AMD 正式发布全新 Ryzen 5000 系列处理器，採用 TSMC 7nm 制程、核心代号为「Vermeer」，升级全新 Zen 3 微架构、相较上代性能平均提升达 19%， AMD 不单止以核取胜，今代 IPC 性能更完全压倒 Intel，并成功夺走最强 Gaming CPU 头衔。HKEPC 编辑将分析 Zen 3 微架构的改动，并找来全新 Ryzen 9 5900X、Ryzen 9 5950X 处理器，与 Intel Core i9-10900K 作效能对比测试。

68% 累积性能提升、Ryzen 5000 处理器登场

假如 PC 市场没有了 AMD，或许今天效能级 CPU 仍停留在 4 核心规格，高阶 HEDT 可能只是 12~16 核心，然后 IPC 性能只有单位数字缓慢成长，就是因为 AMD Zen 微架构的出现，迫使 Intel 再不能以挤牙膏式推出新产品，玩家们终于有了别的选择。

AMD 全新 Ryzen 5000 系列不再依靠 CPU Cores 数目取胜，针对 CPU 微架构及 SoC Block 设计作出大幅改良，不仅 IPC 性能完全超越 Intel，甚至连 Intel 一直引以为傲的游戏性能亦被攻克了，首次坐上最佳游戏 CPU 宝座。

回顾 AMD 至 2017 推出 Zen 微架构的进步，无论是制程及微架构都按照时程表发展并準时实现，Zen 3 微架构仅相隔 Zen 2 短短 18 个月，IPC 性能平均提升了 19%，游戏性能提升 9~39% 不等，如果对比首代 Zen 架构的 IPC 性能累积提升 41%，如果将时脉成长计算在内的累积提升高达 68%，AMD 更表示 5nm 的 Zen 4 将準时在 2022 年上市 ，难怪大家都在说︰「AMD Yes」。

全新 AMD Zen 3 微架构

AMD Zen 3 微架构是基于现有的 Zen 2 微架构作为蓝图并重新设计，包括了 Front-End、Execution Engine、Load Store Unit、SOC 晶片架构都有大量改动，包括了增加内部频宽、提升运算单元使用率、提升缓存命中率、提升单一週期指令执行数等等，主要改进及全新设计包括︰

→ 改良 Front-end Fetch 及 Pre-Fetch 能力

→ L1 Branch Target Buffer 容量提升 1 倍

→ 增加 Branch Predictor Bandwidth

→ Execution Engines 增至 10 issues per Cycles
→ 更大的 Integer window
→ 增加 Floating Point Bandwidth
→ 更快的 Floating Point FMAC 单元

→ 增加 Load/Store Bandwidth

→ 大幅减低 Core to Core 延迟

→ 大幅减低 Core to Cache 延迟

→ 8 核心 CCD 晶片设计

→ 单一的 32MB L3 Cache 设计

→ 经过良的 Core to Cache Ring System

经改良的 Front End 引擎

全新 AMD Zen 3 微架构针对 Front End 引擎作出了大幅改良，经改良的 TAGE Branch Predictor，提供更快的指令提取、预测分支并进一步减少分支错误所造成的延迟，更大的 Branch Predictor Bandwdth，提早填充至 Request Queue 单元，有助降低运算延迟并优化记忆体系统并行性能。

AMD Zen 3 微架构其中一个重点是 Branch Target Buffer (BTB) 缓存，L1 BTB 由 Zen 2 的 0.5K Entries 增至 1K Entries，Indirect Target Array (ITA) 亦增至由 1K Entries 增至 1.5K Entries，更大的 Branch Bandwidth 有助更快分支错误的回复，减少背靠背预测造成的预测泡沫，能加快预测分支的进行并降低分支失败率。

▲ AMD Zen 3 微架构的指令提取设计

此外， AMD Zen 3 微架构为提升 Micro-Tags 效率，虽然 μOps Cache 缓存保持在 4,096 条，但加快了 μOps Cache 的排序过程，μOps Cache 与 I-Cache 之间的切换速度更快，让解码后存放的μOps 指令更快地被提取，当遇上相同的 x86 指令时不需要再 Decoder 单元进行解码，直接由 μOps Cache 缓存单元提取 μOps 指令，为 Front-End 引擎提供更高的 x86 指令吞吐量。

▲ AMD Zen 3 的 Front End 引擎

指令解码方面， AMD Zen 3 微架构的 Front-End 引擎沿用 1 组 4-Wide x86 Decoder ，与 Zen 2 一样每个週期可处理 4 个 x86 指令，每个週期可提取的 μOps 亦同与为 8 条，但更高效 Branch Prediction 与更快速的 μOps 指令处理，令 Zen 3 拥有更低延迟、更大的 x86 指令吞吐量，更有利于 SMT 同步多线程运算效率。据 AMD 白皮书中指出，Zen 3 的19% IPC 增长，其中 1/4 是来自 Front-End 的改良。