AMD锐龙4000架构解析，7nm Zen2包打低功耗到高性能全部市场

从2017年3月到现在，AMD重返高性能X86市场已经三年了。

在此期间，AMD推出了3代锐龙处理器、2代霄龙处理器，开始对桌面、笔记本、数据中心等三大主要市场发起攻击，其中桌面市场最为成功，其次是数据中心市场，笔记本市场最为艰难。

为何笔记本电脑这块骨头最难啃？因为笔记本市场占了全球PC出货量的7成，体量超大不说，而且对CPU的要求高多了——因为要考虑到续航、散热，笔记本CPU不是性能或者性价比就能解决的，需要一揽子方案，各方面都要做好。

现在AMD终于有强力的笔记本处理器上市了，这就是今年CES展会上推出的锐龙4000系列处理器，使用了7nm Zen2架构，这是Zen2家族中来的最晚的一款产品，但也是最受期待的。

有关锐龙4000系列笔记本处理器的产品介绍我们之前已经发过文章了，本文的重点是架构，我们来看看它们的架构解析，深入了解一下AMD都做了哪些改变才让锐龙笔记本成为真香选择的。

一切的起点：7nm Zen2包打低功耗到高性能全部市场

AMD的Zen2处理器去年就发布了，大部分参数大家都耳熟能详了，它是首款7nm工艺的X86处理器，并且在CPU微内核上做了大量提升，包括2倍的OP缓存、2倍的L1数据缓存、2倍的L3缓存等等。

详细的Zen2架构我们之前做过介绍，可以参考这篇文章——AMD Zen2架构深度揭秘：100％翻新 单核性能完美。简单总结就是Zen2的IPC性能提升了15%（实测提升21%），浮点性能翻倍，多核数量翻倍，桌面轻松做到了16核32线程，服务器做到了64核128线程。

此外，AMD在这代处理器上是本着“一个架构打天下”的思路做的，就是用一款架构去覆盖低功耗的移动市场到桌面、HEDT发烧级平台，再到服务器平台的。

AMD的这种设计思路很好很强大，一个CPU架构囊括多种市场可以有效减少开发难度，节约时间，降低开发成本。

如果仔细看AMD官方的资料，大家会发现其实这个架构也是分为两种类别的，桌面、HEDT、服务器三者基本是一样的，只有规模大小的不同，而代号Renior（雷诺阿）的移动版锐龙4000系列其实就不一样了，它没有使用chiplets小芯片设计，而是回归传统思路，做了一颗高集成度的SoC处理器。

至于为什么，AMD发布的ISSCC论文其实解释过了，因为在8核及以内的CPU中，使用小芯片的收益越来越小，成本降低的有限，而笔记本处理器对芯片的发热、功耗及封装体积更加敏感。

总之，在锐龙4000笔记本处理器上，AMD实际上是把7nm Zen2核心重构了一遍，跟其他产品的架构有所不同，目的就是满足笔记本市场特殊的需求。

7nm锐龙4000处理器：2倍晶体管密度 体积还小了25%

AMD之前表示锐龙4000系列处理器开发了至少三年，这大概也是它来得比做桌面版至少玩半年的原因吧，好在AMD交出的答卷是让人满意的，没白等这段时间。

首先来看整体效果，7nm锐龙4000 APU处理器在7nm工艺下的塞进了98亿晶体管，密度翻倍，核心面积156mm2，但封装体积只有25x35x1.38mm，比上代的锐龙3000系列APU处理器还小了25%。

在这样的条件下，锐龙4000系列APU处理器集成了最多8个7nm CPU核心、7nm Vega GPU核心、Infinity Fabric总线、LPDDR4X/DDR4主控，还有各种NVMe、PCIe、SATA、USBC、USB 3.1等IO接口。

最后出来的结果就是这样一款超高集成度的锐龙4000处理器，不论CPU、GPU性能、功能还是IO接口，亦或者是安全性，该有的都有了。

锐龙4000笔记本处理器：CPU IPC性能提升15% L3缓存有精简

在锐龙4000系列APU处理器上，CPU微内核跟桌面版的Zen2是一样的，IPC性能大约也提升了15%，这里就不详细介绍了，之前的文章中已经详细阐述了。

此外，锐龙4000的APU也针对功耗做了优化。

不过笔记本的锐龙4000还是有一些区别的，比如CCX单元的L3缓存，桌面版/服务器版是16MB，而笔记本减少到了4MB，主要原因在于L3缓存太占空间了，笔记本还是要考虑体积的，同时也有利于降低功耗。

锐龙4000系列处理器之GPU：Vega今又来 性能大提升

与桌面版锐龙3000无需集成核显不同，锐龙4000笔记本处理器需要iGPU，也就是核显，而AMD的目标又很大，他们的核显性能一直很强，这次更是直接塞入了7nm Vega GPU核显，性能能顶轻薄本常用的25W独显。

略微遗憾的是锐龙4000系列笔记本处理器没用上RDNA架构，之前AMD解释说时间上来不及，锐龙4000是3年前开发的了，当时只有Vega架构是最新的。

不过Vega架构GPU在7nm工艺上也获得了重生，AMD不仅改进了性能，还用各种手段提升了能效，CU单元减少的同时提升了25%的峰值频率，带宽也增加了77%。

最后的结果就是，在同样的TDP功耗限制下，锐龙4000的7nm Vega浮点性能达到了1.79TFLOPS，3DMark的DX12测试Time Spy性能比上代12nm Vega提升了59%，性能显著提升。

在视频编码解码方面，锐龙4000也升级了解码单元，速度提升了31%，并且支持新的HDR/WCG编码。

其他的VP9、H.264及H265/HEVC编码中，4K 60Hz甚至4K 120Hz也不在话下了。

锐龙4000系列之能效：同TDP下单核大涨25%

正如前面所说，锐龙4000处理器是面向笔记本的，提升CPU及GPU性能是一方面，更重要的问题在于提升性能的同时还要降低能耗，这就要求能效非常高，锐龙4000因此成为AMD能效最好的CPU。

根据AMD所说，在同样15W TDP的限制下，锐龙4000处理器的CPU性能提升了25%，反过来说就是同样的性能下，功耗也能降低25%。

AMD表示锐龙4000处理器中每单元的能效比提升一倍，其中7nm工艺带来了1.47x的提升，IPC贡献了1.15x的提升，设计带来了1.17x的提升。

在多线程性能上，锐龙4000处理器实现了2倍的每瓦性能比，其中25%左右的贡献来自IPC及设计优化，75%左右都是来自7nm工艺。

在Ifinity Fabric总线上，AMD也降低了每带宽的能耗，先进的7nm工艺、动态功耗优化实现了75%的能效提升，低功耗下带宽提升了77%。

锐龙4000系列之续航：OS系统级优化

除了提升能效之外，锐龙4000系列处理器还在续航优化上下足了功夫，新增了OS系统级的低功耗状态，还改善了各种功耗状态的切换延迟。

在上代的笔记本处理器中，ACPI中只有一种功耗状态，锐龙4000处理器中增加到了三种，不同状态的切换、控制也更灵活，不再完全依赖OS调度。

针对音频，AMD推出了ACP（Audio Controlller）功能，因为一些语音识别助手，比如微软的Cornata、亚马逊的Alexa，它们是需要常驻后台的，但又不能因为它们一直保持全速状态，需要保持低功耗但又能及时响应，AMD这个功能开启后能节省20%的功耗。

锐龙4000处理器之IO接口：LPDDR4、NVMe、USBC全到齐了

作为一个平台，笔记本不光是处理器重要，IO接口也很重要，在这一点上锐龙4000也圆满了，主流的接口都给配齐了，包括4xPCIe通道、NVMe及USB-C等。

内存方面，锐龙4000系列集成了双通道内存主控，支持LPDDR4X-4266及DDR4-3200内存，带宽分别达到了68.3GB/s、512GB/s。

USB-C接口也是未来的趋势，锐龙4000原生支持USB-C接口，速率10Gbps，能够支持2路4K显示器输出，比USB4及Thunderbolt 3还要强悍。

最后，锐龙4000系列处理器还在安全性下了功夫，普通消费者对这个问题感知不强，但是商业用的笔记本对安全性有较高的要求。

总之，在锐龙4000系列笔记本处理器上，AMD不仅仅是升级了CPU及GPU两大核心单元，而是从整个平台的角度全面提升了锐龙笔记本的潜力，同样的功耗下，CPU性能大涨25%，GPU性能提升60%，光这两点就足够让它取代目前轻薄本中常见的CPU+25W GPU的组合了。

放宽功耗的话，AMD的锐龙4000H系列也直接杀到了游戏本市场，以往AMD在这方面有所欠缺，这次轻薄本、游戏本一举两得了。

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