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芯片世界观︱AMD Zen处理器的14nm工艺要用4年是什么概念

2017/02/04
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  • 根据第一次透露的基准测试结果到现在的各种数据可以推断,Ryzen 四核处理器的实际表现介于英特尔的四核 CPU 和八核 CPU 之间。
  • 据预测,Ryzen 在高负荷的多线程应用中确实具备一定的竞争力,但在更多面向低线程的应用中,它仍然不是英特尔的对手。
  • 顺便说一下,最近有传言声称 Ryzen 可能会实现更高的超频时钟,这意味着最终的产品表现出的单线程性能将比最初的数据更加出色。
  • 然而,AMD 已经确认,Zen 架构和后续的修订版本都将采用 14nm 光刻制造工艺,直到 2020 年才可能上马 7nm 光刻技术
  • 在我看来,AMD 这次又错过了一个赶上英特尔的机会,因为英特尔到 2017 年年底会用上 10nm 光刻技术,到 2019 年时则会推出一个全新的架构。

我此前谈到对 AMD 的 Vega 和 Zen 架构的一些担忧,并且回顾了 AMD 的两大竞争对手 - 英特尔和英伟达 - 的相关进展。我的担心是,Vega 产品的发布时间正好赶在英伟达的帕斯卡架构发布一年之后,这样它将不得不和英伟达同一时期发布的升级版的帕斯卡架构(消费级产品)和 Volta(专业级 / 企业级产品)竞争。根据最近的市场传言,Vega 的上市时间大概在 5 月到六月之间,果真如此的话,它将直接和 2016 年发布的帕斯卡架构的升级版和 Volta 狭路相逢。

而另外一个担忧是,AMD 可能会在一段时期内使用 14nm 光刻技术和英特尔即将推出的 10nm 产品同台竞技,现在看来,这也是非常可能发生的情形。不仅如此,AMD 还将面对英特尔的全新设计的冲击,全新设计将摒弃传统的指令和相关单元,以大大提高效率并大幅度降低 Core 的尺寸。最近的一条消息显示,依赖于 14nm 光刻制造工艺的 Zen 架构的生命周期将持续到 2020 年,Zen 显然需要经过若干代的修改,但是这些修订版本都基本沿用相同的“内核”架构,而且这么长时间不进行光刻技术的任何升级显然也是一个很大的缺点。

AMD 的股价在本轮上涨周期已经上涨了 380%,这么优秀的表现肯定包含了对于 Zen 的美好希望和积极预期。记住,Zen 设计能够将 IPC 提升高达 40%,而且制造工艺从 28nm 迁移到 14nm 也是良好性能的一大保证。然而,即使是最小的失望或稍微没有满足预期也可能触发股价最终的崩溃,届时需要经过很长的时间才能恢复。


预计 Ryzen 的表现
首先,回顾一下之前泄漏出的各种数据,Ryzen 看起来在多线程应用中真的具备一定的竞争力:例如,AMD 已经表明,在某些特定情况下,Ryzen 能够稍稍击败英特尔的 Broadwell 八核(售价为 1000 美元的 CPU)。再深入发掘一下来自法国的其他数据,我们可以发现,在一系列多线程基准测试中,Ryzen 八核版本的性能表现介于 i7 6800K(六核)和 i7 6900K(八核)之间。

最初“流行”的预测是,顶级的 Ryzen 版本的市场售价约为 500 美元,这显然是一个极具竞争力的价格。 然而,根据最近的传言,其价格范围可能在 550 美元到 750 美元之间 - 虽然仍然非常有竞争力,但这将使其与英特尔解决方案的价格差变小。此外,还有另一个传闻指出 AMD 并没有准备任何 6 内核产品的 SKU(库存单位)。如果是为了追求 8 内核数 SKU 的更高利润,显然这种策略是明智的,但是同时,这种策略留出了一个英特尔显然不会放过的市场空间。

另一方面,当考虑单线程应用时,Ryzen 的性能通常要弱于英特尔的产品系列,但是 Ryzen 的表现肯定会大大超过 AMD 之前的 Family 15h 架构(Bulldozer、Piledriver、Steamroller、Excavator)。

 


更高的超频时钟
不过,根据最近的传闻,Ryzen 的单线程性能的表现可能比较积极;在上次路演中,八核 Ryzen 的运行主频为 3.6 GHz,其超频时钟可以达到 3.9 GHz。与在法国展示的时钟仅为 3.3 GHz 的工程样片相比,这次时钟更高。时钟速率达到这种级别,我们可以期待其多线程性能更佳,单线程性能更可能会带来一些惊喜。最终面市的版本的超频时钟可能达到 4.0 GHz,而这正是英特尔的 i7 6900K CPU 的 Turbo Boost Max 3.0 频率。

当然,我们对所有这些数据都必须保持一点警惕,因为迄今为止仍然没有 AMD 官方的第三方基准测试或可靠的审查。所以,当 Ryzen 最终发布时(可能在 2 月底),实际情况可能有所不同。


那不勒斯(Zen)
那不勒斯(用于服务器 / 高性能计算的 Zen)将在未来几个月进入市场,其顶级 SKU 将提供 32 核 /64 线程。鉴于 Zen 的预期表现,我们可以期待那不勒斯会取得非常好的市场结果,但是要谈到纯粹的性能竞争力就很难讲了,主要原因要归因于基本时钟:据说那不勒斯的基本时钟为 1.4 GHz,而超频时钟为 2.8 GHz。AMD 把基本时钟做得这么低,预示了那不勒斯很难在正常的 TDP 下让所有 32 个核心都保持高时钟速率运行。因此,与英特尔即将面世的运行主频预计至少在 2.1 GHz 的 Skylake-EP Xeon E5-2699 V5 相比,AMD 可能必须在价格方面压得足够低。不过,AMD 有可能最终会做出一些修订,从而能够在既定的 TDP 下实现更高的主频。在任何情况下,激进的定价策略都将降低产品的利润率。


英特尔的 10nm 路线图
对于英特尔来说,其第一款 10nm CPU 将在今年下半年进入市场。Y 和 U 版本都将采用最新的 Cannon Lake 架构,并且它们都会利用更低尺寸的光刻技术实现更好的时钟速度 / 能耗权衡。到了 2018 年,英特尔很可能甚至在 U(28W)、H(45W)和 S / R(> 45W)版本上采用 10nm 光刻技术。

同时(2017 年至 2018 年),英特尔将推出 14nm 的 Coffee Lake,它针对 Kaby Lake 进行了一系列优化,是第一款用于移动应用的六核心消费级产品。 因此,英特尔可能会把这种六核配置用在高端桌面 / 移动产品上,而可能在接下来的季度中面向发烧级用户提供 12 或 14 个核心的顶级产品解决方案。

显然,Skylake X 和 Kaby Lake X(用于高端桌面电脑和发烧级桌面机)不会提供任何相关的 IPC 升级,但它们可能会由于光刻技术的改进而实现更出色的效率优化。Coffee Lake 和 Cannonlake 会在 IPC 上进行一些升级,但这两者最显着的性能提升是由更高的核心数量和 10nm 光刻技术提供的更高效率带来的。

无论如何,AMD 预计会在类似的时间框架内提供 Zen+修订版,但它仍将会采用与 2017 年上半年进入市场的产品相同的核心配置,这意味着英特尔可能会在接下来的几个季度中恢复一些优势。


英特尔新架构
但真正能对 AMD 造成致命威胁的是,英特尔正在开发一种新架构,以代替现在已经步入老年的“Core”家族。未来的新架构将是一个完全独特的变革,会彻底改变英特尔的战略和其在 CPU 上的通常行为。

英特尔正在大力开发一种能够摈弃传统单元的架构 - 这些传统单元和指令基本上是为了实现向后兼容。在新架构下,英特尔将能够大幅度减少单核的规模,其核心架构将更简单,而且不会带来老的指令负担。这意味着英特尔能够使用空闲的新物理空间,以便加强每个核心的计算能力,而且,在这些空闲物理空间下也可以添加更多的附加核心。

同时,一个更小的内核能够使得在不增加功耗的情况下提高核心时钟频率,从而实现更高的效率。

此外,一旦这种架构进入市场,软件开发商将开始“慢慢地”放弃软件的向后兼容性,因此,随着向后兼容性需求的逐渐减少,软件将变得更轻、更快,长远来看,这是件不可小觑的事情。

 


Zen 长时间停留在 14nm 上
那么,AMD 的问题在哪里呢?AMD 问题的本质在于 Zen 架构及其后续迭代版本将长期停留在 14nm 光刻技术上。

Zen(2017) - Zen+(2018/2019) - Zen++(如果这个版本稍微延迟一些,它可能会采用 7nm 制造工艺)很可能都采用 14nm 光刻技术,意味着这几个版本的升级只是做一些简单的调整。Zen 架构将表明,一个经过精心改造和设计的架构能够实现非常出色的性能,但是,真正巨大的调整和改进需要消耗大量的开发时间,因此,按照目前这种路线图,我们不能指望这几个迭代版本能实现多大的改进。

7nm 光刻技术预计将伴随着第一波新的消费级 CPU 和 APU 于 2020 年或者 2021 年的某个时间面市。顺便说一下,来自格罗方德的 7nm SOI 工艺预计能提供和英特尔 10nm 光刻技术类似的间距密度,而英特尔预计也将在类似的时间发布其 7nm 光刻技术。

现在的态势是:一方面,AMD 仍然会在格罗方德的 14nm 光刻技术上进行一些逐步的架构升级,另一方面,英特尔不仅会实施其 10nm 光刻技术(Cannonlake 和更高版本),还将提高每个 CPU 的总核心数(Coffee Lake 和其它),新的光刻技术将使英特尔能够在无需进行相关的架构调整的情况下大幅降低功耗并提高效率。 不过,最重要的是,英特尔将采用全新架构,放弃所有传统的支持单元和指令。

显然,AMD 将在一段时间之后遵循相同的路径,以便简化其 x86 架构,但它的动作会慢一些。 因此,AMD 需要在市场营销上积极进取,以充分利用其可能恢复的竞争力。

AMD 现在的实际股价略高于 12 美元,看起来是挺贵的,再加上最近的飙升,AMD 的股价在过去 52 周累计上涨了 450%。最近之所以再次飙升,是得力于良好的季度报告,报告显示,AMD 损失减少,营收也比较体面。在这方面,部分归因于新的游戏机和分立 GPU 的销售火爆,AMD 的 GPU 销售表现不错。

不过,这些 GPU 销售数据不能被认为是造成营收持续改善的原因,因为最近这次 GPU 的牛市主要是出于两个原因,一个是制造工艺从 28nm 跃迁到 14/16nm 使得效率和性能大幅度改善,一个是之前的 GPU 在 28nm 时代停留太久阻止了 GPU 的代际改善。我个人认为,在未来两到三年内很难再看到像这次这么好的 GPU 的表现了。

关于 Ryzen 的竞争力的传言已经反映在了当前的股价中。Ryzen 的性能表现肯定会非常出色,而且完全可能与英特尔一较高下 - 这是一个引人注目的投资机会。我对 AMD 的关注重心集中在 CPU 上:GPU 版块包括分立 GPU、游戏机 GPU 和专业级 GPU,但是我之前就已经解释过 GPU 不可能成为真正改变 AMD 命运的盈利来源。英伟达的竞争过于强大,在我看来,AMD 的某些专业 GPU 仍然算不上业界最佳。

对于 AMD 而言,真正有机会扭转其财务和销售状况的是其 CPU/APU 部门,即使 Ryzen 最终的表现和目前的市场传闻非常一致,等到它真正在市场上与英特尔的产品并驾齐驱,届时 AMD 股价也肯定会暴涨,因为业界大多认为 Ryzen 的性能表现略逊色于英特尔,但其产品价格会一如既往的低。相反,由于现在的炒作非常乐观,即便是一点小小的失望或者性能低于预期都会触发 AMD 股价暴跌。

这种情形有史可鉴:在过去几年中 AMD 数次令人失望。上市前大肆炒作,最终产品上市时却没有达到人们的期望。我们看到,现在人们对 Ryzen 的期望非常高 - 甚至比之前的更高。然而,现在已经有一些非官方的性能测试基准,可以为人们的期望提供一个坚实的基础 - 之前的产品并没有得到现场实时演示和不俗的泄漏性能基准测试结果的支持,所以我觉得这次 AMD 应该不会让客户再次失望了。
 

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AMD公司成立于1969年,总部位于美国加利福尼亚州桑尼维尔。AMD(NYSE: AMD)是一家创新的科技公司,致力于与客户及合作伙伴紧密合作,开发下一代面向商用、家用和游戏领域的计算和图形处理解决方案。

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