芯片世界觀︱AMD Zen處理器的14nm工藝要用4年是什么概念

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• 根據(jù)第一次透露的基準(zhǔn)測(cè)試結(jié)果到現(xiàn)在的各種數(shù)據(jù)可以推斷，Ryzen 四核處理器的實(shí)際表現(xiàn)介于英特爾的四核 CPU 和八核 CPU 之間。
• 據(jù)預(yù)測(cè)，Ryzen 在高負(fù)荷的多線程應(yīng)用中確實(shí)具備一定的競(jìng)爭(zhēng)力，但在更多面向低線程的應(yīng)用中，它仍然不是英特爾的對(duì)手。
• 順便說一下，最近有傳言聲稱 Ryzen 可能會(huì)實(shí)現(xiàn)更高的超頻時(shí)鐘，這意味著最終的產(chǎn)品表現(xiàn)出的單線程性能將比最初的數(shù)據(jù)更加出色。
• 然而，AMD 已經(jīng)確認(rèn)，Zen 架構(gòu)和后續(xù)的修訂版本都將采用 14nm 光刻制造工藝，直到 2020 年才可能上馬 7nm 光刻技術(shù)。
• 在我看來，AMD 這次又錯(cuò)過了一個(gè)趕上英特爾的機(jī)會(huì)，因?yàn)橛⑻貭柕?2017 年年底會(huì)用上 10nm 光刻技術(shù)，到 2019 年時(shí)則會(huì)推出一個(gè)全新的架構(gòu)。

我此前談到對(duì) AMD 的 Vega 和 Zen 架構(gòu)的一些擔(dān)憂，并且回顧了 AMD 的兩大競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手 - 英特爾和英偉達(dá) - 的相關(guān)進(jìn)展。我的擔(dān)心是，Vega 產(chǎn)品的發(fā)布時(shí)間正好趕在英偉達(dá)的帕斯卡架構(gòu)發(fā)布一年之后，這樣它將不得不和英偉達(dá)同一時(shí)期發(fā)布的升級(jí)版的帕斯卡架構(gòu)（消費(fèi)級(jí)產(chǎn)品）和 Volta（專業(yè)級(jí) / 企業(yè)級(jí)產(chǎn)品）競(jìng)爭(zhēng)。根據(jù)最近的市場(chǎng)傳言，Vega 的上市時(shí)間大概在 5 月到六月之間，果真如此的話，它將直接和 2016 年發(fā)布的帕斯卡架構(gòu)的升級(jí)版和 Volta 狹路相逢。

而另外一個(gè)擔(dān)憂是，AMD 可能會(huì)在一段時(shí)期內(nèi)使用 14nm 光刻技術(shù)和英特爾即將推出的 10nm 產(chǎn)品同臺(tái)競(jìng)技，現(xiàn)在看來，這也是非?？赡馨l(fā)生的情形。不僅如此，AMD 還將面對(duì)英特爾的全新設(shè)計(jì)的沖擊，全新設(shè)計(jì)將摒棄傳統(tǒng)的指令和相關(guān)單元，以大大提高效率并大幅度降低 Core 的尺寸。最近的一條消息顯示，依賴于 14nm 光刻制造工藝的 Zen 架構(gòu)的生命周期將持續(xù)到 2020 年，Zen 顯然需要經(jīng)過若干代的修改，但是這些修訂版本都基本沿用相同的“內(nèi)核”架構(gòu)，而且這么長(zhǎng)時(shí)間不進(jìn)行光刻技術(shù)的任何升級(jí)顯然也是一個(gè)很大的缺點(diǎn)。

AMD 的股價(jià)在本輪上漲周期已經(jīng)上漲了 380%，這么優(yōu)秀的表現(xiàn)肯定包含了對(duì)于 Zen 的美好希望和積極預(yù)期。記住，Zen 設(shè)計(jì)能夠?qū)?IPC 提升高達(dá) 40%，而且制造工藝從 28nm 遷移到 14nm 也是良好性能的一大保證。然而，即使是最小的失望或稍微沒有滿足預(yù)期也可能觸發(fā)股價(jià)最終的崩潰，屆時(shí)需要經(jīng)過很長(zhǎng)的時(shí)間才能恢復(fù)。

預(yù)計(jì) Ryzen 的表現(xiàn)
首先，回顧一下之前泄漏出的各種數(shù)據(jù)，Ryzen 看起來在多線程應(yīng)用中真的具備一定的競(jìng)爭(zhēng)力：例如，AMD 已經(jīng)表明，在某些特定情況下，Ryzen 能夠稍稍擊敗英特爾的 Broadwell 八核（售價(jià)為 1000 美元的 CPU）。再深入發(fā)掘一下來自法國(guó)的其他數(shù)據(jù)，我們可以發(fā)現(xiàn)，在一系列多線程基準(zhǔn)測(cè)試中，Ryzen 八核版本的性能表現(xiàn)介于 i7 6800K（六核）和 i7 6900K（八核）之間。

最初“流行”的預(yù)測(cè)是，頂級(jí)的 Ryzen 版本的市場(chǎng)售價(jià)約為 500 美元，這顯然是一個(gè)極具競(jìng)爭(zhēng)力的價(jià)格。 然而，根據(jù)最近的傳言，其價(jià)格范圍可能在 550 美元到 750 美元之間 - 雖然仍然非常有競(jìng)爭(zhēng)力，但這將使其與英特爾解決方案的價(jià)格差變小。此外，還有另一個(gè)傳聞指出 AMD 并沒有準(zhǔn)備任何 6 內(nèi)核產(chǎn)品的 SKU（庫存單位）。如果是為了追求 8 內(nèi)核數(shù) SKU 的更高利潤(rùn)，顯然這種策略是明智的，但是同時(shí)，這種策略留出了一個(gè)英特爾顯然不會(huì)放過的市場(chǎng)空間。

另一方面，當(dāng)考慮單線程應(yīng)用時(shí)，Ryzen 的性能通常要弱于英特爾的產(chǎn)品系列，但是 Ryzen 的表現(xiàn)肯定會(huì)大大超過 AMD 之前的 Family 15h 架構(gòu)（Bulldozer、Piledriver、Steamroller、Excavator）。

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更高的超頻時(shí)鐘
不過，根據(jù)最近的傳聞，Ryzen 的單線程性能的表現(xiàn)可能比較積極；在上次路演中，八核 Ryzen 的運(yùn)行主頻為 3.6 GHz，其超頻時(shí)鐘可以達(dá)到 3.9 GHz。與在法國(guó)展示的時(shí)鐘僅為 3.3 GHz 的工程樣片相比，這次時(shí)鐘更高。時(shí)鐘速率達(dá)到這種級(jí)別，我們可以期待其多線程性能更佳，單線程性能更可能會(huì)帶來一些驚喜。最終面市的版本的超頻時(shí)鐘可能達(dá)到 4.0 GHz，而這正是英特爾的 i7 6900K CPU 的 Turbo Boost Max 3.0 頻率。

當(dāng)然，我們對(duì)所有這些數(shù)據(jù)都必須保持一點(diǎn)警惕，因?yàn)槠駷橹谷匀粵]有 AMD 官方的第三方基準(zhǔn)測(cè)試或可靠的審查。所以，當(dāng) Ryzen 最終發(fā)布時(shí)（可能在 2 月底），實(shí)際情況可能有所不同。

那不勒斯（Zen）
那不勒斯（用于服務(wù)器 / 高性能計(jì)算的 Zen）將在未來幾個(gè)月進(jìn)入市場(chǎng)，其頂級(jí) SKU 將提供 32 核 /64 線程。鑒于 Zen 的預(yù)期表現(xiàn)，我們可以期待那不勒斯會(huì)取得非常好的市場(chǎng)結(jié)果，但是要談到純粹的性能競(jìng)爭(zhēng)力就很難講了，主要原因要?dú)w因于基本時(shí)鐘：據(jù)說那不勒斯的基本時(shí)鐘為 1.4 GHz，而超頻時(shí)鐘為 2.8 GHz。AMD 把基本時(shí)鐘做得這么低，預(yù)示了那不勒斯很難在正常的 TDP 下讓所有 32 個(gè)核心都保持高時(shí)鐘速率運(yùn)行。因此，與英特爾即將面世的運(yùn)行主頻預(yù)計(jì)至少在 2.1 GHz 的 Skylake-EP Xeon E5-2699 V5 相比，AMD 可能必須在價(jià)格方面壓得足夠低。不過，AMD 有可能最終會(huì)做出一些修訂，從而能夠在既定的 TDP 下實(shí)現(xiàn)更高的主頻。在任何情況下，激進(jìn)的定價(jià)策略都將降低產(chǎn)品的利潤(rùn)率。

英特爾的 10nm 路線圖
對(duì)于英特爾來說，其第一款 10nm CPU 將在今年下半年進(jìn)入市場(chǎng)。Y 和 U 版本都將采用最新的 Cannon Lake 架構(gòu)，并且它們都會(huì)利用更低尺寸的光刻技術(shù)實(shí)現(xiàn)更好的時(shí)鐘速度 / 能耗權(quán)衡。到了 2018 年，英特爾很可能甚至在 U（28W）、H（45W）和 S / R（> 45W）版本上采用 10nm 光刻技術(shù)。

同時(shí)（2017 年至 2018 年），英特爾將推出 14nm 的 Coffee Lake，它針對(duì) Kaby Lake 進(jìn)行了一系列優(yōu)化，是第一款用于移動(dòng)應(yīng)用的六核心消費(fèi)級(jí)產(chǎn)品。 因此，英特爾可能會(huì)把這種六核配置用在高端桌面 / 移動(dòng)產(chǎn)品上，而可能在接下來的季度中面向發(fā)燒級(jí)用戶提供 12 或 14 個(gè)核心的頂級(jí)產(chǎn)品解決方案。

顯然，Skylake X 和 Kaby Lake X（用于高端桌面電腦和發(fā)燒級(jí)桌面機(jī)）不會(huì)提供任何相關(guān)的 IPC 升級(jí)，但它們可能會(huì)由于光刻技術(shù)的改進(jìn)而實(shí)現(xiàn)更出色的效率優(yōu)化。Coffee Lake 和 Cannonlake 會(huì)在 IPC 上進(jìn)行一些升級(jí)，但這兩者最顯著的性能提升是由更高的核心數(shù)量和 10nm 光刻技術(shù)提供的更高效率帶來的。

無論如何，AMD 預(yù)計(jì)會(huì)在類似的時(shí)間框架內(nèi)提供 Zen+修訂版，但它仍將會(huì)采用與 2017 年上半年進(jìn)入市場(chǎng)的產(chǎn)品相同的核心配置，這意味著英特爾可能會(huì)在接下來的幾個(gè)季度中恢復(fù)一些優(yōu)勢(shì)。

英特爾新架構(gòu)
但真正能對(duì) AMD 造成致命威脅的是，英特爾正在開發(fā)一種新架構(gòu)，以代替現(xiàn)在已經(jīng)步入老年的“Core”家族。未來的新架構(gòu)將是一個(gè)完全獨(dú)特的變革，會(huì)徹底改變英特爾的戰(zhàn)略和其在 CPU 上的通常行為。

英特爾正在大力開發(fā)一種能夠擯棄傳統(tǒng)單元的架構(gòu) - 這些傳統(tǒng)單元和指令基本上是為了實(shí)現(xiàn)向后兼容。在新架構(gòu)下，英特爾將能夠大幅度減少單核的規(guī)模，其核心架構(gòu)將更簡(jiǎn)單，而且不會(huì)帶來老的指令負(fù)擔(dān)。這意味著英特爾能夠使用空閑的新物理空間，以便加強(qiáng)每個(gè)核心的計(jì)算能力，而且，在這些空閑物理空間下也可以添加更多的附加核心。

同時(shí)，一個(gè)更小的內(nèi)核能夠使得在不增加功耗的情況下提高核心時(shí)鐘頻率，從而實(shí)現(xiàn)更高的效率。

此外，一旦這種架構(gòu)進(jìn)入市場(chǎng)，軟件開發(fā)商將開始“慢慢地”放棄軟件的向后兼容性，因此，隨著向后兼容性需求的逐漸減少，軟件將變得更輕、更快，長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，這是件不可小覷的事情。

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Zen 長(zhǎng)時(shí)間停留在 14nm 上
那么，AMD 的問題在哪里呢？AMD 問題的本質(zhì)在于 Zen 架構(gòu)及其后續(xù)迭代版本將長(zhǎng)期停留在 14nm 光刻技術(shù)上。

Zen(2017) - Zen+(2018/2019) - Zen++(如果這個(gè)版本稍微延遲一些，它可能會(huì)采用 7nm 制造工藝)很可能都采用 14nm 光刻技術(shù)，意味著這幾個(gè)版本的升級(jí)只是做一些簡(jiǎn)單的調(diào)整。Zen 架構(gòu)將表明，一個(gè)經(jīng)過精心改造和設(shè)計(jì)的架構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)非常出色的性能，但是，真正巨大的調(diào)整和改進(jìn)需要消耗大量的開發(fā)時(shí)間，因此，按照目前這種路線圖，我們不能指望這幾個(gè)迭代版本能實(shí)現(xiàn)多大的改進(jìn)。

7nm 光刻技術(shù)預(yù)計(jì)將伴隨著第一波新的消費(fèi)級(jí) CPU 和 APU 于 2020 年或者 2021 年的某個(gè)時(shí)間面市。順便說一下，來自格羅方德的 7nm SOI 工藝預(yù)計(jì)能提供和英特爾 10nm 光刻技術(shù)類似的間距密度，而英特爾預(yù)計(jì)也將在類似的時(shí)間發(fā)布其 7nm 光刻技術(shù)。

現(xiàn)在的態(tài)勢(shì)是：一方面，AMD 仍然會(huì)在格羅方德的 14nm 光刻技術(shù)上進(jìn)行一些逐步的架構(gòu)升級(jí)，另一方面，英特爾不僅會(huì)實(shí)施其 10nm 光刻技術(shù)（Cannonlake 和更高版本），還將提高每個(gè) CPU 的總核心數(shù)（Coffee Lake 和其它），新的光刻技術(shù)將使英特爾能夠在無需進(jìn)行相關(guān)的架構(gòu)調(diào)整的情況下大幅降低功耗并提高效率。 不過，最重要的是，英特爾將采用全新架構(gòu)，放棄所有傳統(tǒng)的支持單元和指令。

顯然，AMD 將在一段時(shí)間之后遵循相同的路徑，以便簡(jiǎn)化其 x86 架構(gòu)，但它的動(dòng)作會(huì)慢一些。 因此，AMD 需要在市場(chǎng)營(yíng)銷上積極進(jìn)取，以充分利用其可能恢復(fù)的競(jìng)爭(zhēng)力。

AMD 現(xiàn)在的實(shí)際股價(jià)略高于 12 美元，看起來是挺貴的，再加上最近的飆升，AMD 的股價(jià)在過去 52 周累計(jì)上漲了 450%。最近之所以再次飆升，是得力于良好的季度報(bào)告，報(bào)告顯示，AMD 損失減少，營(yíng)收也比較體面。在這方面，部分歸因于新的游戲機(jī)和分立 GPU 的銷售火爆，AMD 的 GPU 銷售表現(xiàn)不錯(cuò)。

不過，這些 GPU 銷售數(shù)據(jù)不能被認(rèn)為是造成營(yíng)收持續(xù)改善的原因，因?yàn)樽罱@次 GPU 的牛市主要是出于兩個(gè)原因，一個(gè)是制造工藝從 28nm 躍遷到 14/16nm 使得效率和性能大幅度改善，一個(gè)是之前的 GPU 在 28nm 時(shí)代停留太久阻止了 GPU 的代際改善。我個(gè)人認(rèn)為，在未來兩到三年內(nèi)很難再看到像這次這么好的 GPU 的表現(xiàn)了。

關(guān)于 Ryzen 的競(jìng)爭(zhēng)力的傳言已經(jīng)反映在了當(dāng)前的股價(jià)中。Ryzen 的性能表現(xiàn)肯定會(huì)非常出色，而且完全可能與英特爾一較高下 - 這是一個(gè)引人注目的投資機(jī)會(huì)。我對(duì) AMD 的關(guān)注重心集中在 CPU 上：GPU 版塊包括分立 GPU、游戲機(jī) GPU 和專業(yè)級(jí) GPU，但是我之前就已經(jīng)解釋過 GPU 不可能成為真正改變 AMD 命運(yùn)的盈利來源。英偉達(dá)的競(jìng)爭(zhēng)過于強(qiáng)大，在我看來，AMD 的某些專業(yè) GPU 仍然算不上業(yè)界最佳。

對(duì)于 AMD 而言，真正有機(jī)會(huì)扭轉(zhuǎn)其財(cái)務(wù)和銷售狀況的是其 CPU/APU 部門，即使 Ryzen 最終的表現(xiàn)和目前的市場(chǎng)傳聞非常一致，等到它真正在市場(chǎng)上與英特爾的產(chǎn)品并駕齊驅(qū)，屆時(shí) AMD 股價(jià)也肯定會(huì)暴漲，因?yàn)闃I(yè)界大多認(rèn)為 Ryzen 的性能表現(xiàn)略遜色于英特爾，但其產(chǎn)品價(jià)格會(huì)一如既往的低。相反，由于現(xiàn)在的炒作非常樂觀，即便是一點(diǎn)小小的失望或者性能低于預(yù)期都會(huì)觸發(fā) AMD 股價(jià)暴跌。

這種情形有史可鑒：在過去幾年中 AMD 數(shù)次令人失望。上市前大肆炒作，最終產(chǎn)品上市時(shí)卻沒有達(dá)到人們的期望。我們看到，現(xiàn)在人們對(duì) Ryzen 的期望非常高 - 甚至比之前的更高。然而，現(xiàn)在已經(jīng)有一些非官方的性能測(cè)試基準(zhǔn)，可以為人們的期望提供一個(gè)堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ) - 之前的產(chǎn)品并沒有得到現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)演示和不俗的泄漏性能基準(zhǔn)測(cè)試結(jié)果的支持，所以我覺得這次 AMD 應(yīng)該不會(huì)讓客戶再次失望了。
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