武林高手修煉的一定境界往往會覺得高處不勝寒,因為能跟他匹敵的對手越來越少,哪怕雙方正反立場不同,英雄豪杰也會惺惺相惜。Intel現(xiàn)在高端處理器市場上少了AMD這個對手,他們會懷念雙方你爭我奪的“美好時光”嗎?這個就只有Intel自己知道了,過去的幾年中AMD的“推土機”模塊化架構高喊著革命口號出生,但并沒有把Intel拉下馬,反倒濺了自己一身血,AMD在高性能處理器市場沉淪了將近5年了。
如果往前數(shù)10多年,AMD憑借K8“大錘”處理器也是闊過的,Intel當年在奔騰4時代被AMD“教做人”,充分體驗到了“高分低能”的感覺。但是Intel對AMD來說是巨無霸一般的存在,即便是AMD處理器叫好又叫座,Intel公司CPU一哥的地位依然無人動搖,而且他們有足夠的實力翻盤,Core處理器橫空出世之后,Intel重新逆轉了對AMD處理器的性能優(yōu)勢,在K8之后AMD推出的K10處理器遭遇了bug及制程的雙重困擾,整體表現(xiàn)要比K8平庸多了,眼睜睜看著Intel華麗轉身。
作為一家營收不足Intel公司1/10的“小公司”,AMD公司的斗志以及創(chuàng)新精神讓人敬佩,在HT總線、DDR內存、多核處理器等技術上敢為人先,而在64位X86指令集上更是讓Intel低頭認輸,直到現(xiàn)在這個勝利都是AMD最為驕傲的成績之一。因此在K10架構之后,AMD嘔心瀝血研發(fā)的”推土機“模塊化架構讓玩家產生了極大的期待,筆者當年在推土機架構前瞻一文中希望AMD能借該架構實現(xiàn)對Intel的復仇,重現(xiàn)K8的輝煌。
但是,最后的結果大家現(xiàn)在都知道了,推土機架構處理器就像是跳水運動員一樣,起點很完美,但入水時浪花太大而撲街,實際表現(xiàn)不盡如人意。這次高開低走也讓AMD心灰意冷,推土機架構在桌面市場小幅升級到第二代Piledriver打樁機架構之后就草草結束FX處理器更新,后面兩代架構只在Kaveri及Carrizo兩代APU上出現(xiàn),桌面版到現(xiàn)在為止差不多5年沒升級了。
AMD模塊化架構推出了四代,后面兩代只用于APU
從2011年FX-8150發(fā)布到2015年Carrizo APU問世,AMD的模塊化架構一共出了Bulldozer推土機、Piledriver打樁機、Steamroller壓路機及Excavator挖掘機四代,其中前兩代用于FX及APU處理器,2012年之后AMD就不再升級FX系列的架構了(產品型號倒是有升級),Steamroller壓路機及Excavator挖掘機只有APU上才有用,制程工藝也只從32nm升級到28nm,而Intel在這幾年中一直升級了SNB、IVB、Haswell、Broadwell及Skylake等處理器,制程工藝也從32nm一路升級到22nm、14nm及最新的14nm Plus。
今天我們來回顧下AMD模塊化架構6年來走過的路,無論大家對它以往的評價如何,現(xiàn)在都不重要了,因為我們都知道它已經是過去時了,AMD即將在Q1季度推出Ryzen處理器,全新的Zen架構、14nm LPP工藝以及AM4平臺使得Ryzen更有吸引力,它身上也沒了“推土機”架構的影子,從內核到緩存都重新設計了。
Bulldozer推土機:模塊化架構之始,AMD不走尋常路
AMD推的第一代模塊化架構就是Bulldozer推土機,以至于“推土機”都成了AMD整個模塊化架構的代名詞。在推土機問世之時,其架構確實有很多革命之處,包括全新的SSE5指令集、模塊化多核、彈性浮點單元等設計有其獨到之處,也有讓人耳目一新的感覺。
推土機開始使用模塊化多核架構設計
筆者在之前的分析文章中有過推土機架構的詳細分析,這里不再贅述架構設計,當時AMD對多核多線程的設計走的是物理多核,不同于傳統(tǒng)的SMT同步多線程,推土機的模塊化多核被稱為CMT物理多核,其設計意圖就是希望通過2個整數(shù)單元、1個共享浮點單元解決實際使用中整數(shù)多于浮點的過程,理論上這種設計要比SMT多線程更有效率。
推土機架構產品中,旗艦型號是FX-8150,號稱首款桌面8核處理器,頻率3.6-4.2GHz,支持DDR3-1866,8MB L3緩存,規(guī)格比Intel當年的SNB旗艦Core i7-2600K還要高,只不過125W TDP功耗高于后者的95W,畢竟核心數(shù)比SNB還是多了一倍。
但是在最終的性能表現(xiàn)上,推土機并沒有實現(xiàn)AMD的期待——2011年早些時候Intel推出了SNB處理器,在與SNB的對比中8核推土機除了在多線程上憑借核心多一倍略有優(yōu)勢之外,單線程性能上被SNB處理器完勝,在延遲、內存帶寬等方面也不如Intel處理器。
更重要的是,AMD的推土機使用的是GlobalFoundries的32nm SOI工藝,雖然同期Intel SNB處理器也是32nm工藝,但8核推土機核心面積高達315mm2,晶體管數(shù)量才12億,Intel 4核SNB處理器核心面積216mm2,晶體管數(shù)量11.6億,而且后者還是包含GPU核心在內的。
最終的結果就是8核推土機架構在技不如人的情況下,發(fā)熱、功耗控制更是不如SNB處理器,而GF的32nm工藝產能、良率當時也不給力,多重因素制約下,推土機首發(fā)表現(xiàn)很難讓市場認可,消費者并不買賬,唯一值得“炫耀”的就是AMD FX-8150處理器價格只要200美元左右,比Intel 4核Core i7便宜50%左右,性價比是AMD僅存的優(yōu)勢了。
Piledriver打樁機:AMD修補推土機,創(chuàng)高頻記錄
第一代模塊化架構推土機并沒有一鳴驚人,AMD在第二代模塊化架構“Piledriver”中對推土機架構做了修補,2012年10月份正式推出了Vishera平臺,AMD在此基礎上不僅推出了FX-8150的繼任者FX-8350,還衍生出世界首款5GHz處理器FX-9590,還有TDP降至95W的FX-8370E/8320E處理器。
AMD第二代模塊化架構Piledriver
相比第一代的Bulldorzer架構,Piledriver打樁機硬件單元變化不大,主要提升了一倍的L1 TLB單元、新增HW Divider硬件分配器、改善了S/L操作效率、提升了L2緩存效率及預測精度、優(yōu)化了整數(shù)及浮點單元調度,增加了FMA4、BMI、CVT16、TBM等指令,整體上是對推土機架構小修小補,目的是提高架構效率,降低能耗。
從AMD資料來看,Piledriver相比Bulldozer架構減少了10%的動態(tài)功耗,同樣的電壓下大幅提升了CPU頻率空間,以FX-8350為例,同樣是在125W TDP下,其基礎頻率從FX-8150的3.6GHz增加到了4GHz,加速頻率4.2GHz。
Piledriver這一代中AMD同時在高頻率及低功耗上出擊
Piledriver架構效率的提升使得AMD在擴展新品上有了更多靈活性,TDP增至220W的情況下,他們推出了號稱世界首款5GHz頻率的FX-9590處理器,而同樣是8核配置下又推出了TDP降至95W的FX-8370E/8320E處理器。遺憾的是,AMD這兩波產品都沒有獲得市場認可,消費者并不買賬,AMD后面索性不再折騰FX系列處理器了,從Piledriver架構之后事實上放棄了FX產品線,新品升級都沒了。
除了略顯悲催的FX系列處理器之外,Piledriver還用在了Trinity APU上,第一代Llano APU因為時間關系沒趕上推土機架構,使用的還是K10架構CPU核心,Trinity直接上了第二代模塊化架構。用于APU的Piledriver架構砍掉了L3緩存,核心數(shù)也從8核降至4核,還增加了GPU核心,TDP功耗也降至100W以內。
AMD的第二代模塊架構Piledriver改善了推土機架構的效率、功耗,但并沒有根本性變化,并不足以扭轉AMD的困境,相反Intel當年推出了22nm工藝的IVB處理器,而且用上了FinFET工藝,GlobalFoundries的32nm SOI工藝即便成熟起來了,AMD跟Intel之間的性能、功耗差距實際上越來越大了。
Steamroller壓路機:AMD棄守高性能平臺,工藝升級28nm
Piledriver在FX系列處理器上的失利讓AMD放棄了高性能平臺,高端市場已經無力再跟Intel對干,8核打4核、定價更低的情況下依然無法獲得玩家青睞,AMD第三代模塊化架構Steamroller索性只用在了Kaveri APU上。
Kaveri APU上使用了Steamroller架構CPU核心
早前AMD官方路線圖中表示Piledriver的重點是優(yōu)化效率,Steamroller才被視作性能增強版,發(fā)布之前官方及小道消息都在強調Steamroller架構性能有明顯提升,比前代提升至少30%,甚至可以對標Intel的Haswell架構,這才是模塊化架構本來應該有的樣子,之前的架構名不副實。
Kaveri的最終成品是我們之前已經熟悉的A10-7850K及后續(xù)衍生出來的A10-7870K等,其CPU使用了4個Steamroller核心,AMD增加了L1數(shù)據(jù)緩存到96KB,整數(shù)單元擁有獨立的解碼單元,分支預測更有效率,增強了指令的數(shù)據(jù)預取性能,核心思路還是提高單核執(zhí)行能力,推動每瓦性能比進一步提升。
具體到產品上來看,Kaveri APU除了CPU、GPU架構升級之外,內存頻率也提升到DDR3-2133MHz,支持了PCI-E 3.0,而且制程工藝也從之前的32nm SOI升級到了28nm SHP,AMD從這一代節(jié)點開始放棄SOI工藝,而28nm雖然也不是最適合CPU的高性能工藝,但AMD已經顧不了這么多了,現(xiàn)在的重點是APU產品線,F(xiàn)X系列已經不聞不問了。
Kaveri在AMD APU產品線表現(xiàn)算是很不錯的了,CPU、GPU架構及工藝升級使之具備更好的性能、功耗表現(xiàn),雖然CPU性能依然不能跟Intel同代相提并論,但憑借GPU的優(yōu)勢,Kaveri戰(zhàn)戰(zhàn)Core i3或者部分Core i5處理器還是可以的,能滿足一般家庭使用。
不過AMD最大的問題還是出在自己身上,Kaveri自身進度一拖再拖,發(fā)布時間從2013年推到了2014年初,真正鋪貨時間更晚,而后續(xù)產品又出現(xiàn)了脫節(jié),導致了AMD在2015年又用Kaveri Refresh硬撐一年,這就到了Carrizo一代了。
Excavator挖掘機:模塊化架構最終體,DDR4/AM4又晚了
時間到了2015年,AMD在臺北電腦展上正式發(fā)布了Carrizo APU,相比Kaveri升級到了第四代模塊化架構Excavator挖掘機,制程工藝還是28nm SHP不變,但這一次AMD繼續(xù)挖掘工藝潛力,在核心面積從245mm2僅僅增加到250mm2的情況下提高了晶體管密度,31億晶體管要比Kaveri APU的24億多了29%。
Excavator架構重點是優(yōu)化工藝密度、降低功耗
在Excavator架構上,AMD的重點還是繼續(xù)優(yōu)化效率,降低功耗,從Steamroller壓路機的高性能庫轉向高密度庫設計,換來的好處就是同樣的28nm工藝下,CPU內核面積可以減少23%,功耗更低,自適應電壓技術的加入減少了10%的電壓波動,泄露減少了18%,同樣的功率下頻率可提升10%,或者同樣的頻率下減少20%的功耗。
另一方面,Excavator架構還增加了新技術、新規(guī)范支持,支持AVX2指令集,還有DDR4內存,其中Carrizo桌面版中的A12-9800頻率從之前的3.7-4.0GHz提升到了3.8-4.2GHz,TDP功耗反而從95W降低到了65W。
可惜的是,Carrizo的Excavator架構雖然日趨成熟,但AMD在進度上一直不盡如人意,Carrizo 2015年推出了移動版,桌面版本該稍后,但還是各種延期,直到2016年9月份才算是正式發(fā)布桌面版,支持DDR4和AM4平臺還是挺有新意的,但是AMD的AM4平臺又因為Zen處理器延期,Carrizo桌面版發(fā)布了也沒啥存在感,直到現(xiàn)在你也無法在零售渠道買到A12-9800處理器,更沒有AM4平臺主板可用。
考慮到Ryzen處理器即將在Q1季度問世,恐怕AM4平臺解決了,大家對Carrizo桌面版APU也沒啥興趣了,因為Ryzen處理器更值得期待。
總結
從Bulldozer推土機開始,AMD的模塊化多核架構先后衍生出Piledriver打樁機、Steamroller壓路機和Excavator挖掘機四代,制程工藝從32nm SOI升級到28nm SHP,功耗、發(fā)熱及性能也越來越成熟。但是回頭來看,AMD模塊多核的理念最終是鏡中花水中月,并沒有如最初期待的那樣對X86架構進行革命,反倒是讓AMD在這5年中徹底敗走高性能處理器市場,徒留Intel寂寞沙洲冷。
AMD的模塊化架構失利有多方面因素,制程工藝上AMD還要受到GlobalFoundries的掣肘,后者在32nm SOI、28nm及FinFET工藝上磕磕絆絆不斷,直到全盤使用三星的14nm FinFET工藝之后才算穩(wěn)定下來。
不過AMD自身原因才是根源,四代模塊架構即便性能打不過Intel,但也不至于混到這般下場,公平地說推土機等架構在多線程性能上還是值得一戰(zhàn)的,但AMD各種進度延期導致它們并不能在合適的機會問世,就算是玩田忌賽馬策略,好歹也要幾匹馬上場才行??!
只是這些話都沒意義了,過去5年中推土機架構不論是有功還是有過,現(xiàn)在它們都走到了生命盡頭了,同樣拖延很久的Zen架構很快就要來了,AMD完全放棄了推土機架構中的物理多核思路,重新回歸SMT多線程,CPU內核、緩存系統(tǒng)也重新設計,模塊多核已經沒多少存在感了。