在看完了前半部的Ryzen 7000系列處理器效能實測後，接著讓我們一起來深入瞭解Zen 4架構的改進之處。
效能較前代產品提升29%AMD Ryzen 7000系列處理器採用Zen 4架構，搭配TSMC（台積電）5nm節點製程，前者透過改善架構的方式帶來約13%的處理器IPC（Instructions per Cycle，每周期指令）效能提升，而後者則有助於提高處理器運作時脈，讓最高Turbo時脈飆到5.7GHz，2者合併可以帶來29%的效能提升，世代升級的效益相當明顯。
AMD技術行銷總監Robert Hallock在Ryzen 7000系列桌上型處理器產品說明會中特別強調，受益於製程精進的幫助，Ryzen 7000系列處理器的基礎時脈基本上已經接近Ryzen 5000系列處理器的最高Turbo時脈。以旗艦產品為例，Ryzen 9 7950X的基礎、Turbo時脈分別為4.5、5.7GHz，而Ryzen 9 5950X則為3.4、4.9 GHz，可以看到先進製程在功耗、發熱、時脈等綜合因素所創造的優勢。
至於處理器的架構方面，可以從功能方塊圖看出Zen 4架構與Zen 3的相似程度很高，但細部還是有許多改良之處。
從前端部分開始細看，Zen 4架構強化分枝預測的機制，並加大68%Op Cache快取記憶體容量，有助於提升預測的準確度。而在執行單元部分，指令佇列（Instructions Retired Queue，確認預測指令為正確的流程）的寬度提升了25%，也加大整數/浮點數暫存器堆（Register File），再搭配存取單元中讀取佇列（Load Queue）加大22%，L2資料、指令快取記憶體由512KB增加1倍至1MB，對於強化整體運算效能、降低延遲都有正面幫助。
▲ Ryzen 7000系列處理器具有許多創新之處，包括Zen 4架構、5nm節點製程、AM5平台、PCIe Gen5匯流排、DDR5記憶體。
▲ 與前代產品相比，Ryzen 7000系列處理器的IPC提升達13%，加上時脈提高的助益，整體效能提升達29%。
▲ Ryzen 7000系列處理器的基礎時脈快要追上Ryzen 5000系列處理器的最高Turbo時脈。
▲ 13%IPC增益來自前端、存取單元、分枝預測、執行引擎、L2快取記憶體的改善。
▲ Zen 4架構整體與Zen 3頗為接近，但改善許多設計以強化效能表現。
▲ Zen 4架構功能方塊圖放大版。
▲ Zen 4架構（右）與Zen 3架構（左）大體規劃如出一轍。
▲ Zen 3、4架構的改進項目一覽表。
▲ 在官方提供的效能對照中，Ryzen 9 7950X在多款遊戲、創作軟體的效能較Ryzen 9 5950X高出6~48%不等。
▲ 而13% IPC增益則是將8核16緒的處理器定頻在4.0GHz，並測試多款軟體取平均所得。
Zen 4架構的另一大改變是導入AVX-512指令集（Advanced Vector Extensions 512，進階向量延伸指令集512），並支援BF16（Brain Float 16）、VNNI（Vector Neural Network Instructions，向量神經網絡指令集）等指令，能夠加速科學模擬、金融分析、AI（人工智慧）、深度學習（ML）、3D模型製作與分析、影像與音訊處理、加密與資料壓縮等工作負載。
Robert Hallock在說明會中也特別強調，Zen 4架構的AVX-512是透過256bit資料寬度進行實作，雖然會犧牲少許峰值效能，但帶來的好處是不會影響處理器的時脈表現，也不會造成發熱問題（筆者註：針對性很強啊），根據AMD官方提供的數據，AVX-512能提升FP32資料類型AI推論效能30%，或提升INT8資料類型AI推論效能150%，效果相當顯著。
回顧Zen 3架構「型號帶X」的Ryzen 5000X系列處理器並不具有內建顯示功能，這次Zen 4架構中負責輸出、輸入功能的IOD（I/O Die）不但由原本的12nm製程節點提升至6nm製程節點，並全面搭載內建顯示功能。
首波發表的4顆Ryzen 7000X系列處理器都搭載具有2組運算單元（CUs）的RDNA 2內建顯示晶片，基礎時脈為400MHz，最高時脈可達2.2GHz，並且支援AV1、VP9硬體解碼，以及H.264、H.265（HEVC）硬體解碼與編碼功能。
在顯示的輸出部分，最高支援4K解析度與60FPS更新頻率，並支援HDMI 2.1 FRL（Fixed-Rate Link）、DisplayPort 2.0 UHBR10、USB Type-C Alternate Mode等輸出介面，功能相當完整。
根據AMD官方的說明，在歸納使用者回覆的意見後，決定在Ryzen 7000X系列處理器加入最基本內建顯示功能，滿足商務應用的需求，因此可以解讀為僅有「點亮螢幕」的功能，而不具有流暢執行遊戲的效能。考量到它具有豐富的硬體解碼與編碼以及輸出介面等功能，能夠確實滿足基本使用與播放影片的需求，並省下量機卡的預算，提供使用者相當大的組裝彈性與便利。
▲ AMD終於Zen 4中導入AVX-512指令集，但採取256bit資料寬度進行實作，在犧牲少許峰值效能的前提下，避免影響處理器的時脈與降低發熱。
▲ AVX-512能提升FP32資料類型AI推論效能30%，或提提升INT8資料類型AI推論效能150%。
▲ Zen 4架構的IOD（I/O Die）全面搭載內建顯示，並支援HDMI 2.1 FRL（Fixed-Rate Link）、DisplayPort 2.0 UHBR10、USB Type-C Alternate Mode等輸出介面。
▲ 其內建顯示僅具有最低限度的功能，具有2組RDNA 2架構的運算單元（CUs），並支援AV1、VP9硬體解碼，以及H.264、H.265（HEVC）硬體解碼與編碼。
▲ AV1、VP9硬體解碼都能支援8K解析度，實用性相當完整。
▲ 筆者儘透過《古墓奇兵：暗影》進行初步Ryzen 7000X系列處理器的遊戲效能測試，由於其運算單元數量太少，就算已升級為RDNA 2顯示架構，效能仍落後分別具有7、8組運算單元的Ryzen 5 5600G、Ryzen 7 5700G等處理器，且就算降低到最低畫質，效能也不足30FPS，無法滿足最低限度的遊戲需求。
與Zen 4架構一併到來的，是AMD的全新的AM5平台，包含LGA1718處理器腳位，以及支援PCIe Gen 5、DDR5等規格。
處理器腳位由AM4的PGA 1331更換至LGA1718最大的優點，就是不用再擔心因為黏性特高而被戲稱為「祖傳水泥膏」的AMD原廠散熱膏，造成在拆卸散熱器時不慎將整個處理器黏下，而造成處理器背面腳針彎曲的損壞。
另一方面，AM5平台能夠提供最高達230W的CPU插槽功率，大幅緩解處理器的功耗牆（Power Wall）瓶頸。而根據AMD表示，多數處理器在遇到功耗牆之前會先遇到TJMax（最高安全執行溫度，指在沒有損壞或劣化的風險下全天候運作）為攝氏95度的溫度牆（Thermal Wall），因此在散熱器解熱能力充足的前提下，系統會盡可能提升負載以改善效能表現。
PCIe Gen 5則能較AM4平台採用的PCIe Gen 4具有高出1倍的頻寬表現，有助於提高顯示卡與固態硬碟的資料傳輸效能。以固態硬碟使用的x4寬度匯流排為例，先前的PCIe Gen 4x4頻寬僅有8GB/s，而PCIe Gen 5x4頻寬則高達16GB/s，能夠提供更大的資料吞吐量。
在記憶體部分，Zen 4架構處理器只支援DDR5記憶體，其傳輸速度規格由DDR5-4800起跳，目前也已有DDR5-6400的產品問世，相較於DDR4常見的DDR4-3200、DDR4-4000能提供更高的傳輸速度與頻寬，但價格較高卻是它無法避免的硬傷（不像Intel的第12、13代Alder Lake、Raptor Lake能同時支援DDR4、DDR5記憶體）。
為了提升記憶體效能與平抑成本，AMD也推出免權利金的EXPO記憶體自動超頻規範，它的概念與XMP類似，廠商可以自行驗證記憶體超頻的最佳化參數，將參數提交給AMD並寫入模組，對使用者而言，只需到BIOS/UEFI設定中開啟EXPO設定，就可以達到「一鍵超頻」的效果。
對於想要手動超頻的玩家而言，AMD也特別強調在AM4平台中，玩家追求的目標為盡可能拉高FCLK時脈，並以1:1:1（FCLK:MCLK:UCLK，Infinity Fabric:記憶體控制器:DRAM）模式執行記憶體。但到了AM5平台推升FCLK時脈不會產生實質效益，因此建議將設定轉變為AUTO:1:1（此設定會讓FCLK盡量維持在2000MHz），並盡可能拉高記憶體傳輸速度，而達到提升頻寬與降低時序、延遲的效果。
▲ AM5提供許多新功能，最受矚目的就是支援PCIe Gen 5匯流排與DDR5記憶體。
▲ AMD首波將推出X670E、X670等晶片組，並於10月推出B650E、B650等晶片組。
▲ EXPO自動超頻功能使用上相當簡單，有助於提升記憶體效能表現。
▲ 在Zen 4架構中提高FCLK時脈不會產生實質效益，因此建議將FCLK設定為AUTO，並盡可能拉高記憶體傳輸速度。
▲ 與Zen 3架構的Ryzen 5000系列處理器相比，Zen 4架構可以在相同效能下節省62%電力，或在相同功耗下提升49%效能。
這波Zen 4架構的Ryzen 7000系列處理器相關專題報到會先在這邊告一段落，我們也預計會在日後補充Ryzen 5 7600X處理器與B650系列晶片組的測試專題，敬請各位讀者保持關注。
加入T客邦Facebook粉絲團 固定链接 'Zen 4架構解析，站在前人基礎上繼續強化運算效能' 提交: September 27, 2022, 5:00pm CST
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