AMD锐龙Threadripper 3970X天梯榜首测:稳坐HEDT平台头把交椅

2019-11-27 14:24:49 2点赞 2收藏 1评论

AMD今年的CPU产品线路图上的东西基本都完成了,年初发表了新的移动版锐龙处理器,7月发布了基于Zen 2架构的第三代锐龙处理器,8月份推出了代号为Rome的第二代EPYC处理器,而今年AMD在CPU线路图上最后的一步就是第三代锐龙线程撕裂者处理器了。

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锐龙线程撕裂者处理器是AMD针对HEDT和工作站所准备的,直接竞争对手是Intel的Core X系列处理器,不过呢,对手的核心数量已经维持在最多18核很多年,而AMD这边锐龙线程撕裂者的核心数量一直是比较激进的,第一代一上来就是16核,第二代直接翻倍到32核,弄得Intel后来把28核的Xeon W-3175X推向消费市场,现在第三代撕裂者来了,初上市的只有24核和32核的产品,以后会有更多的核心,而早几个小时前的Intel新一代Cascade Lake-X处理器,最多也只是18核,但价格和上代发布时相比完全是腰斩,这完全得益于AMD锐龙线程撕裂者处理器给对手施加的巨大压力。

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其实AMD推出16核锐龙9 3950X处理器的时候我是有点惊讶的,因为这已经相当把HEDT级别的处理器投放到主流平台,它的部分性能确实可以媲美Intel的Core i9-9980XE,他们就不怕影响到自己的锐龙线程撕裂者的销量吗?不过X570平台和X399平台在扩展能力上还是有很明显的差别的,前者CPU和芯片组加起来也就36条可用的PCI-E通道,后者光CPU就能提供60条可用的PCI-E了,新的TRX40平台更可提供更多的PCI-E,而且第三代锐龙线程撕裂者已经没有16核的产品了,核心数量直接从24起步。

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首批发布的第三代锐龙线程撕裂者处理器只有两颗包括32核和24核的两款产品,开会的时候起初以为AMD这代线程撕裂在最大核心数会和上代维持一样,不过发布会最后AMD突然宣布会有超过32核的产品,明年会推出64核的锐龙Threadripper 3990X,从它的名字上来看,48核的锐龙Threadripper 3980X应该是会存在的。

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锐龙Threadripper 3970X为32核64线程,基础频率3.7GHz,最大加速频率4.5GHz,售价为15299元
锐龙Threadripper 3960X为24核48线程,基础频率3.8GHz,最大加速频率4.5GHz,售价为10699元


锐龙Threadripper 3970X处理器图赏

第三代锐龙线程撕裂者再一次更换了外包装,和前两代相比这次包装小巧了许多,用的也不再是泡沫外包装,而是相对来说更环保的厚纸皮,而内包装则变得更华丽了,前两代都是用橙黑色的盒子装着处理器,现在处理器锁在一个纪念碑状的容器里面,外部有个透明的亚克力罩子,拿去罩子后要拉开侧面的锁才能把处理器拿出来。六角形螺丝刀、CPU扣具、一大一小两张Ryzen Threadripper贴纸位于包装底部的小盒子里。

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第三代锐龙线程撕裂者虽然换了接口,但是接口的外形和针脚位置、数量和之前是没有差别的,只是针脚定义有所不同,所以锐龙Threadripper 3970X处理器看起来和前两代产品没有啥差别,CPU外面依然有橙色的安装滑轨。

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第三代锐龙线程撕裂者的变化

锐龙线程撕裂者诞生之初它就用MCM多芯片封装,第三代锐龙线程撕裂者也一样,但是核心架构从Zen+进化到Zen 2,核心的制程工艺从GF的12nm升级成台积电的7nm,当然IO核心依然是用12nm生产的,使用新的Socket sTRX4接口,虽然接口的外形和针脚数量和之前的Socket TR4是完全一样的,但是针脚的定义不用,并不向下兼容X399主板,只能搭配新的TRX40主板使用。

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7nm工艺带来的提升

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Zen 2架构锐龙采用7nm工艺生产,而且代工厂不再是前女友Globalfoundries,而是台积电,而且与上代的12nm只是14nm的改良版不同,台积电的7nm工艺是全新的节点工艺,根据AMD所说7nm工艺实现了两倍的晶体管密度、同性能下功耗降低50%或者同功耗下性能提升25%的变化。

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而实际上采用7nm工艺的Zen 2架构CCX面积是31mm2,采用12nm的Zen+架构的CCX面积则是44mm2,面积缩小了29%,但别忘了Zen 2每个CCX内的L3缓存翻了一倍,这些缓存是相当之占空间的,在缓存翻倍情况下核心面积也缩小了这么多可见7nm对比起12nm的进步是相当之大的。

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制程的升级带来的还有能耗比的提升,在同样电压下,采用7nm工艺的产品核心频率会比采用12nm的产品高350MHz,Zen 2架构的第三代锐龙处理器能耗比较Zen+架构第二代锐龙处理器高出75%,比采用14nm++工艺的Intel第九代酷睿处理器高出58%。

Zen 2架构的改进

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AMD表示,Zen 2架构是从Zen和Zen+架构发展而来,可以说是后两者的一个延续,但同时也作出了很多创新和改良,最终在运算能力和扩展能力上都有了很大的提升。Zen 2架构与Zen+架构相比,IPC提升了15%,缓存容量翻了一倍,浮点计算能力也翻了倍。

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Zen 2架构核心仍然维持1个核心支持2个线程的SMT同步多线程设计,但相比前代架构又更大微指令缓存,支持4K指令,L3缓存相比Zen和Zen+架构要直接翻倍,1个核心内部有4个整数单元和2个浮点单元。Zen 2架构采用了新的TAGE分支预测器,将预测错误率大幅降低了30%,使得处理器可以花更少的时间完全前段分派工作,这样就可以很好的提升处理器的计算效率。

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基础缓存结构

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Zen 2架构的缓存系统也得到进一步的优化,L1指令缓存从64KB,4-Way调整为32KB,8-Way阵列,L1数据缓存32KB,8-Way阵列,位宽32位,与Zen架构相比L1数据缓存位宽翻倍;L2缓存容量仍然为512KB,8-Way阵列,L1与L2缓存的预读机制都有所改善;L3缓存则为共享的16MB,16-Way阵列,容量比以前翻了一倍。

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取指令系统的改善包括增加全新的TAGE分支预测器,它会与神经网络预测相辅相成提升预测正确率,分支目标缓冲器也有所变化,在以前的Zen架构中,BTB有三个级别,L0 BTB有16条目,L1 BTB有256条目,L2 BTB有4K条目,到了Zen 2架构,L0 BTB数量与Zen相同,L1 BTB数量翻倍到512条目,L2 BTB则增长了1.75倍到7K条目,也有较大的1K间接目标数组。

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指令解码系统的改善包括操作缓存优化,翻倍的4K微指令操作缓存,更好的指令融合,通过防止重新编码操作来增加吞吐量。

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浮点架构上,目前的AMD锐龙、霄龙处理器支持到了AVX2,Zen 2上AMD翻倍了浮点单元位宽,从2x128bit提升到2x256bit,大幅提升执行AVX-256指令的效率,乘法指令延迟也从4周期缩短到了3周期 ,浮点单元的改动使Zen 2处理器在运行创作类应用时性能大幅提升。

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整数单元方面,Zen 2的整数调度器从84增加到92,当中包括4个16条目ALU阵列和1个28条目AGU阵列,而每个内核拥有四个整数ALU单元和三个AGU地址生成单元,地址生成单元比之前的Zen架构多了一个, 这使得执行引擎更可靠地在内存中的提取数据,同时改善了SMT同步多线程调用ALU单元和AGU单元时的公平性,减少线程之间相互争夺资源。 物理寄存器堆从168条目增加到180条目,这样CPU就可以实时访问更多工作数据。

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读取与存储系统改进

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Zen 2与Zen+相比,单线程性能提升了21%,其中有60%是来自架构优化IPC的提升,另外40%则是来自7nm工艺所带来的频率提升。

综合来说,Zen 2架构更接近与是对Zen和Zen+架构原本不完善的地方进行了补完,同时还多个方面都进行了增强,通过增加双倍缓存的方式,增加了指令预测的命中率,加大了内部数据与指令传输的带宽,使核心运行效率可以得到最大化。

改良过的MCM架构

前两代锐龙线程撕裂者都是直接把4个Zen/Zen+内核封装在一起而成的,核心之间采用25GBps的Infinity Fabric总线互联,这样的架构在服务器的EPYC处理器上是没有问题的,因为它每个核心都启用了自己的内存和PCI-E控制器,但是锐龙线程撕裂者上是有核心0和核心2提供内存控制器和PCI-E控制器, 于核心1和核心3是没有直接连接内存和PCI-E的,所以Ryzen TR 2970WX/2990WX只能工作在NUMA模式,这核心1/3的通信延迟明显高于核心0/2,所以会限制这两个核心的性能,而且Windows的工作分配没那么智能,如果程序用不到那么多线程,但不幸被分配到那两个核心去处理的话,工作效率会大打折扣。

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第二代锐龙线程撕裂者四个核心之间的连接方式是这样的

而到了Zen 2架构,从消费级的锐龙处理器到服务器的EPYC处理器都采用了MCM封装,但连接方法和之前的EPYC和锐龙线程撕裂者有了很大区别,Zen 2架构中CPU被拆分成CCD计算核心和IOD输入输出核心,CCD核心中只有两个CCD,它只负责计算,而所有的内存、PCI-E、USB、SATA控制器转移到了IOD上,CCD与IOD之间采用第二代Infinity Fabric总线连接,这样延迟虽然会有所增加,但是很好的解决了每个核心之间访问内存和PCI-E时延迟不一的问题,而且凭借CPU内部的大缓存设计以及Zen 2架构种的指令预测机制,延迟的问题其实很大程度上已经得到了解决。

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第三代锐龙线程撕裂者目前是使用一个IOD连接四个CCD,如果明年48核和64核的产品出来的话就是一个IOD连接八个CCD了,IOD内部有64条PCI-E 4.0控制器、四通道内存控制器和可提供4个USB 3.2 Gen 2接口的USB控制器,单个CCD和IOD之间的通信带宽在FCLK在1600MHz时为51.2GB/s读取和25.6GB/s写入,另外第三代锐龙线程撕裂者的两个最快的CPPC2核心是固定在CCD4上的,大家可以理解为CCD4的核心体质最好。

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所有的锐龙、锐龙线程撕裂者和EPYC处理器所用的CCD核心都是一样的,均是台积电7nm工艺打造的8核芯片,每个CCD的核心面积是74mm2,内部有39亿个晶体管。但AM4平台的锐龙处理器和EPYC与锐龙线程撕裂者所用的IOD是不同的,锐龙处理器上的IOD只支持双通道内存和最大两个CCD,它采用GF的12nm工艺生产,核心面积则是125mm2,内部有20.9亿个晶体管,而EPYC和锐龙线程撕裂者上的IOD可支持最多8个CCD,还有更多的PCI-E通道,所以芯片的尺寸要大得多,核心面积达到416mm2,晶体管数量更是有83.4亿。

虽然第三代锐龙线程撕裂者是直接用了EPYC Rome的IOD,不过并没有完全启用这个IOD的全部功能,毕竟EPYC是支持8通道内存的,而且可提供128条PCI-E通道,现在都只开了一半,而且多路处理器的功能也没了。

新搭档TRX40主板

第三代锐龙线程撕裂者另一个大变化就是搭配的主板换了,现在要使用Socket sTRX4接口的TRX40主板,不再向下兼容X399,而旧的锐龙线程撕裂者处理器也不能用在新的TRX40主板上,因为接口的针脚虽然是一样的,但是针脚定义并不相同,最大的可能性就是新架构的内存和CPU的连接方法不一样了,所以要改针脚定义,此外主板芯片组与处理器之间的连接方式也有变化,这也有可能是原因之一。

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TRX40主板所用的南桥芯片其实和X570主板上的都是一样的,其实就是锐龙处理器里面的IOD,不过和CPU之间的通信通道增加到了PCI-E 4.0 x8,带宽高达16GB/s,比X570翻了一倍,而此前X399只是用PCI-E 3.0 x4来进行CPU和南桥之间的通信,带宽只有4GB/s,所以这一代CPU和南桥之间的带宽高了许多,大大的降低了通信瓶颈,南桥的扩展能力也大幅增强。

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TRX40芯片有8条PCI-E 4.0通道是固定用来和CPU通信的,此外还可以固定提供8条通用PCI-E 4.0通道、4个SATA 6Gbps接口、4个USB 2.0接口和8个USB 3.2 Gen 2接口。另外有两组4条PCI-E 4.0用于连接存储设备,它们都可以做成一个PCI-E 4.0 x4的M.2接口或者4个SATA 6Gbps接口,具体怎么设置厂商可以自己决定,可以做成一个M.2接口加4个SATA口或者两个M.2口再或者8个SATA口。

而第三代锐龙线程撕裂者处理器本身,一共有64条PCI-E 4.0通道,当中8条用来和南桥通信,也就是可用的有56条,其中48条是通用PCI-E通道,另外也有两组4条PCI-E 4.0是用来连接存储设备的,可做成两个PCI-E 4.0 x4或者4个SATA 6Gbps,不过通常来说主板厂商都会选择把这两组做成M.2接口,此外CPU内部还有个USB控制器,可提供4个USB 3.2 Gen 2接口。

我画了个表让大家更好的了解AMD X399、X570和TRX40主板的扩展能力:

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关于PCI-E 4.0所带来的提升,我们早已做过测试,PCI-E 4.0的SSD在PCI-E 3.0接口上速度只能去到3200MB/s,这也是现在大多数M.2 SSD的极限速度,不过如果使用PCI-E 4.0的话读取速度能到达5000MB/s,写入速度也能到4200MB/s,接口升级后连续读写速度明显快了不少。

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测试平台与说明

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AMD锐龙Threadripper 3970X的其实是没有直接的竞争对手的,因为对手并没有这么多核心的处理器,不过把对手刚好发了新的HEDT处理器,拿刚解禁没多久的Core i9-10980XE来对比就再适合不过了。AMD平台使用华硕ROG ZENITH II EXTREME主板,而Intel平台使用微星 Creator X299主板,内存使用芝奇四条幻光戟DDR4-3600 8GB,SSD是技嘉 AORUS NVMe Gen 4 SSD 2TB,散热器是华硕 ROG STRIX LC 360一体式水冷。

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锐龙Threadripper 3970X的定位是针对内容创作者和工作站为主的,同时也兼顾一定的游戏性能,所以这次我们增加了SPECworkstation这种工作站的测试,而游戏测试的项目和之前相比有所减少。

基准性能测试

基准性能测试都是些考验处理器运算能力的项目,包括Sandra 2020、SuperPi、wPrime和3DMark的CPU测试。

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虽然说Core i9-10980XE处理器支持AVX-512,以前的话它会在处理器多媒体项目占不少优势,但是Zen 2架构强化了处理器的浮点运算能力,再加上核心数量的优势,锐龙Threadripper 3970X现在的基础运算性能是完全碾压对手。

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两个传统的测试,SuperPi跑起来还是Intel的处理器略微强一点,但wPrime这边AMD单线程已经追上了,多线程更是利用核心数量的优势完全碾压。

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普通的3DMark CPU测试已经满足不了这两个多核处理器了,所以我们这次跑的是Fire Strike Ultra和Time Spy Extreme,在DX11的Fire Strike Ultra中,锐龙Threadripper 3970X稍微落后于Core i9-10980XE,但是到了DX12的Time Spy Extreme上,锐龙Threadripper 3970X就要领先对手不少了。

渲染与创作测试

核心数众多的锐龙线程撕裂者受到了工作站和渲染农场用户的欢迎,所以渲染和视频制作是这次考察的重点。

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CINEBench使用MAXON公司针对电影电视行业开发的Cinema 4D特效软件的引擎,该软件被全球工作室和制作公司广泛用于3D内容创作,而CINEBench经常被用来测试对象在进行三维设计时的性能,锐龙Threadripper 3970X在这项测试中单线程得分也比Core i9-10980XE要高,多线程就更是翻了一倍。

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Corona Renderer是一款全新的高性能照片级高真实感渲染器,可以用于3DS Max以及Maxon Cinema 4D等软件中使用,有很高的代表性,这里使用的是它的独立Benchmark。这里32核的锐龙Threadripper 3970X打18核的Core i9-10980XE结果自然是压倒性的。

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Blender是一个开源的多平台轻量级全能三维动画制作软件,提供从建模,雕刻,绑定,粒子,动力学,动画,交互,材质,渲染,音频处理,视频剪辑以及运动跟踪,后期合成等等的一系列动画短片制作解决方案。 这里使用的是它的独立Benchmark,而Blender的版本号是2.80。这些渲染软件是很能发挥多核的作用的,核心数量越多渲染速度就越快,锐龙Threadripper 3970X只用了一半的时间就把图片渲染好了。

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POV-Ray是由Persistence OF Vision Development开发小组编写的一款使用光线跟踪绘制三维图像的渲染软件,其主要作用是利用处理器生成含有光线追踪效果的图像帧,软件内置了Benchmark程序,锐龙Threadripper 3970X的渲染速度单线程其实已经比Core i9-10980XE要好了,多线程就领先得更多了。

视频制作测试

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x264以及x265是两个老牌开源编码器,应用相当广泛,这次我们使用了新版本的Benchmark,它能更好的支持AVX 2指令集。x264的测试中锐龙Threadripper 3970X表现正常,但是x265的测试并没有很好的利用上这颗32核的全部核心,所以领先的幅度不多。

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Adobe Premiere Pro是一款常用的视频编辑软件,目前这款软件广泛应用于广告制作和电视节目制作中,有较好的兼容性,且可以与Adobe公司推出的其他软件相互协作。测试方法是把 一些原本做好的8K的视频项目并使用YouTube 4K的格式进行导出。锐龙Threadripper 3970X凭借自己超多的核心数量优势依然保持着领先。

工作站测试

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我们就直接使用SPEC组织的工作站测试来考验这两套平台的工作站性能了,各项测试都只取CPU得分,基本上锐龙Threadripper 3970X全面领先Core i9-10980XE,在生命科学和金融服务这两项里领先幅度特别大。

游戏性能测试

说真的游戏性能向来都不是这两个处理器的重点,但是不排除有个人创作者拿自己的设备顺便玩下游戏的情况,所以这里就顺便跑一下。

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现在基本没有游戏能完全发挥18核的Core i9-10980XE的价值,更别提32核的锐龙Threadripper 3970X了,他们两个的游戏性能其实是比较接近的,基本没啥区别,不过锐龙Threadripper还有个Game Mode能提升游戏性能,只不过拿到新版RyzenMaster软件的时间比较晚,这次没有开启测试。

温度与功耗测试

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锐龙Threadripper 3970X的待机温度为40℃,而使用AIDA 64 FPU来负载的话它会工作在全核3.7GHz,电压1.024V,满载温度76℃,而Core i9-10980XE此时由于是使用AVX-512指令集此时只工作在2.8GHz,所以温度相当低。

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首先要说下的是这里测的是平台功耗,锐龙Threadripper 3970X是个32核,所以它的功耗是不会低到哪去的,平台待机功耗138W,而满载功耗高达421W,比Core i9-10980XE的要高出134W,但分摊到每个核心的话其实锐龙Threadripper 3970X的每核心功耗是要比Core i9-10980XE更低的,这也是7nm工艺所带来的能耗比优势。

超频测试

先来说说用RyzenMaster自动超频的情况,如果单纯只用PBO的话,单核最大加速频率4.5GHz,全核加速频率4.1GHz,和默认是没有区别的。使用自动OC +200那档的话,单核最大加速频率能到4.6GHz,全核最大加速频4.15GHz,运行FPU时频为3.7到3.8GHz,稍微比默认高一点,但是没有太大区别。

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至于手动超频嘛……确实有点难搞,如果想过稳定性测试的话,建议还是别弄了,因为这32核的温度实在是太高了,CPU本身是可以超到4.25GHz的,但是散热器根本就压不住,我们已经用上360的一体式水冷了,想过AIDA 64 FPU稳定性测试的话全核频率只能控制在4GHz,电压1.1V,再稍微高一点温度也会控制不住。

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如果只是单纯想跑分的话超到4.25GHz也是可以的,电压需要加到1.328V,此时通过R20测试得分为18408,比默认状态提升了8.3%,也是一个不错的提升。

当然我觉得这个锐龙Threadripper 3970X其实能继续往上超的,但是完全被温度所限制住了,不过说真的32核能全核跑这个频率已经不错了。

这只是TRX40平台的开胃菜

今年的锐龙Threadripper 3970X对Core i9-10980XE其实就是去年锐龙Threadripper 2990WX对Core i9-9980XE的翻版,只不过Intel那边的Cascade Lake-X是在Skylake-X的基础上的小修小改,但AMD这边从Zen+进化到Zen 2完全是质的飞跃,把各种控制器移到外部的IOD上之后,锐龙线程撕裂者得以让每个核心获得相等的内存延迟,不会再像上一代那样有两个核心内存延迟特别大,导致那两个核心效率低下,Zen 2架构其实更适合这种超多核的处理器,能让每个CCD都能发挥出全部性能,也有利于核心数量的堆叠,从天梯榜就可以看到锐龙Threadripper 3970X的性能其实比上代的锐龙Threadripper 2990WX高出不少的,AMD这边的性能优势在进一步扩大。

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当然了AMD这种多芯片MCM结构CPU还是存在CCD之间通信延迟较大的问题,它们之间要走IF总线经过IOD才能交换数据,想想都知道延迟有多大,Intel这种单个大核心由于是芯片内部通信,核心与核心之间通信延迟自然低得多,不过呢,单个大核心是有极限的,毕竟核心堆得越多,芯片面积就越大,就会面临良品率低的问题,所以Intel也打算弄MCM多核了,56核的Cascade Lake-AP就是由两个28核的Cascade Lake-SP所组成的,不过目前这东西还只存在于纸面上,我怀疑等Intel弄得出来AMD Zen 3都要完工了。

目前来说锐龙Threadripper 3970X是现在HEDT平台上最强的处理器,在他之下是AMD上一代旗舰锐龙Threadripper 2990WX,Intel那边酷睿X系列处理器最多也只有18核,在多线程应用上根本无法和32核的处理器对抗,锐龙Threadripper 3970X在测试中它表现出了强大的运算能力,它应该会很受工作站的欢迎,强劲的并行计算能力可以大幅度提升生产力,渲染和视频制作的表现都比其他处理器要好,可以为内容创作者节约大量时间。

其实在去年AMD推出第二代锐龙线程撕裂者的时候就已经把HEDT平台的头把交椅夺了过来,第三代锐龙线程撕裂处理器的推出只会让AMD在这个位置上座得更稳,Intel在多核市场还真玩不过AMD,不然也不会做出把Core i9-9980XE价格腰斩,第十代酷睿X价格大幅下调这种事情出来。可能有人会拿那个28核的Xeon W-3175X来说事, 不过它价格实在是太高了,根本不在同一个水平,而且AMD之后还有64核的锐龙Threadripper 3990X要出呢,64核对28核,不用想都知道结果会怎么样。

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32核的锐龙Threadripper 3970X上市价是15299元,而24核的锐龙Threadripper 3960X则是10699元,去年锐龙Threadripper 2990WX上市价是13999元,锐龙Threadripper 2970WX则是9999元,可见第三代锐龙线程撕裂者的售价是要比上代产品要高的,当然了Zen 2架构的性能比Zen+强多了,还支持PCI-E 4.0,TRX40平台也比X399平台有更强的扩展能力,这些都可能是AMD把价格提高的因素,不过我觉得最重要的原因是AMD目前不打算把X399平台退市,而是作为一个稍微便宜一点的HEDT平台继续销售,毕竟X399平台在扩展能力和核心数量上都不是主流的X570平台可比的,这也不失为丰富自家HEDT平台产品线的一个方法。

至此,AMD的Zen 2架构处理器已经在桌面市场上阶段性的布局完毕,7月份发布的第三代锐龙处理器面向主流市场,而今天发布的第三代锐龙线程撕裂者则面向高端发烧友和工作站,桌面市场是上大部分产品都由高性能的Zen 2架构所取代,而AMD的下一步,应该就是要把Zen 2架构推向移动平台,让更多的用户能享受到这款7nm处理器所带来的极佳能耗比。

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