换个方式问这个问题:核心11为ZEN3而战,谁赢了?(这样时间就限定在现在,以后哪个厉害。本文不做猜测。)
注:ZEN3对应锐龙5000系列,属于锐龙第四代。
比较处理器的优劣,不应该看表面能堆多少核心,而应该深入本质,也就是看谁的IPC更高。
IPC(每时钟指令数)本身定义为“CPU在每个时钟周期执行多少条指令”,反映了CPU微架构的设计能力。
通俗地说,IPC就是核心效率。本文在“核数相同,线程数相同,频率相同”的基础上,让Core 11和ZEN3公平较量。
CPU的“更高级”和“科幻”的较量。如果只有两个比赛,那么一定是“流程”和“微架构”。两者之间有一定的联系。更好的制造工艺可以使微架构达到“更深、更广、更智能”的目标,进而拥有更高的IPC。
第一场:制造流程之战
当前过程值不能反映真实水平。
早期的半导体工艺是用栅宽来描述的,但不是强制性标准。TSMC营销负责人曾表示,从0.35微米(350nm)开始,所谓的工艺数字已经不能真正代表物理规模,7nm只是一个行业标准化术语。至于这个7nm,10nm,14nm是用什么标准计算的,站长没查到资料。只能说各家的标准完全不一样。比如你去市场买肉,有的标着20元/斤,有的40元/斤。20块钱的肉不一定便宜,因为衡量标准不一样。
英特尔建议将晶体管密度(MTr/mm2,百万晶体管每平方毫米)作为定义工艺节点的指标。遗憾的是,目前在具体产品的销售中并没有引用“晶体管密度”,仍然使用7nm、10nm等“术语”。仅凭数字的大小很容易判断错误。
Core 11 (mobile Willow Cove架构)采用英特尔10nm技术,晶体管密度为每平方毫米1.008亿。
第十一代Core(桌面版Cypress Cove架构)采用intel 14nm工艺,晶体管密度4467万。
ZEN3采用TSMC的7纳米工艺,晶体管密度为每平方毫米9650万个。
可以看出,英特尔的10 nm比TSMC的7nm高一点,基本是平局。
第二场:核心效率之战站长选取的研究样本如下:
第一代:i7-920
酷睿2:i7-2600k
三代酷睿:i7-3770、i7-3770K
四代酷睿:i7-4770、i7-4770K
五代酷睿:i7-5775C
六代酷睿:i7-6700、i7-6700K
七代酷睿:i7-7700、i7-7700K
八代酷睿:i7-8700K
九代酷睿:i7-9700KF,i9-9900KF
第十代酷睿:i5-10600KF、i7-10700KF
酷睿11台式机版:i5-11600KF,i7-11700K
酷睿11移动版:i7-11800H
系列:A12-9800
Zen: R5-1500X,R7-1800X
龙二(Zen+): R5-2600X,R7-2700X
神龙三代(Zen2): R5-3600X,R7-3700X
龙四(Zen3): R5-5600X,R7-5800X
龙族四移动版(Zen3): R7-5800h,R9-5900HX
在具体计算中,IPC没有确定的值。站长采用的方法是单核以CINEBENCH为主,多核以3DMARK FS和TS CPU成绩为主,通过一定的算法得出下图。这个结果可以符合大部分应用场景,也可以和两大权威公布的每一代的推广比例基本一致。
上图解读农机时代(2011年10月-2017年2月),AMD毫无还手之力。
AMD在2011年10月推出“推土机”处理器架构,之后陆续发布打桩机、压路机、挖掘机的架构,直到2017年2月第一代ZEN发布的这个时间段,俗称“农机时代”。这段时间对AMD来说是难过的时候,内功很差。连一代酷睿都打不过,到了二代酷睿就直接被打了。
第一代锐龙(禅宗架构)是一个转折点,一步超越第五代酷睿。锐龙二代(ZEN+)距离当时的八代酷睿的对手只有一步之遥,随后在锐龙三代(ZEN2)上超越了英特尔。
第八代、第九代、第十代core(注2)的核心效率没有提升英特尔这边,七代的推广微乎其微,八九十年代原地踏步,看着AMD从后面超车。
说到这,读者很困惑。不是都说八代提升最大吗?
这是两个概念。第八代是“提高核心数量”,而不是我们这里讨论的“提高核心效率”。它们是完全不同的概念。核心效率可以理解为在核心数量相同、线程数量相同、频率相同的基础上比较谁更优秀。
九代改进太小,配不上“跨代提升”这个词。
十代桌面版的效率也没有提升。对第八代i7做一些改动,就变成第十代i5了。例如,i5-10500可以被视为i7-8700的微小修改,只有频率上的微小差异。当然,10代的一些车型也加入了一些新技术,比如Turbo 3.0,和IPC没有关系。
注:十代酷睿移动版有两种微架构,彗星湖和冰湖。此图仅包含桌面版。彗星湖移动版效率没变,冰湖移动版有所提升但不在对比之列。
注:核心代数的划分请参考核心1~12代的区别。
决战紫禁之巅。第11代酷睿VS第4代锐龙(对应锐龙5000系列)两个高手飞来飞去,刀光剑影,谁胜谁负?
桌面版,锐龙4代胜出,核心效率比Core 11th代高3%。
移动版,酷睿11胜出,比锐龙4高出2%。
注:此结论为个人研究,非权威结论。交叉校对站长核心效率梯形图的数值。
造成这个结果的根本原因是:
第11代酷睿有两种微架构。桌面版使用Cypress Cove架构(14nm),移动版使用Willow Cove架构(10nm)。Cypress Cove不是一个用来简单的把Willow Cove改成14nm工艺生产的代号,因为空是有限的,放大后就不能刻了。柏树湾肯定是简化了,体现在效率上是达不到的。
你不能只看外表来判断一个人,要看他的内在性格。处理器也是如此,不仅取决于外部有多少核心,还取决于内部的“核心效率”。普通用户通过学习IPC,可以从“小学生”进步到“中学生”。选购电脑时,看核心效率的梯形图比看CPU的梯形图更有意义。
从微架构来说,英特尔暂时还是有微弱优势的。两位大师约定,明年夏天,在华山之巅,Core XII和ZEN4再来一场“IPC世纪大战”。