AMD Zen 5架構詳解（一）：桌上型、行動版差異以及Zen 5、Zen 5c差異解說

AMD在Tech Day 2024結束後，透過Zen 5 Architecture Deep Dive說明會解說Zen 5、RDNA 3.5、XDNA 2等架構的設計特色，筆者將重點整理於下。

1種Zen 5、多種應用

AMD首先在Ryzen 9000系列桌上型處理器以及Ryzen AI 300系列行動版處理器導入Zen 5處理器運算架構，隨後預計於2024年下半推出同樣採用Zen 5架構、代號為Turin的第5代Epyc伺服器處理器，並在投影片中透露也將推出對應的嵌入式處理器。

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• Zen 5架構詳解（一）：桌上型、行動版差異以及Zen 5、Zen 5c差異解說（本文）
• Zen 5架構詳解（二）：Zen 5、RDNA 3.5、XDNA 2架構解說
• Zen 5效能實測（一）：Ryzen 7 9700X、Ryzen 5 9600X搶先上市，單核心效能增益最高達20%
• Zen 5效能實測（二）：Ryzen 9 9950X、Ryzen 9 9900X上市，正16大核怪獸降臨

我們將重點放在家用市場產品，首先看到採用小晶片（Chiplet）設計、代號為Granite Ridge的Ryzen 9000系列桌上型處理器，並從處理器核心開始，由小而大說明其組織架構。

Ryzen 9000的每組核心搭配1MB L2快取記憶體，並以最多8組核心構成1組CCX（Core Complexes，核心複合體），共享32 MB L3快取記憶體，然後每組CCX構成1組CCD（Core Chiplet Die，核心裸晶），處理器能夠容納1或2組CCD，而CCD採用TSMC（台積電）4nm節點製程。

舉例來說，6核心的Ryzen 5 9600X只有1組CCX，這組CCX只有6組核心。而16核心的Ryzen 9 9950X的具有2組CCX，每組CCX則有8組核心。

此外，Ryzen 9000還有1組負責記憶體控制、輸出 / 輸入介面以及內建顯示等功能的IOD（I/O Die，I/O裸晶）。值得注意的是AMD先前在Tech Day 2024提到為了簡化研發流程並加速上市日程，因此在Ryzen 9000中沿用了Ryzen 7000世代的IOD，維持TSMC 6nm節點製程，保有具2組運算單元（CUs）的內建顯示晶片以及影片編、解碼加速單元，提供最基本的顯示功能。

▲ AMD會在Ryzen 9000系列桌上型處理器、Ryzen AI 300系列行動版處理器、第5代Epyc伺服器處理器、嵌入式處理器等產品中導入Zen 5架構，並應用Zen 5、Zen 5c等2種衍生核心。

▲ Ryzen 9000系列桌上型處理器採用小晶片（Chiplet）設計，上方2組方型區域為2組CCD，下方則為1組IOD。

▲ Ryzen 9000系列桌上型處理器的CCD、IOD功能方塊圖。

行動版採單一封裝設計

至於代號為Strix Point的Ryzen AI 300系列行動版處理器部分，則採用單一封裝SoC設計，將最多2組CCX與I/O功能置於單一裸晶之內，其中各CCX最多可以容納8組Zen 5或是8組Zen 5c（後詳）核心。

舉例來說，Ryzen AI 9 HX 370的2組CCX分別具有4組Zen 5以及8組Zen 5c核心，總共為12核心組態，而Ryzen AI 9 HX 365則分別具有4組Zen 5以及6組Zen 5c核心，總數為10核心。

Ryzen AI 300的I/O功能最大的改變之處在於強化內建顯示晶片，除了由RDNA 3架構提升為效能與電力效率都更高的RDNA 3.5繪圖架構外，運算單元最大數量也由12組提升至16組，能夠帶來更高的遊戲與3D繪圖效能。另一方面它也將NPU（神經處理器，主要應用於AI運算）的運算架構由XDNA升級為XDNA 2，並將AI引擎模塊（AI Engine Tile）數量由前代的20組擴充為32組，相較於前代產品具有5倍效能與2倍電力效率。

不過在新增如此多功能的取捨之下，由處理器提供的PCIe Gen 4通道由原本的20組下調為16組，意味著筆記型電腦產品在安裝固態硬碟之後通道組態將拆為8+8或8+4+4，造成獨立顯示晶片只能使用PCIe Gen 4x8通道，對於高階電競、創作者筆電來說影響較大。

▲ Ryzen AI 300系列行動版處理器則將CCX與I/O功能設置於單一裸晶之內。

▲ Ryzen AI 300系列行動版處理器的CCX、I/O功能方塊圖。

▲ Ryzen AI 300系列行動版處理器是目前唯一集合Zen 5、RDNA 3.5、XDNA 2等AMD最新架構的產品。

▲ Ryzen AI 300系列行動版處理器內建的XDNA 2架構NPU較前代產品具有5倍效能與2倍電力效率。

Zen 5、Zen 5c同架構小改款

Zen 5架構的設計目標包括最大化1條與2條執行緒的效能提升，並在AVX-512指令集完整支援512 bit資料路徑（Datapath），同時支援可調整式的FP512、FP256資料路徑，以增進向量運算與AI運算的效能，並能夠選則使用4nm或3nm節點製程，以滿足不同效能、功耗、成本定位的產品需求。

此外AMD也推出Zen 5、Zen 5c等2種衍生核心，Zen 5為正常版核心，而Zen 5c代表「Compact」緊緻版核心。2者都支援相同的指令集以及SMT（Simultaneous Multithreading，多執行緒），並具有一樣的IPC（Instructions per Cycle，每周期指令），主要的差異在於最高時脈以及L3快取記憶體容量不同。

以代號為Strix Point的Ryzen AI 9 HX 370行動版處理器為例，它具有2組CCX，其中1組具有4組Zen 5核心搭配16 MB L3快取記憶體，另1組具有8組Zen 5c核心搭配8 MB L3快取記憶體。

Zen 5核心針對單執行緒效能進行最佳化，具有更高的時脈與容量更大L3快取記憶體，但是相對而言會占據更大的裸晶面積。相較之下，雖然Zen 5c核心的最高時脈比較低，L3快取記憶體容量也比較小，但是能在相同的裸晶面積下提供更多核心數量，並且具有較佳的電力效率，適合在提升系統多工效能的同時控制整體電力消耗。

AMD也表示由於Zen 5、Zen 5c等2種核心支援相同的指令集、具有相同IPC且都支援SMT，因此在資源調度方面會比競爭對手Intel所使用的P-Core、E-Core設計會簡單許多。後者的2種核心支援指令集範圍並不完全相同，各核心的IPC也不相同，且僅P-Core支援SMT，將會因為不同核心之間差異過大，而增加作業系統與處理器內部等軟、硬體工作排程器運作的複雜性，雖然有著可以提高電力效率的優勢，但也有效能比較難達成最佳化的潛在隱憂。

▲ Zen 5架構設計重點之一就是最大化1條與2條執行緒（1T、2T）的效能提升，並透過完整支援AVX-512來強化AI運算效能。

▲ Zen 5屬於「滿血版」處理器核心，而Zen 5c則透過降低時脈與L3快取記憶體換取更高的電力效率與更小的裸晶占用面積。

筆者將在下篇文章中繼續深入解說Zen 5處理器、RDNA 3.5繪圖、XDNA 2運算架構的請讀者參考系列文章的連結。