AMD 3D V-cache有望改變緩存設(shè)計(jì)

核心和頻率曾經(jīng)是人們?cè)谫?gòu)買 CPU 時(shí)關(guān)注的主要規(guī)格，但 AMD 的 3D V-Cache 技術(shù)改變了這一切。2022 年的 Ryzen 7 5800X3D 證明緩存是影響游戲性能的最重要因素，而 AMD 僅通過(guò)添加公司稱之為“3D V-Cache”的技術(shù)。

3D V-Cache 不僅僅是一些營(yíng)銷流行語(yǔ)或像 Sega Genesis 的“爆炸處理”那樣的噱頭，而是半導(dǎo)體行業(yè)曾經(jīng)面臨的最大問(wèn)題之一的解決方案。即使沒(méi)有它，3D V-Cache 已被證明是提供更多高級(jí)和高端 CPU 的好方法，而 AMD 方面無(wú)需付出太多努力。

什么是緩存？

在我們談?wù)?3D V-Cache 之前，我們需要先談?wù)劤Ｒ?guī)的舊緩存。很久以前，計(jì)算機(jī)使用兩種基本類型的存儲(chǔ)：硬盤驅(qū)動(dòng)器和隨機(jī)存取存儲(chǔ)器 (RAM)。硬盤驅(qū)動(dòng)器速度慢但可以存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)，而 RAM 只能存儲(chǔ)少量數(shù)據(jù)但速度非?？?。在 1990 年代 CPU 性能改進(jìn)的速度開(kāi)始超過(guò) RAM 之前，這種安排一直很有效，并且 RAM 需要變得更快，這樣處理器才不會(huì)成為瓶頸。

解決方案是緩存。這種內(nèi)存比 RAM 小很多，但性能更高，而且它位于處理器中，而不是主板上的某個(gè)位置。這創(chuàng)建了一個(gè)內(nèi)存層次結(jié)構(gòu)，頂部是高速緩存，中間是 RAM，底部是存儲(chǔ)（如硬盤驅(qū)動(dòng)器和固態(tài)驅(qū)動(dòng)器）。但緩存最終發(fā)展出自己的層次結(jié)構(gòu)，具有不同級(jí)別的性能和容量以滿足每個(gè)芯片的需求。（這也適用于其他類型的處理器，如 GPU。）

今天，典型的高端 CPU 具有 1 級(jí)（或 L1）、L2 和 L3 緩存。L1 緩存很小，分配給每個(gè)單獨(dú)的內(nèi)核以盡快處理小指令。L2 高速緩存提供給一組內(nèi)核供獨(dú)占使用，但更大，有時(shí)會(huì)大一個(gè)數(shù)量級(jí)，并且存儲(chǔ)在任何單個(gè)內(nèi)核之外。L3 緩存通常由單個(gè) CPU 上的所有內(nèi)核共享，并且通常是最大的最后一層。一些非常小眾的 CPU 甚至帶有 L4 緩存，這通常不在 CPU 本身上，而是放在 CPU 封裝上的一種 RAM，例如第 4 代 Xeon 的 HBM2 緩存。

什么是 3D V-Cache？

3D V-Cache 只是一個(gè)芯片，上面只有緩存，Ryzen 5000 和 Ryzen 7000 CPU 在設(shè)計(jì)時(shí)就考慮了 3D V-Cache 兼容性。每個(gè) 3D V-Cache 芯片或小芯片都有 64MB 的 L3 緩存，是單個(gè) Zen 計(jì)算小芯片的兩倍。您可能認(rèn)為 3D V-Cache 應(yīng)該算作 L4 緩存，因?yàn)樗皇?CPU 本身的一部分，但 AMD 實(shí)際上將這些小芯片垂直安裝在所有核心和緩存所在的計(jì)算小芯片上，而這是3D V -Cache 品牌的來(lái)源。

Ryzen 7 5800X3D 是第一款使用該技術(shù)的 AMD CPU，作為同代唯一的 3D V-Cache CPU，它基本上是一個(gè)試運(yùn)行。Ryzen 7 5800X（沒(méi)有 V-Cache）有 32MB 的 L3，但 5800X3D 有三倍，為 96MB。添加所有這些緩存的全部目的是為了防止 CPU 盡可能多地與 RAM 通信，因?yàn)?RAM 比 L3 緩存慢得多。對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用程序來(lái)說(shuō)，緩存太多了，但是有一種軟件喜歡緩存：游戲。

游戲通常不需要大量的 CPU 內(nèi)核和原始馬力即可良好運(yùn)行，而是需要 CPU 盡快處理大量小數(shù)據(jù)。畢竟，大多數(shù) PC 游戲玩家都希望以 60 FPS 或更高的速度運(yùn)行游戲，這意味著至少每 16.67 毫秒更新一次幀。5800X3D 在游戲性能方面與 Ryzen 9 5950X 和 Core i9-12900K 并駕齊驅(qū)，并且與Ryzen 9 7950X和Core i9-13900K相比仍然表現(xiàn)出色。當(dāng)Ryzen 7000X3D CPU今年推出時(shí)，它們幾乎肯定會(huì)成為市場(chǎng)上最快的游戲芯片。

也就是說(shuō)，3D V-Cache 并不完美，因?yàn)槭褂?V-Cache 的 CPU 的時(shí)鐘速度低于其非 3D 對(duì)應(yīng)物。額外的緩存彌補(bǔ)了游戲中較低的頻率，但在其他應(yīng)用程序中，性能損失很小。因此，3D V-Cache 可能永遠(yuǎn)不會(huì)成為 Ryzen CPU 的默認(rèn)設(shè)置。

3D V-Cache 有什么特別之處？

歸根結(jié)底，3D V-Cache 只是一個(gè)帶有緩存的芯片，而 5800X3D 出色的游戲性能更能說(shuō)明緩存對(duì)游戲的作用有多大，而不是 3D V-Cache 提供了新的性能水平。但 3D V-Cache 對(duì)緩存來(lái)說(shuō)并不是革命性的，而是對(duì)處理器的構(gòu)建方式來(lái)說(shuō)是革命性的，并且是業(yè)界最大問(wèn)題之一的潛在解決方案：摩爾定律的死亡。

摩爾定律預(yù)測(cè)，從現(xiàn)在起兩年后最快的芯片的晶體管數(shù)量將是目前最快芯片的兩倍。晶體管是處理器中最小的組件，晶體管越多通常意味著性能越好。由于處理器只能做到這么大，滿足摩爾定律的預(yù)期意味著實(shí)現(xiàn)更高的密度，而更高的密度主要是通過(guò)使用更好的制造工藝（也稱為節(jié)點(diǎn)）來(lái)實(shí)現(xiàn)的。簡(jiǎn)而言之，該行業(yè)傳統(tǒng)上能夠通過(guò)使用最新的工藝或節(jié)點(diǎn)來(lái)跟上摩爾定律。

在過(guò)去的十年中，摩爾定律一直在維持生命，因?yàn)殚_(kāi)發(fā)更好的新節(jié)點(diǎn)極其困難。密度增加的步伐已經(jīng)顯著放緩，以至于公司可能無(wú)法滿足摩爾定律的預(yù)期，這意味著技術(shù)進(jìn)步正在放緩。尤其是緩存，一直對(duì)密度改進(jìn)非常抵觸，就在去年，臺(tái)積電宣布其 3nm 工藝的初始版本的緩存密度不會(huì)超過(guò) 5nm。

3D V-Cache 巧妙地解決了這個(gè)問(wèn)題。通過(guò)將大部分 CPU 的緩存放在自己的小芯片上，AMD 可以將計(jì)算芯片上的更多空間專用于邏輯晶體管，邏輯晶體管構(gòu)成獨(dú)立的內(nèi)核，比緩存更容易縮小。此外，這意味著 AMD 可以為 V-Cache 芯片使用更舊、更便宜的節(jié)點(diǎn)，同時(shí)為計(jì)算小芯片保留最先進(jìn)的節(jié)點(diǎn)。我們已經(jīng)可以看到 AMD 將這種設(shè)計(jì)理論應(yīng)用于其 GPU；RX 7900 XTX 和 XT有一個(gè)主 GPU 芯片，周圍有六個(gè)包含所有 L3 緩存的其他小芯片。

即使沒(méi)有制造危機(jī)，3D V-Cache 仍然是提供發(fā)燒級(jí)產(chǎn)品的有效方式。AMD 不需要專門為游戲設(shè)計(jì) CPU（這會(huì)讓 AMD 難以盈利），AMD 也不需要讓它的主流 CPU 配備比必要更多的緩存（這會(huì)使每個(gè) CPU 都非常昂貴） . 3D V-Cache 非常簡(jiǎn)單，但卻是游戲規(guī)則的改變者；有可能，甚至很有可能，我們會(huì)看到像英特爾這樣的公司用他們自己的緩存芯片復(fù)制 3D V-Cache 的成功。

審核編輯 ：李倩