睿i5 7600K以及酷睿i7 7700K三颗具备不俗超频能力的处理器。

  此外，酷睿i5 7600（T）以及酷睿i7 7700（T）处理器也是用户较为常见的选择。

AMD Ryzen 7桌面级处理器家族

  再看AMD Ryzen 7家族。

  首发处理器包括三颗：Ryzen 7 1700、Ryzen 7 1700X以及Ryzen 7 1800X。同样采用了14nm工艺制程。三颗处理器均为8核心16线程设计。在核心线程数上要比主流的七代酷睿处理器更多，同时三级缓存均达到16MB，也要优于七代酷睿平台。不过，Ryzen 7三颗处理器的初始主频相对于英特尔七代酷睿主力处理器而言略低，分别为3.0GHz、3.4GHz以及3.6GHz，此外在动态频率（睿频）上Ryzen也明显要比七代酷睿低，此外在对多通道内存的支持上，Ryzen 7全系仅支持双通道DDR4内存，另外如果不升级BIOS的话，最高内存频率只支持2400MHz。

  了解基本信息之后，我们来看看七代酷睿与Ryzen 7之间的差异点到底在哪里？

·同样的14nm，不同的技术积累

  首先我们来聊聊制程工艺。

  Ryzen之所以被大家认可，很大程度上源自于工艺制程的突破。尤其是在英特尔接连三代处理器都采用14nm工艺之后，这种制程上的追赶在用户眼中似乎更有说服力。

  然而，同为14nm工艺制程，七代酷睿与Ryzen之间的技术成熟度有着较为明显的不同。

  七代酷睿的Kabylake架构采用全新的14nm FinFET+工艺，特性与性能都与Broadwell时期的14nm不可同日而语，而Ryzen采用的则是授权自三星的14nm FinFET工艺，少了一个“+”，在底层技术上就有了一定的差异。

  其实，英特尔早在2015年推出第一代14nm工艺制程时，其芯片密度就远远要高于同代的三星14nm FinFET工艺。而芯片密度与处理器性能强弱有不小的关联。 

  Kabylake改进的14FinFET+虽然线宽未变，但在性能上按官方说法又有12%的提升（实测大概在10%左右），这样的提升主要体现在七代酷睿主频的全面提升上。如i7 7700K的睿频频率从6700K的4.2GHz提升到4.5GHz就是最好例证。

晶体管结构图

  另外，既然提到了芯片密度，那么就不得不提晶体管。 

  上图是一张晶体管结构示意图，GATE控制SOURCE与DRAIN的通断，其实也就是计算机二进制“1”和“0”的通断。GATE的宽度越窄，电流通过时的损耗就越低，产生的热量也越低，从而使得功耗变得更低，而GATE的宽度就是我们常说的XXnm。这也就是为什么XXnm数越小，反而功耗越低的原因。

　　除了通过缩减制程工艺来降低功耗、提升性能之外，单位面积上晶体管的数量也会影响到处理器的性能。而之所以说同为14nm，Ryzen的工艺技术却略显落后的原因，说白了就是在单位面积上，二者集成的晶体管数量有较大差异，从而对性能强弱产生了影响。

  此外，AMD自K7以来处理器的整数和浮点执行资源是分离式的，Ryzen也不例外，有各自独立的调度器和执行流水线。本次为了让Ryzen 7系列处理器的主频达到现有水准，AMD也不得不通过拉长执行流水线深度的方式来实现，这种做法虽然便于拉升主频，但较长的流水线深度对于乱序处理器而言，在遇到分支预测失败的时候，需要整个流水线清空，20级流水线的分支预测惩罚会达到20个周期。

  根据相关测试数据可以了解到，Ryzen的分支预测惩罚在17到21个周期左右，KabyLake是16到20个周期，Broadwell是15到21个周期。总体来说Broadwell的分支惩罚普遍更低些，大概是15个周期左右，KabyLake略高，为17个周期左右，Ryzen的预测惩罚值普遍在19个周期左右，最终这种影响会体现在核心效率上，这也是为什么Ryzen在单核、双核应用上不如七代酷睿的主要原因。

Ryzen处理器微架构示意图（图片来自WiKi Chip）

  此外，AMD此前在技术层面给出了一些回应：锐龙系列处理器由两个CCX结合而成，而在Zen架构之中，通常认为的L3高速缓存并非最后一级高速缓存（Last Level Cache，LLC），这16MiB L3是由两块分离的L3高速缓存组成，两个CCX之间不存在统一的L3高速缓存。两个独立的CCX之间采用了Infinity Fabric进行连接。

CPU Complex (CCX)结构示意图（图片来自WiKi Chip）

  Infinity Fabric由两部分组成，分别是Scalable Control Fabric和Scalable Data Fabric，其中Scalable Data Fabric是用于联通AMD处理器和存储器的数据总线，RYZEN 7互联两个CCX的就是Scalable Data Fabric，其频率和内存时钟频率一样，例如搭配DDR4-2400的时候，SDF的频率就是1200MHz，而其SDF带宽为22GiB/s，并不算高，所以导致Ryzen 7的8个内核不能像Boardwell-E那样直接让缓存数据互相通讯，因为延迟与较低的带宽，所以致使两个不同CCX的内部内核通信无法达到单一CCX内部那样高效。

·内存兼容性差异明显

  除了底层架构存在一些效率上的差异之外，七代酷睿与Ryzen在内存兼容性上也有较为明显的差异，这在Ryzen上市之后用户的反馈中有着较为普遍的体现，如图：

  AMD Ryzen正式售卖之后，用户发现其对多通道内存的支持上存在缺陷，而从AMD官方的规格表中也可以看到，Ryzen全系只支持双通道内存，这对于不少发烧级用户来说就显得比较憋屈了。

  此外，Ryzen对于高频率内存的兼容性也存在问题，平台发售初期，超过2400MHz以上频率的内存会导致蓝屏现象频发，而在推出BIOS更新之后，最高虽然可以支持3200MHz内存，但由于自行刷BIOS的风险较高，所以不建议普通消费者自行刷BIOS。

·功耗高主频低

  高功耗与低主频也是Ryzen与七代酷睿较为明显的差异之一。

  从上面的表格不难看出，Ryzen 7系列处理器的功耗普遍比七代酷睿高，1800X与1700X都达到95W，1700为65W；而i7 7700K、i5 7600K为91W，i3 7350K为60W。然而Ryzen 7系列无论是基础频率还是动态频率，都要明显低于七代酷睿，同时能够达到现有频率，也是在付出拉长执行流水线深度的代价下才达到的，而对于拉长执行流水线深度所产生的不利影响，我们在之前已经详细阐述过了，就不再赘述。

  此外由于架构、制程技术不够先进，Ryzen在功耗与性能平衡点上只能把频率控制在3.0GHz-3.6GHz之间，如目前的旗舰级产品Ryzen 1800X处理器基础频率只有3.6GHz，如果频率再向上拉升，那么Ryzen的功耗就很难得到控制，从而会引发更多潜在问题，而如果没有通过拉长执行流水线深度来拉升主频的话，那么Ryzen能否保证现有频率也存在疑问。

·超频体质Ryzen不及七代酷睿

  最后我们再聊聊超频。

  英特尔七代酷睿相对于AMD Ryzen的最明显的优势除了主频，就在于超频。一方面，七代酷睿通过底层架构优化（见下图），对BCLK结构进行了调整，从而使得超频更具稳定性；另一方面，在将AVX 2指令集优化之后，彻底解决了前两代酷睿超频不稳定、卡死的问题，从而使得第七代酷睿i3 7350K就能够在风冷散热的情况下，较为轻松的从4.2GHz站上4.8GHz，甚至最高能够达到5GHz或5.1GHz，而AMD位于旗舰地位的Ryzen 1800X 3.6GHz超4GHz而言，超频幅度领先非常明显。

  如果从超频体质角度来看，Ryzen 7系列处理器与七代酷睿有着较为明显的差异。

英特尔对第七代酷睿超频做了底层架构上的优化

·结语

  虽然AMD Ryzen在架构先进性上与英特尔相比存在一定的差距，但是AMD通过提升核心数量、保证较高水平的基础频率、再加上一定的动态频率提升，使得Ryzen 7在实际应用中的能效比与七代酷睿有了一战之力。

  不过，为了保证现有频率，以及多核性能，AMD也不得不通过拉长执行流水线深度的方式来实现，这多少会对处理器效率产生一些影响，可见，虽然同为14nm工艺制程，但英特尔依然保有技术上的领先优势，Ryzen想要彻底赶超并战胜英特尔，还有较长的路要走。