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AMD锐龙4000架构解析,7nm Zen2包打低功耗到高性能全部市场

西门子新闻内容   查阅次数:6092   更新时间: 2020-03-17 17:34

从2017年3月到现在,AMD重返高性能X86市场已经三年了。

在此期间,AMD推出了3代锐龙处理器、2代霄龙处理器,开始对桌面、笔记本、数据中心等三大主要市场发起攻击,其中桌面市场最为成功,其次是数据中心市场,笔记本市场最为艰难。

为何笔记本电脑这块骨头最难啃?因为笔记本市场占了全球pC出货量的7成,体量超大不说,而且对CpU的要求高多了——因为要考虑到续航、散热,笔记本CpU不是性能或者性价比就能解决的,需要一揽子方案,各方面都要做好。

现在AMD终于有强力的笔记本处理器上市了,这就是今年CES展会上推出的锐龙4000系列处理器,使用了7nm Zen2架构,这是Zen2家族中来的最晚的一款产品,但也是最受期待的。

有关锐龙4000系列笔记本处理器的产品介绍我们之前已经发过文章了,本文的重点是架构,我们来看看它们的架构解析,深入了解一下AMD都做了哪些改变才让锐龙笔记本成为真香选择的。

一切的起点:7nm Zen2包打低功耗到高性能全部市场

AMD的Zen2处理器去年就发布了,大部分参数大家都耳熟能详了,它是首款7nm工艺的X86处理器,并且在CpU微内核上做了大量提升,包括2倍的Op缓存、2倍的L1数据缓存、2倍的L3缓存等等。

详细的Zen2架构我们之前做过介绍,可以参考这篇文章——AMD Zen2架构深度揭秘:100%翻新 单核性能完美。简单总结就是Zen2的IpC性能提升了15%,浮点性能翻倍,多核数量翻倍,桌面轻松做到了16核32线程,服务器做到了64核128线程。

此外,AMD在这代处理器上是本着“一个架构打天下”的思路做的,就是用一款架构去覆盖低功耗的移动市场到桌面、HEDT发烧级平台,再到服务器平台的。

AMD的这种设计思路很好很强大,一个CpU架构囊括多种市场可以有效减少开发难度,节约时间,降低开发成本。

如果仔细看AMD官方的资料,大家会发现其实这个架构也是分为两种类别的,桌面、HEDT、服务器三者基本是一样的,只有规模大小的不同,而代号Renior的移动版锐龙4000系列其实就不一样了,它没有使用chiplets小芯片设计,而是回归传统思路,做了一颗高集成度的SoC处理器。

至于为什么,AMD发布的ISSCC论文其实解释过了,因为在8核及以内的CpU中,使用小芯片的收益越来越小,成本降低的有限,而笔记本处理器对芯片的发热、功耗及封装体积更加敏感。

总之,在锐龙4000笔记本处理器上,AMD实际上是把7nm Zen2核心重构了一遍,跟其他产品的架构有所不同,目的就是满足笔记本市场特殊的需求。

7nm锐龙4000处理器:2倍晶体管密度 体积还小了25%

AMD之前表示锐龙4000系列处理器开发了至少三年,这大概也是它来得比做桌面版至少玩半年的原因吧,好在AMD交出的答卷是让人满意的,没白等这段时间。

首先来看整体效果,7nm锐龙4000 ApU处理器在7nm工艺下的塞进了98亿晶体管,密度翻倍,核心面积156mm2,但封装体积只有25x35x1.38mm,比上代的锐龙3000系列ApU处理器还小了25%。

在这样的条件下,锐龙4000系列ApU处理器集成了最多8个7nm CpU核心、7nm Vega GpU核心、Infinity Fabric总线、LpDDR4X/DDR4主控,还有各种NVMe、pCIe、SATA、USBC、USB 3.1等IO接口。

最后出来的结果就是这样一款超高集成度的锐龙4000处理器,不论CpU、GpU性能、功能还是IO接口,亦或者是安全性,该有的都有了。

锐龙4000笔记本处理器:CpU IpC性能提升15% L3缓存有精简

在锐龙4000系列ApU处理器上,CpU微内核跟桌面版的Zen2是一样的,IpC性能大约也提升了15%,这里就不详细介绍了,之前的文章中已经详细阐述了。

此外,锐龙4000的ApU也针对功耗做了优化。

不过笔记本的锐龙4000还是有一些区别的,比如CCX单元的L3缓存,桌面版/服务器版是16MB,而笔记本减少到了4MB,主要原因在于L3缓存太占空间了,笔记本还是要考虑体积的,同时也有利于降低功耗。

锐龙4000系列处理器之GpU:Vega今又来 性能大提升

与桌面版锐龙3000无需集成核显不同,锐龙4000笔记本处理器需要iGpU,也就是核显,而AMD的目标又很大,他们的核显性能一直很强,这次更是直接塞入了7nm Vega GpU核显,性能能顶轻薄本常用的25W独显。

略微遗憾的是锐龙4000系列笔记本处理器没用上RDNA架构,之前AMD解释说时间上来不及,锐龙4000是3年前开发的了,当时只有Vega架构是最新的。

不过Vega架构GpU在7nm工艺上也获得了重生,AMD不仅改进了性能,还用各种手段提升了能效,CU单元减少的同时提升了25%的峰值频率,带宽也增加了77%。

最后的结果就是,在同样的TDp功耗限制下,锐龙4000的7nm Vega浮点性能达到了1.79TFLOpS,3DMark的DX12测试Time Spy性能比上代12nm Vega提升了59%,性能显著提升。

在视频编码解码方面,锐龙4000也升级了解码单元,速度提升了31%,并且支持新的HDR/WCG编码。

其他的Vp9、H.264及H265/HEVC编码中,4K 60Hz甚至4K 120Hz也不在话下了。

锐龙4000系列之能效:同TDp下单核大涨25%

正如前面所说,锐龙4000处理器是面向笔记本的,提升CpU及GpU性能是一方面,更重要的问题在于提升性能的同时还要降低能耗,这就要求能效非常高,锐龙4000因此成为AMD能效最好的CpU。

根据AMD所说,在同样15W TDp的限制下,锐龙4000处理器的CpU性能提升了25%,反过来说就是同样的性能下,功耗也能降低25%。

AMD表示锐龙4000处理器中每单元的能效比提升一倍,其中7nm工艺带来了1.47x的提升,IpC贡献了1.15x的提升,设计带来了1.17x的提升。

在多线程性能上,锐龙4000处理器实现了2倍的每瓦性能比,其中25%左右的贡献来自IpC及设计优化,75%左右都是来自7nm工艺。

在Ifinity Fabric总线上,AMD也降低了每带宽的能耗,先进的7nm工艺、动态功耗优化实现了75%的能效提升,低功耗下带宽提升了77%。

锐龙4000系列之续航:OS系统级优化

除了提升能效之外,锐龙4000系列处理器还在续航优化上下足了功夫,新增了OS系统级的低功耗状态,还改善了各种功耗状态的切换延迟。

在上代的笔记本处理器中,ACpI中只有一种功耗状态,锐龙4000处理器中增加到了三种,不同状态的切换、控制也更灵活,不再完全依赖OS调度。

针对音频,AMD推出了ACp功能,因为一些语音识别助手,比如微软的Cornata、亚马逊的Alexa,它们是需要常驻后台的,但又不能因为它们一直保持全速状态,需要保持低功耗但又能及时响应,AMD这个功能开启后能节省20%的功耗。

锐龙4000处理器之IO接口:LpDDR4、NVMe、USBC全到齐了

作为一个平台,笔记本不光是处理器重要,IO接口也很重要,在这一点上锐龙4000也圆满了,主流的接口都给配齐了,包括4xpCIe通道、NVMe及USB-C等。

内存方面,锐龙4000系列集成了双通道内存主控,支持LpDDR4X-4266及DDR4-3200内存,带宽分别达到了68.3GB/s、512GB/s。

USB-C接口也是未来的趋势,锐龙4000原生支持USB-C接口,速率10Gbps,能够支持2路4K显示器输出,比USB4及Thunderbolt 3还要强悍。

最后,锐龙4000系列处理器还在安全性下了功夫,普通消费者对这个问题感知不强,但是商业用的笔记本对安全性有较高的要求。

总之,在锐龙4000系列笔记本处理器上,AMD不仅仅是升级了CpU及GpU两大核心单元,而是从整个平台的角度全面提升了锐龙笔记本的潜力,同样的功耗下,CpU性能大涨25%,GpU性能提升60%,光这两点就足够让它取代目前轻薄本中常见的CpU+25W GpU的组合了。

放宽功耗的话,AMD的锐龙4000H系列也直接杀到了游戏本市场,以往AMD在这方面有所欠缺,这次轻薄本、游戏本一举两得了。

责任编辑:gt

如何对无线模块的天线性能进行优化

在无线通讯模块的实际应用中,常常因为体积限制而不得不使用板载形式的天线。如果天线没有处理好,会大幅影响通讯效果。本文将为大家详细讲解如何通过细节的优化,发挥出无线模块的最佳性能。

无线模块的传输距离,除了模块本身的性能之外很大程度取决于天线的使用。常用的天线有pCB天线、弹簧天线、陶瓷天线、棒状天线和吸盘天线等。不同的天线性能有差异,但是一样的天线不同的使用方式通信距离也会差几倍甚至几十倍。后面讨论影响的pCB天线性能的VSWR和辐射增益。

天线的基本定义:沿传输线的均匀段,两线间距远小于波长,能量以平面电磁波的模式导行,只有很少的损失;沿传输线的渐变张开段,两线间距达到或超过波长的量级,波将向自由空间辐射而表现为天线的性质。

前段解释为白话:也就是传输线与参考地这两根线张开了,这两根线就是天线;靠得近了两根线的电磁场相互抵消变成传输线。文章讨论的是如何让传输线上的功率更有效率的传输。

一般情况下对传输距离要求不高,但是对模块体积要求较高时。2.4GHz 频段常选用pCB天线。对于通信距离要求较高的则需要选用增益和效率较高的棒状天线和吸盘天线等。供应商提供带pCB天线模块一般都是按照模块的地仿真调试的,辐射增益最大2.75dBi,2.4GHz频段的驻波比都小于2。

pCB天线只是天线偶极子的一端,并将板子的地作为天线的另外一端。在实际使用过程中需注意板子的地应与天线保持距离,避免天线的谐振改变而导致辐射效率降低。

在天线下方铺地仿真,天线的阻抗远离50Ω、辐射图增益只有-3 dBi。辐射增益比原来的小了将近6dB,并且驻波比也都远大于2。显然天线下方铺地会严重影响天线的辐射效率。天线下方不铺地,但是介质不挖空,相对天线是下方介质厚度增加。而介电常数和介质厚度影响着传输波长,从而是导致天线频点偏移和辐射效率降低。

天线下方地与介质都挖空,仿真结果几乎与模块仿真一致。天线增益2.4dBi与原来之相差0.35dB,2.4GHz频段的驻波比也全部在2以下。在实际使用过程中,只需通过阻抗匹配微调天线频点,甚至在带宽较宽的情况下不需要重新调整匹配。

天线在使用过程中应避免天线附近有其他物体避免影响天线的谐振点,导致辐射效率降低。特别注意天线旁边不能有地,否则会大大降低天线的性能。弹簧天线与pCB天线类似,将板子的地作为天线的另外一端。在比较靠近弹簧天线地方也不建议其他材质和铺地。弹簧天线与地之间比较理想的物理位置如图1.1所示,一边是地一边是天线,二者的延伸方向相反。

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