Ryzen 7 3700X 与 Core i9-9900K 同频 PK:英特尔要成追随者了

其实从 AMD 的第二代锐龙和第三代锐龙处理器的评测就能看出,AMD 这几年来处理器的单线程和多线程性能都有所提升,从 Zen 到 Zen+ 再到 Zen 2,AMD 在不断的对内核和缓存进行优化提升性能,新的工艺也让锐龙处理器的频率节节攀升,特别是使用台积电 7nm 工艺的锐龙 3000 系列处理器在能耗比方面远超 Intel 同档产品。

不过锐龙 7 3700X 首发评测时有一样东西是没做的,就是同频测试,估计大家应该很想现在 Intel 和 AMD 处理器在同核心同频率情况下谁更强一些,今天我们要做的就是这个测试。

这几年来 Intel 与 AMD 处理器架构变化

AMD 方面

在 2017 年 Zen 架构出来之前,推土机架构那个惨我就不想再提了,Zen 架构让 AMD 有了翻身的资本,它与与以往的推土机架构相比进化相当的大,14nm FinFET 工艺、SMT 多线程、全新的缓存设计、大幅提升的 IPC、SenseMI 技术等让其与以往的推土机架构表现完全不同,IPC 与挖掘机架构相比提示了 52% 之多。

Zen 架构核心图

锐龙处理器内部都有两个 CCX 单元,这是 Zen 架构的最小 CPU Complex(CCX),内有四个 x86 核心,每个核心都有独立的 L1 与 L2 缓存,共享 8MB L3 缓存,每个核心都可以选择性的附加 SMT 超线程,CCX 内部的核心是可以单独关闭的,CCX 之间使用高速 Infinity Fabric 进行通信,这种模块化设计允许 AMD 根据需求扩展核心、线程和缓存数量,针对消费客户,服务器和 HPC 市场推出不同的产品。

2018 第二代锐龙处理器的 Zen+ 架构其实只是小修小改,采用从 14nm 工艺改良而来的 12nm 工艺,频率明显比上代更高了,功耗也有所降低,内存和缓存的延迟也有所 降低,使得 IPC 有少量提升了 3%,第二代精准频率提升技术和 XFR2 的引入允许更多线程同时提升到更高的频率,不同线程的负载可以把频率提升到不同水平,不像第一代那样一刀切只能提升两个线程。

而今年的 Zen 2 架构改动就大了,最大的变化就是 CPU 从单个核心变成了 MCM 多芯片封装,它由 1 到 2 个 CCD 核心和 1 个 I/O 核心所组成,把原来整合在 CPU 里面的内存 /PCI-E/USB/SATA 控制器等又独立出去了,这样的设计更为灵活让 AMD 可以拿出 16 核的 AM4 处理器,而且可以用最新的 7nm 工艺生产 CCD 核心,而对性能没那么敏感的 I/O 核心则使用原来的 12nm 工艺,对降低成本和提高良品率都有一定帮助。

Zen 2 架构的内核经过了一系列的优化 ,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,使它在运行创作类应用时性能大幅提升,其他修改包括采用全新的 TAGE 分支预测器、改善指令解码系统、整数调度器从 84 增加到 92、改进读取与存储系统。

缓存设计也有所修改,为了对应内存控制器外置后的延迟提升,Zen 2 架构的 L3 缓存直接翻了一倍,L1 数据缓存位宽也翻了倍,L1 与 L2 缓存的预读机制都有所改善。

Zen 2 架构的 IPC 提升了 15% 之多,再加上 7nm 工艺带来的频率提升,单线程性能比上代提升了 21% 之多,处理器的功耗也因为采用新制程也大幅降低,此外它也是首款支持 PCI-E 4.0 的处理器。

Intel 方面

反观 Intel 这几年,由于 10nm 工艺的一再延期,导致新架构处理器的更新也一再延期,其实当年 Intel 是打算 10nm 的 Cannon Lake 和 14nm++ Coffee Lake 处理器一同推出的,然后再下一年全部都换成 10nm+ 的 Ice Lake,结局大家都看得到了,Cannon Lake 只有一款产品并且只是少量出货,桌面市场继续用 14nm 的 Coffee Lake 支撑着,下一代桌面处理器依然是用 14nm 工艺,采用全新 Sunny Cove 架构的 Ice Lake 虽然发布了,但只面向移动市场,桌面市场什么时候有还是未知数。

其实 Intel 的桌面处理器架构从 2015 年的 Skylake 开始就没变过,当年的 Skylake 可以说是自 Sandy Bridge 以来 Intel 最给力的一次升级了,CPU 同时升级架构、工艺及核显,内存同时支持 DDR3 与 DDR4,采用了更为先进的 14nm 工艺使得 Skylake 在频率提升、性能增强的同时功耗有了明显降低,而 FIVR 电压控制模块则被取消了,电压的控制也重新回到主板上,然而谁知道这架构一用旧这么多年。

2017 年年初推出的 Kaby Lake 其实就是工艺升级到 14nm+ 的 Skylake,能耗比有所提升,最明显感觉是频率更好超了。

2017 年 10 月推出的 Coffee Lake 工艺升级到 14nm++,能耗比进一步提升,内核增加了两个,IPC 无提升,但多核性能有了质的飞越。

去年推出的第九代酷睿处理器依然是 Coffee Lake 架构,Intel 进一步把核心数量增加到 8 个,而且内部导热材料从硅脂换回了无钎剂焊,散热能力会有大幅提升。

自从 2015 年 14nm 工艺投产以来 Intel 一直在改进工艺,在不提升功耗的情况不断提升性能,14nm++ 工艺比初代 14nm 工艺性在同样电压下频率能提升 26%,或者在同样频下功耗降低 52%,在同世代的工艺里面算是相当不错的了,但是 10nm 因为最初的标准定得太高的问题导致良品率一直不高,拖了很久才能投产。

其实这么多年来 Intel 并不是没有对内核进行过优化,HEDT 平台上的 Skylake-X 架构虽然内核依然是 Skylake,但是缓存经过修改,缩小 L3 增大 L2 以此来提升 IPC,另外用网状总线代替了环形总线,并且增加了 AVX-512 指令集,然而这些修改都没有普及到主流平台处理器上。

Ice Lake 处理器所用的 Sunny Cove 微架构是这几年来 Intel 最大的一次内核升级了,只是不知道桌面平台什么时候能用得上。

测试平台与说明

这次测试其实就是把首发的测试项目再重跑一次,平台也是差不多的,测试对象包括同是 8 核 16 线程的 Ryzen 7 3700X、Ryzen 7 2700X 和 Core i9-9900K,处理器的频率全部锁到 4GHz,电压 AUTO 就可以了,不过 AMD 平台上 AUTO 电压的话都普遍偏高,手动设置的话又没啥代表性,所以功耗就不测了。

PCMark 10 整机性能测试

基准性能测试

创作能力测试

游戏性能测试

测试成绩汇总

根据上面的测试数据我们可以统计得出这三个 CPU 的综合性能表现:

Zen 2 架构的 Ryzen 7 3700X 与上代 Zen+ 架构的 Ryzen 7 2700X 相比,在同频情况下单线程性能提升了 11.7%,而多线程性能提升 18%,Zen 2 架构优化带来的效能提升是相当之明显的,只用了一年时间就让性能提升这么多,AMD 这效率真让人惊叹。

而且我们可以看到的是 Ryzen 7 3700X 的单线程性能在同频情况下就已经比 Core i9-9900K 高出 3%,多线程性能更是高出 9%,这说明 Intel 以往微架构上的优势已经不复存在了,现在 IPC 是 AMD 的 Zen 2 比较强,而且 Zen 架构多核互联的效率更高,多线程的性能提升比率 Zen 架构都要比 Intel 现在基于 Skylake 的 Coffee Lake 要更高,当年的 Skylake 微架构确实不错,然而原地踏步四年的话是必然会被超越的,现在 Intel 剩下的也只是他们的 14nm++ 工艺能把频率拉到很高来掩饰他们处理器效能的不足,然而能耗比早就被用 7nm 的 Zen 2 远远抛离。

随着 Zen 2 架构的单线程效能的提升,Ryzen 7 3700X 的游戏性能也比 Ryzen 7 2700X 有了明显的改善,同频率下提升了 10% 左右,游戏性能的增幅并没有 CPU 性能增幅那么大,这多是内存控制器外置到 I/O 核心后导致内存延迟增大的锅,Ryzen 7 3700X 与同频 Core i9-9900K 的差距已经缩小到 93.8%,和上代的 Zen+ 有了不小的进步。

AMD Zen 2 同频效能已经超越了 Intel 的 Coffee Lake,AMD 这几年在 CPU 市场发力,推出了三代 Zen 架构处理器,处理器效能一代比一代好,反观 Intel 这几年,虽然 CPU 架构也换了三代,然而本质上还是 Skylake,IPC 从 2015 年开始就没变过,只是在不断的往里面堆核心并提升频率,虽然说 Intel 手上还有使用 Sunny Cove 的 10nm Ice Lake 处理器,然而明年也未必能在桌面市场看到它的身影,而 AMD 明年应该可以如期拿出采用 7nm EUV 工艺的 Zen 3,目前全球各地零售市场都出现了 AMD 处理器的出货占有率增长甚至超越 Intel 处理器的情况,Intel 再不重视桌面市场就真会被 AMD 抢过去了。