AMD 推出搭载 Zen 4c 的 Ryzen Mobile 7040U 系列:核心更小,效率更高

2024-03-09
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今年5月,AMD推出了专为轻薄笔记本设计的Ryzen 7040U系列CPU,代号为“Phoenix”。最初,AMD针对超便携笔记本市场推出了四款基于Zen 4的CPU,其中Ryzen 7 7840U(8C/16T)和Ryzen 5 7640U(6C/12T)均以AMD集成的Ryzen AI领先,这是AMD的用于片上人工智能和推理的第一代 NPU。

几个月后,AMD 又推出了两款新的 Ryzen Mobile 7040U 系列处理器。但有一点不同:这些芯片使用的是更小的、高度优化的 Zen 4c 内核。尽管 AMD 更小巧的 Zen 4c 核心最初是随着用于本机云部署的EPYC 97×4“Bergamo”处理器的推出而首次亮相,但服务器芯片永远不会成为 AMD 使用其紧凑型核心的唯一地方。Zen 4c 已经作为华硕 ROG Ally 手持设备(2x Zen 4 + 4x Zen 4c)中使用的 Ryzen Z1(非极限)CPU 的一部分悄然在消费市场发布,现在 Zen 4c 正在受到消费者的欢迎。其在 Ryzen 笔记本电脑芯片组中的使用。

搭载 Zen 4c 的两款全新 Ryzen 7040U 处理器中的第一个是 Ryzen 5 7545U,它与现有的 Ryzen 7540U 处理器具有相似的规格。关键的区别在于,Ryzen 5 7545U 使用两个全脂 Zen 4 核心和四个较小的 Zen 4c 核心,至少可以说,这是一个有趣的实现。第二个是 Ryzen 3 7440U,它是同名处理器 Ryzen 3 7440U 的直接后继产品,将大部分 Zen 4 CPU 核心换成了 Zen 4c 核心。

AMD 决定在其移动平台中使用 Zen 4c 有一些细微差别,正如 AMD 在 Bergamo 发布会上强调的那样,Zen 4c 中的“c”代表“云”,很有趣的是 AMD 选择集成 Zen 4c 主要针对低端消费群体。Zen 4 和 Zen 4c 之间存在非常显着的差异,至少可以说,这让事情变得有趣,特别是在比较两种核心架构及其预期用例时。

AMD Ryzen 7040U 系列:将 Zen 4c 集成到移动设备中

AMD 战略决定通过 Ryzen 7040U 系列将基于 Zen 4c 的部件推向消费市场,在此背景下,掌握技术细节变得至关重要。随着 Ryzen 5 7545U 和采用 Zen 4c 的 Ryzen 3 7440U 进入市场,了解这一决定几乎与尝试推断这样做在性能和功能方面的好处同样重要。

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Zen 4c 核心的核心目的是以更小的尺寸实现与 Zen 4 功能相同的实现。它是一个紧凑的核心,以时钟速度为代价来进行压缩,使用时钟速度不那么高的更密集的库,但反过来又形成了整体更小、更节能的核心。

正如我们已经在 AMD 最初的 Zen 4c EPYC 芯片中看到的那样,在台积电的 5nm 工艺上,传统的 Zen 4 核心及其相关的 L2 缓存面积为 3.84 mm²。同样的架构,经过紧凑化并采用相同的 5nm 工艺构建,Zen 4c 核心的尺寸仅为 2.48 平方毫米,缩小了约 35%。无论我们谈论的是服务器还是移动设备,Zen 4c 的基本目标都是相同的:使用更小的占用空间允许 AMD 在同一封装区域内包含更多 Zen 4c 核心。或者,相反,在更小(更便宜)的芯片中包含相同数量的 CPU 核心。

在服务器部件上,AMD 最终采用了各种 EPYC 设计来实现双向发展。EYPC 97×4“Bergamo”芯片提供多达 128 个 Zen 4c 核心,比顶级 EPYC 9004 Genona 芯片多 32 个,这得益于 Zen 4c 核心的密度更高/尺寸更小。与此同时,AMD 的“廉价” EPYC 8004“Siena”芯片在 4 个 CCD 上提供多达 64 个 Zen 4c 核心,使 AMD 能够生产出整体更便宜、功耗更低的芯片。

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如前所述,启用这个较小版本的 Zen 4 是从高性能库和整体高时钟速度到高密度库的切换。然而,尽管有这些管道变化,Zen 4 和 Zen 4c 内核在功能和内核 IPC 方面是相同的,对于移动芯片来说,甚至每个内核的 L2 缓存数量也是相同的。因此,每个图形和缓冲区(一直到 SMT)都存在,并且在逐个时钟的基础上运行得同样快。

但总体 CPU 性能还与整体时钟速度有关,因此 Zen 4 的大量面积预算都花在了使其时钟频率远远超过 5GHz。高性能库名副其实,但它们不像高密度库那样节省空间。需要权衡的是,高性能库提供了达到顶级时钟速度所需的空间和其他功能。

最终结果是 Zen 4c 内核虽然在性能方面与 Zen 4 的时钟相同,但总体上达到了较低的内核时钟频率。再加上高密度库的低功耗特性,可以减少功耗并全面提高能源效率。

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所有这些让我们回到基于 Zen 4c 的 Ryzen 7040U 系列的主题。AMD 在 Ryzen 7040U 系列中采用 Zen 4c 的想法归结为功效,因为 AMD 声称,在相同 IPC 下使用较小的 Zen 4c 核心在低 TDP 下能效更高,甚至可以提高 15W 以下芯片的性能。再加上 AMD 移动芯片堆栈底层的性能较低,这就是我们在这里首次看到 Zen 4c 核心的原因。

凤凰城两次崛起:凤凰城 2 vs. 凤凰城

对于 AMD 的新型移动芯片,该公司铸造了一种新的单片硅芯片:Phoenix 2。无论出于何种目的,这都是 AMD 原始 Ryzen 7000 移动芯片中使用的原始 Phoenix 芯片的预算版本。它是一个较小的芯片,功能块较少,并且将一些 Zen 4 CPU 核心替换为较小的 Zen 4c CPU 核心。

严格来说,这并不是AMD第一次使用Phoenix 2。但它是最明显的。AMD 在夏天悄悄推出了它,作为 Ryzen Z1 系列的一部分 – Ryzen Z1 Extreme 使用 Phoenix 芯片,而较弱的 Ryzen Z1(非 Extreme)实际上是第一个使用 Phoenix 2 的芯片。

事实上,AMD 甚至制造了 Phoenix 2,这在某些方面是非常了不起的。由于各种原因,该公司在过去几代中在移动市场上的足迹相当少。他们之前从未为单一架构发布过两个移动芯片,总是在给定的阵容中使用同一芯片的不同容器(例如,Ryzen Mobile 6000 系列的所有 Rembrandt 芯片)。因此,AMD 正在制造第二款 Phoenix 芯片,尽管采用了 Zen 4c 核心,但与现状相比是一个显着的变化。多种芯片将帮助 AMD 应对更广泛的笔记本电脑市场,而不必以极低的价格出售一堆昂贵的 Phoenix (1) 芯片。不过,这是否真的意味着我们将在市场上看到更广泛的 AMD 存在——如果 AMD 真的会拥有更广泛的足迹——还有待观察。

AMD Phoenix 系列 SoC
安南德科技 CPU核心 iGPU CU 锐龙AI 二级缓存 三级缓存 模具尺寸
凤凰城 (1) 8x 禅 4 12x RDNA3
(Radeon 780M)
1MB/核心 16MB 178平方毫米
凤凰2号 2 个 Zen 4 + 4 个 Zen 4c 4x RDNA3
(Radeon 740M)
1MB/核心 16MB 137平方毫米

更深入地研究 Phoenix 2 的技术规格,AMD 确认 Phoenix 2 的芯片尺寸为 137 平方毫米,比原来的 178 平方毫米 Phoenix 芯片小约 23%。AMD 预算移动芯片节省的芯片空间不仅来自于删除 CPU 核心(8x Zen 4 -> 2x Zen 4 + 4x Zen 4c),还来自于减少 GPU CU 的数量(12 -> 4),并淘汰锐龙 AI NPU。

理论上,AMD 也可以使用 Zen 4c 核心将更多核心封装到 Phoenix 大小的芯片中,但目前他们正在使用更小的芯片进行更小的举措。

芯片:Ryzen 5 7545U 和 Ryzen 3 7440U

这些新芯片的主角将是 Ryzen 5 7545U,它是 2x Zen 4 + 4x Zen 4c 芯片(本质上是完整的 Phoenix 2)。除了 Zen 4c 之外,这恰好与现有 Ryzen 5 7540U 的配置完全相同,这就是为什么 7540U 将被 7545U 取代的原因。

AMD 锐龙 7040U 移动 CPU
安南德科技 电/电 核心
架构

频 (MHz)

频频率
(MHz)
锐龙AI? 图形处理器 iGPU CU 三级缓存
(MB)
TDP
锐龙 7 7840U 8/16 8x 禅 4 3300 5100 Radeon 780M 12 16 15-30W
锐龙 5 7640U 6/12 6x 禅 4 3500 4900 Radeon 760M 8 16 15-30W
锐龙 5 7540U 6/12 6x 禅 4 3200 4900 Radeon 740M 4 16 15-30W
锐龙 5 7545U 6/12 2 个 Zen 4
4 个 Zen 4c
3200 4900 Radeon 740M 4 16 15-30W
锐龙 3 7440U* 4/8 4x 禅 4 3000 4700 Radeon 740M 4 8 15-30W
锐龙 3 7440U 4/8 1 个 Zen 4
3 个 Zen 4c
3000 4700 Radeon 740M 4 8 15-30W

*AMD 提供了有关“旧”7440U 的相互矛盾的信息。根据他们的目录,该 SKU 存在纯 Zen 4 版本

由于 AMD 仍在 Ryzen 5 7545U 中包含一对全脂 Zen 4 核心,因此其 4.9GHz 的峰值睿频频率保持不变。除此之外,AMD 声称这两款芯片共享相同的 3.2 GHz 基础频率,这意味着 Zen 4 和 Zen 4c 核心在 Ryzen 5 7545U 上的时钟频率均为 3.2 GHz。Ryzen 5 7545U 每个核心具有相同的 1 MB L2 缓存 (6 MB),并具有共享的 16 MB L3 缓存。

AMD 第二款采用 Zen 4c 的新芯片是 Ryzen 3 7440U,它提供单个 Zen 4 CPU 核心和三个 Zen 4c CPU 核心。AMD 移动堆栈中的预算条目,这是唯一总共只有 4 个 CPU 核心的部分,并且具有 4.7GHz(单核)的最弱峰值时钟速度。除了 CPU 核心之外,该芯片还具有在核心之间共享 8 MB 的 L3 缓存、每个核心 1 MB 的 L2 缓存(总共 4 MB),并且都包含 AMD 基于 RDNA 3 的 Radeon 740M,具有四个时钟频率高达 2.5 GHz 的 CU。

与此同时,“新”Ryzen 3 7440U 不应与“旧”Ryzen 3 7440U 混淆……是的,它仍然令人困惑。AMD 早在 5 月份就推出了最初的 7440U SKU,作为纯 Zen 4 部件,至今仍列在 AMD 网站上。目前,AMD 并未区分原始 Ryzen 3 7440U 和采用 Zen 4c 核心的新款 Ryzen 3 7440U,两者都是 7440U。我们确实要求 AMD 澄清这一点,他们回复说 Ryzen 3 7440U 始终是一个基于 Zen 4c 的 SKU。因此,尽管 AMD 有目录条目,但目前的官方说法是,基于 Zen 4 的 Ryzen 3 7440U SKU 实际上并不存在,而且一直只有一款 7440U。

未提及的事情:Zen 4c 时钟速度和 CPU 核心披露

尽管这是 AMD 首次在 AMD 消费级处理器中使用硅异构 CPU 核心组,但该公司对整个问题的处理相对较轻。由于 Zen 4c 具有与 Zen 4 相同的 IPC,因此 AMD 在其营销和技术披露中将它们视为同一产品。尽管有一些话可以让事情变得简单,但我们仍然对 AMD 的简报对此事持保留态度,并对未提及的内容感到担忧。

首先要解决最大的问题,Zen 4c 的最大权衡是时钟速度的芯片空间。Zen 4c 核心时钟低于 Zen 4 核心。低多少?好吧,问题就在这里。我们不知道。至少《凤凰2》不是这样。

在 AMD 的服务器处理器上,一切都完全在板子上且详细,AMD 明确表示没有任何 Zen 4c 芯片的时钟频率高于 3.1GHz,比最快的 Genoa 芯片 (9174F) 慢约 1.3GHz (30%)。然而,对于他们的消费类芯片,AMD 披露的唯一时钟速度是最大睿频时钟速度(适用于常规 Zen 4 核心),然后是整个芯片的基本时钟速度。其中,最快的 7545U 为 3.2GHz。

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在此无需过多讨论,AMD 的服务器芯片与其消费芯片具有不同的时钟速度保证。该公司基本上保证服务器 CPU 上的任何一个核心都可以达到相同的最大时钟速度(如果不是一次),而在消费者方面,我们更喜欢核心,其中最好的几个核心可以稍微提高一点更高。

所有这一切都表明,根据 AMD 迄今为止披露的信息,所有证据都表明 Zen 4c 的时钟频率不会高于 3GHz,而且也不应该如此。

但与具有 Zen 4 内核的 Phoenix (1) 芯片相比,这是一个显着且显着的差异。尽管在功率和散热条件允许的情况下,Phoenix 上的所有 8 个核心都可以达到 4GHz 以上,但无法超越 Zen 4c 的较低时钟速度。从这方面来说,Zen 4c 并不等同于 Zen 4;它明显慢了。

当然,在实践中,情况不会如此不同。在 15W 设备中,6/8 核心 Zen 4 设置达到这些时钟速度的空间很小,我们没有理由怀疑 AMD 幻灯片中性能图表的准确性。在大量多线程场景中,Phoenix 2 可能更高效,因此得分更高。

但核心问题仍然存在:AMD 没有透露 Zen 4c 核心的最大时钟速度,这对自己没有好处。尽管 AMD 希望掩盖差异,但Zen 4 和 Zen 4c 并不是相同的 CPU 内核。Zen 4c 是出于所有实际目的的 AMD 效率核心,并且需要如此对待。也就是说,它的时钟速度需要与其他内核分开披露,类似于英特尔和高通今天所做的披露。

沿着这些思路,AMD 还在其新闻消息中将 Zen 和 Zen 4c CPU 核心一起计算。

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如果您查看 AMD 的消息,您会知道 Ryzen 3 7440U 只有 1 个 Zen 4 CPU 核心吗?消费者应该如何得知这一点?

归根结底,虽然 Zen 4c 在提供与 Zen 4 相同的 IPC 方面是独一无二的,但 AMD 试图忽略 Zen 4 和 Zen 4c 之间的差异,从而损害了客户的利益。CPU 性能是 IPC 和时钟速度的结合,这两点都需要得到承认。既然 AMD 拥有自己的效率核心,AnandTech 的立场是 AMD 也需要做出合理的努力来披露其产品中使用的不同 CPU 核心以及它们的时钟速度。任何低于这一点的行为都有可能欺骗客户,即使这不是 AMD 的本意。

更新:感谢AMD的功劳。该公司已将新部件添加到其产品规格目录中,其中每个产品的完整规格页面上都清楚地描述了 Zen 4 和 Zen 4c 核心的使用。

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这里仍然有一些改进的空间,因为AMD 主网站上的各个产品页面仍然没有核心配置信息。当然,我们需要更详细的时钟速度披露。但这仍然是值得欢迎的进步。

简单的调度:Windows 选择最快的核心

回到技术问题,尽管 AMD 在 Phoenix 2 上的 CPU 核心分配并不十分均匀,但幸运的是,Windows 中的线程调度非常简单。操作系统的调度程序已经优先考虑具有最高时钟速度的 CPU 内核(这是一种利用主要/首选 CPU 内核的方法),因此 Windows 调度程序不需要任何额外的逻辑来处理同一芯片上的 Zen 4c 内核。就 Windows 而言,它们只是时钟频率较低的核心,无论出于何种意图和目的,这里都是如此。最终结果是,Windows 将倾向于将较高强度的工作负载转移到快速的 Zen 4 核心上,而较轻的工作负载或后台任务则转移到 Zen 4c 核心上。

然而不幸的是,由于 Windows 认为所有核心都是相同的,因此它也没有正确了解这里的能源效率。具体来说,Windows 并不知道 Zen 4c 核心应该更加节能,因此它将仅根据工作负载/频率指标做出调度决策。这意味着 AMD 无法充分利用 Zen 4c CPU 内核提供的能效优势,因为 Windows 无法在更高效的内核上显式调度线程。(英特尔通过其更爱管闲事的线程控制器解决了这个问题)

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根据 AMD 的内部测试,上图突出显示了频率/功率曲线,显示 Ryzen 5 7545U 在 CineBench R23 MT 中的性能与 Ryzen 7540U 相同,功率为 17.5 W。在 10 W 时,配备 Zen 4c 的 Ryzen 5 7545U 的性能更高,而当功率超过 20 W 时,性能优势开始逐渐减弱。当然,这表示特定的工作负载 (CineBench R23 MT),结果可能会有所不同不同强度的工作负载。

总而言之,采用 AMD Zen 4c 核心的消费产品已经作为华硕 ROG Ally 游戏手持设备的一部分通过 Ryzen Z1(非极限)发货,并且已经持续了大约一个月。至于 AMD Ryzen 5 7545U 和 Ryzen 3 7440U,AMD 尚未透露何时开始看到配备这些特定 Zen 4c 处理器的笔记本电脑,但我们预计很快就会发布公告。

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