7月15日消息，AMD近日在美國洛杉磯舉行的技術日活動中，介紹了其全新的Zen 5 CPU架構，將會帶來平均16%的每時鐘指令數（IPC）性能提升，相關處理器產品將于7月底上市。
在今年6月初的Computex 2024展會上，AMD正式發布了基于全新的Zen5架構的Ryzen 9000系列桌面處理器（Granite Ridge）和面向筆記本電腦的Ryzen AI 300系列AI PC處理器（Strix Point）。
其中，Ryzen 9000系列當中的旗艦產品——Ryzen 9 9950X配備16核心32線程，170W TDP，最高主頻5.7 GHz。而Ryzen AI 300系列的旗艦產品——Ryzen AI 9 HX 370的CPU為12核心24線程，包括4個Zen 5 內核和8個Zen 5C 內核，每個核心1MB二級緩存，三級緩存為24MB，最高主頻5.1GHz。GPU不但升級架構，CU單元數量也從12個增至16個，命名為“Radeon 890M”。NPU算力則提升到了50TOPS，增加了2倍有余。
根據此前AMD公布的數據顯示，與英特爾Core i9-14900K相比，AMD旗艦16核心Ryzen 9 9950X在游戲性能測試中的速度快4%到23%。在生產力性能測試中，9950X顯示出更大的優勢，比英特爾Core i9-14900K快7%至56%。同樣Ryzen AI 300系列相比上代產品也帶來的很大的性能提升。
當然，制程工藝、CPU核心數量、緩存容量和主頻上的提升，都對于其CPU的性能提升帶來了不小的助力，但是其中關鍵的性能提升則是來源于Zen 5 內核架構的提升。
Zen 5 內核帶來了平均16%的IPC性能提升
據介紹，其 Zen 5 內核擁有 6 個 ALU，數量是上一代的 3 倍，采用了 48KB 的 12 路一級緩存，在浮點運算以及最大帶寬上均是上代的 2 倍，并且Zen 5內核也同樣支持完整版的 AVX-512 指令，從而在一些專業應用上有事半功倍的作用。得益于這些方面的提升，Zen 5的IPC性能比上一代的Zen 4 內核高出了10%-35%，平均提升了16%。
據AMD首席技術官Mark Papermaster介紹，Zen 5內核的最大改進之一是其前端，在其IPC整體性能提升當中的占比為39%。
具體來說，AMD已經擴大了前端，允許每個周期進行更多的分支預測——這是現代CPU內核性能的主要貢獻者——并實施了雙解碼管道以及i-cache和op-cache改進，以遏制延遲并提高帶寬。
Zen 5 這個更寬的前端與一個更大的整數執行引擎配對，該引擎現在每個周期中最多支持8條指令——調度和報廢，而上代的Zen 4 只有6條指令。AMD 還將算術邏輯單元 （ALU） 的數量從 4 個增加到 6 個，還有3個乘法器，并實施了更統一的調度程序，以提高執行效率。
為了減少錯誤預測增加的可能性，AMD還將Zen 5的執行窗口延長了約40%。“它的作用是帶來新的性能水平，因為它與這些前端進步相結合......它允許我們使用這些指令，并利用通過管道向我們提供的改進預測，“Papermaster 解釋道。
Zen 5 的 IPC 性能增長當中，約 27% 可歸因于后端數據帶寬的增加。與上一代相比，AMD 將 L1 數據緩存從 32KB 提升到 48KB，并將 L1 和浮點單元的最大帶寬增加了一倍。
關鍵的一點是，AMD不僅對分支預測器或執行引擎進行了優化，還試圖平衡內核的每個元素，以避免瓶頸或增加延遲。其結果是，器核心可以比前幾代更快地消化更多指令。
Zen 5 內核所帶來的最大的IPC提升，在于其改進了AVX-512指令的實施，對于AVX-512矢量擴展進行了重新設計，以提供完整的512位數據路徑，使得其在AVX-512 矢量擴展的工作負載中表現更為出色。
雖然 Papermaster 聲稱 Zen 5 現在可以運行完整的 AVX-512 工作負載而不會受到頻率損失，但這些指令在歷史上一直運行得非常熱。這在臺式機或工作站上沒什么大不了的，但對于散熱空間有限的筆記本電腦來說并不理想。所以對于“Strix Point”系列移動芯片，AMD則是堅持使用“double-pumped” AVX-512來實現——可能會針對每瓦性能和散熱限制進行優化。相比之下，上代的Zen 4 則是“double-pumped” AVX-256。
此外，Papermaster 還強調了了AVX-512 工矢量擴展在 CPU 上運行AI工作負載的潛力。在機器學習方面，AMD聲稱單核Zen 5 性能比Zen 4 提高了32%，在AES-XTS 加密算法性能上也提升了35%。特別是在其移動芯片方面，AMD強調了在每個領域運行機器學習的概念，而不僅僅是在集成GPU或NPU上。
AMD表示 Zen 5 架構將會應用于各個領域，除了桌面與移動處理器之外，包括 EPYC 霄龍處理器以及嵌入式處理器等都將采用 Zen 5 架構，從而讓企業部署更加得心應手。
在AMD的技術日披露中，其Zen 5和緊湊型Zen 5C 內核在功能方面在架構上基本保持相同，只不過較小的 Zen 5C 內核可以以較低的頻率換取更高的性能密度。
據介紹，首批基于 Zen 5 內核的處理器系列（Ryzen 9000系列和Ryzen AI 300系列處理器）將于 7 月 31 日上市。但是基于Zen 5 內核的數據中心處理器可能必須等待更長的時間才能到達。
根據之前曝光的信息顯示，在第5代 Epyc服務器處理器，預計將會采用臺積電3nm制程，并將具有192個CPU內核和384個線程。與此同時，頻率優化的“Turin”可能會有128 個內核和256 個線程。
競爭白熱化
在Zen 5 內核推出之際，AMD 正面臨多年來最激烈的競爭。因為高通公司推出了一款強大的基于 Arm 架構的Windows筆記本電腦芯片，而英特爾也準備在其至強和酷睿產品系列中推出一系列改進的CPU。
在客戶端領域，高通具有45TOPS NPU算力的驍龍處理器使其在微軟的Copilot + AI PC推動中處于領先地位。AMD的具備50TOPS NPU算力的Ryzen AI 300系列則希望帶來更多競爭優勢。但是，英特爾即將上市的Lunar Lake則具有48TOPS NPU算力，AI綜合算力更是高達120TOPS。顯然，AMD的Ryzen AI 300在與英特爾Lunar Lake的競爭當中，可能并沒有多少優勢。
在數據中心領域也有類似的情況，隨著英特爾 144 核 Sierra Forest 和即將推出的 128 核 Granite Rapids Xeon 6 平臺的推出，AMD在該市場也面臨更加激烈的競爭。英特爾Xeon 6系列除了架構轉向了全大核和全小核，也轉向新的小芯片架構，并且這些芯片也升級到了Intel 3 制程工藝。
與此同時，越來越多的云服務提供商也在自研基于Arm 架構的定制芯片，來處理其超大規模工作負載。比如亞馬遜的Graviton 現在已經是發展到了第四代，并普遍可用。此外，谷歌、阿里云、百度、微軟、Meta也都已開始部署或研發自己的Arm架構服務器芯片。
