處理器歷史上有多科技創(chuàng)新，但是論整活兒的奇思妙想程度，AMD從歷史到今天就沒輸過，很多意想不到的設(shè)計(jì)都源自AMD——真不知道AMD的腦洞究竟有多大。這些天才設(shè)計(jì)有些是極具前瞻性的技術(shù)開發(fā)，有些直接成為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，推動(dòng)了科技領(lǐng)域的發(fā)展。

“開掛”的處理器

三級(jí)緩存現(xiàn)在看再正常不過了對(duì)吧？2000年發(fā)布了一款極為特殊的處理器AMD K6-III，特殊之處在于第一次提出了民用處理器的三級(jí)緩存架構(gòu)。這個(gè)名為TriLevel高速緩存的設(shè)計(jì)思路已經(jīng)成為今天的主流：提供了容量更大，速度更快，靈活性更高的系統(tǒng)高速緩存。三級(jí)緩存可以提供處理器更為強(qiáng)大的數(shù)據(jù)吞吐能力，但是成本極高。那個(gè)年代處理器的制程工藝完全無法集成更多更大的緩存，說白一點(diǎn)就是“腦子學(xué)會(huì)了，手沒跟上”。

那怎么辦呢？AMD的天才設(shè)計(jì)師想到了一個(gè)好方法，外掛三級(jí)緩存！在Super 7平臺(tái)上，主板廠商可以選擇外置一個(gè)高達(dá)1MB的高速三級(jí)緩存，以便提高處理器的數(shù)據(jù)吞吐能力——?jiǎng)e小看這個(gè)1MB的“外掛”，即便速度比處理器內(nèi)的一、二級(jí)緩存差，但遠(yuǎn)超過當(dāng)時(shí)的SDRAM內(nèi)存，也正是因此，K6-III處理器成為了當(dāng)時(shí)的性能擔(dān)當(dāng)。

DDR內(nèi)存普及功臣

DDR5內(nèi)存這么快就降價(jià)到白菜價(jià)格，是不是很意外？可你知道嗎，今天內(nèi)存如此便宜，和AMD當(dāng)年有分不開的緣由。2000年，RAMBUS內(nèi)存RDRAM推出，RDRAM與當(dāng)時(shí)（以及現(xiàn)在）的電腦技術(shù)架構(gòu)差距甚大（任天堂N64采用了RDRAM），而且因?yàn)閷＠趬?，購置RDRAM的成本非常高。同時(shí)又因?yàn)榧夹g(shù)原因，RDRAM必須成對(duì)購買、安裝終結(jié)器，這進(jìn)一步抬高了內(nèi)存購買成本。在那個(gè)年代人們都清晰記得被高價(jià)內(nèi)存支配的恐懼（128MB的SDRAM從130元暴漲到1300元），因此市場的抵觸情緒很高。

AMD在這個(gè)歷史節(jié)點(diǎn)上做出了重要技術(shù)抉擇，AMD和威盛選擇支持DDR SDRAM陣營——雖然初代DDR內(nèi)存性能遜于RDRAM，但是無論價(jià)格還是購置便利性（不需要成對(duì)購買，也不需要安裝終結(jié)器）DDR內(nèi)存都擁有著碾壓優(yōu)勢(shì)。因此，AMD處理器+DDR內(nèi)存很快就成為了市場上最受消費(fèi)者歡迎的電腦產(chǎn)品組合。

技術(shù)路線的選擇，不僅會(huì)推動(dòng)科技發(fā)展，也能左右市場風(fēng)向。

突破1GHz的世紀(jì)頻率大戰(zhàn)

2000年代，誰能將處理器率先突破1GHz，是整個(gè)科技業(yè)最為矚目的事情。因此，當(dāng)AMD率先推出1GHz處理器的時(shí)候，震驚了所有人。

AMD是如何突破1GHz的呢？在Athlon構(gòu)架上，創(chuàng)新性采用了DEC Alpha EV6架構(gòu)和DDR（雙倍資料傳輸率）技術(shù)。盡管Athlon開始只有100MHZ外頻，但是DDR技術(shù)連接到總線方式可以更高的頻寬。同時(shí)，關(guān)鍵分支預(yù)測器（Critical Branch Predictor Unit）相比K6處理器得到增強(qiáng)（決定處理器性能的重要設(shè)計(jì)），這是因?yàn)锳thlon更長的管線使得高精確的分支預(yù)測成為必要，否則將會(huì)導(dǎo)致使性能下降的管線延遲，重點(diǎn)來了：長管線設(shè)計(jì)使得高頻更容易實(shí)現(xiàn)。

正因如此，AMD在這場GHz世紀(jì)大戰(zhàn)中拔得頭籌。怎么說呢，猶記得當(dāng)年使用AMD處理器的小伙伴都是與有榮焉的樣子——如果你理解不了，那么這樣假設(shè)類比就明白了：“今天AMD宣布突破了10GHz頻率大關(guān)”。

行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)X86-64 AMD的驕傲

2003年8月，AMD發(fā)布了新一代CPU——Athlon 64（代號(hào)ClawHammer），基于全新的K8微架構(gòu)。這是一顆具有劃時(shí)代意義的處理器，而且其中一項(xiàng)技術(shù)深遠(yuǎn)的改變了電腦科技的發(fā)展變革，這便是X86-64指令集架構(gòu)。

K8最重要的改變就是加入了AMD獨(dú)創(chuàng)的64位指令集架構(gòu)X86-64，它是一種基于X86架構(gòu)的擴(kuò)展指令集，在X86-64指令集架構(gòu)下不僅可以高效運(yùn)行64位程序，也能出色地執(zhí)行32位X86程序，遠(yuǎn)比當(dāng)時(shí)的純64位指令集架構(gòu)更加優(yōu)秀。正因如此，很快X86-64就獲得了微軟等業(yè)界領(lǐng)導(dǎo)者的支持，迅速成為了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

你以為這就完了，處理器集成內(nèi)存控制器這個(gè)事情現(xiàn)在看起來理所應(yīng)當(dāng)對(duì)吧？這是AMD當(dāng)年的創(chuàng)舉——K8處理器采用HyperTransport總線，并率先集成了內(nèi)存控制器。

開啟電腦多核心時(shí)代

現(xiàn)在你肯定找不到單核心處理器了，多核心已經(jīng)成為了基礎(chǔ)規(guī)格。但是時(shí)間回到2005年，AMD率先推出了面向個(gè)人用戶的單一晶體雙核心處理器Athlon 64 X2——這是一個(gè)劃時(shí)代的事件，它意味著處理器發(fā)展的方向開始全面邁向多線程、多核心時(shí)代。

不同于同一時(shí)期的另一款雙核心處理器：兩個(gè)處理器核心分別連接北橋，然后兩個(gè)晶體安裝在一個(gè)處理器基板上，性能極為孱弱。與之對(duì)比，Athlon 64 X2優(yōu)異的性能表現(xiàn)迅速成為市場焦點(diǎn)。

腦洞之最 共享浮點(diǎn)的推土機(jī)

處理器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，個(gè)人認(rèn)為沒有任何一個(gè)處理器能夠和2010年發(fā)布的AMD推土機(jī)架構(gòu)相比。注意，這個(gè)結(jié)構(gòu)上的差異不是優(yōu)化架構(gòu)、是否多核心等等，推土機(jī)架構(gòu)的變化涉及到處理器的基本結(jié)構(gòu)，可以看看這篇文章：《科個(gè)普：處理器是如何工作的？》。

AMD推土機(jī)架構(gòu)采用了模塊化的小核設(shè)計(jì)（所以你知道為什么AMD在模塊化設(shè)計(jì)上能走的這么遠(yuǎn)了嗎），每個(gè)模塊內(nèi)有兩個(gè)整數(shù)單元和一個(gè)浮點(diǎn)單元，各自搭配專用的調(diào)度器，一個(gè)浮點(diǎn)單元可為兩個(gè)整數(shù)單元“共享”使用。

AMD認(rèn)為（事實(shí)上在當(dāng)時(shí)也是如此），典型數(shù)據(jù)負(fù)載都以整數(shù)運(yùn)算為主（此時(shí)AMD已經(jīng)收購ATI，未來浮點(diǎn)運(yùn)算期望交給圖形核心處理），浮點(diǎn)運(yùn)算占一小部分，所以大多數(shù)情況下一個(gè)龐大的浮點(diǎn)單元只會(huì)白白消耗內(nèi)核面積和功耗，整數(shù)單元忙得要死。推土機(jī)架構(gòu)通過在兩個(gè)整數(shù)單元之間共享一個(gè)浮點(diǎn)單元，既節(jié)省了內(nèi)核面積和功耗，也能靈活滿足實(shí)際負(fù)載需求。

推土機(jī)架構(gòu)的設(shè)想十分獨(dú)特，但是結(jié)構(gòu)上，高頻小核心+深流水線讓它的執(zhí)行效率難言出眾，后來的事實(shí)證明，注重IPC效率的大核心更加有效。不過，這種一個(gè)浮點(diǎn)核心+兩個(gè)整數(shù)核心所共享使用獨(dú)特的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)也給人留下了深刻的印象。

APU：核顯“奠基人”

2006年AMD收購了ATI，成為當(dāng)時(shí)業(yè)界唯一一家具有處理器+圖形核心+芯片組的半導(dǎo)體企業(yè)。稍后2009年，又剝離了自己的重資產(chǎn)芯片制造業(yè)務(wù)，成為了一家Fabless無廠半導(dǎo)體企業(yè)。在經(jīng)歷了一段時(shí)間的蟄伏后，AMD拿出了自己的全新產(chǎn)品兌現(xiàn)諾言：融合。

所謂的融合，今天看來再正常不過的事情：單一晶體內(nèi)包含CPU和GPU兩個(gè)部分，即核心顯卡。

彼時(shí)，集成顯卡是置于北橋芯片之中（現(xiàn)在連北橋芯片都已經(jīng)融入處理器），帶寬瓶頸十分嚴(yán)重。2011年AMD推出的Bobcat APU芯片，將所有這些功能模塊全部整合到一塊晶片后，有效提升各組件之間的帶寬。APU內(nèi)部的GPU圖形陣列、UVD解碼引擎與北橋模塊及內(nèi)存控制器之間的通道高達(dá)27GB/s，內(nèi)存控制器和內(nèi)存之間的帶寬也同樣達(dá)到了27GB/s。

在2011年，這是極具震撼的科技創(chuàng)新。可以這么講，如今我們看到的所有核顯CPU，都是APU的衣缽傳承人。

定制處理器 AMD的神來之筆

現(xiàn)在買游戲機(jī)幾乎已經(jīng)成為了AMD的“一言堂”，除了任天堂的蜜汁操作，XBOX和Playstation都是AMD的天下。

AMD在APU上的多年耕耘，擁有豐富的技術(shù)儲(chǔ)備，還記得前面我們說的嗎：“成為當(dāng)時(shí)業(yè)界唯一一家具有處理器+圖形核心+芯片組的半導(dǎo)體企業(yè)”。找遍市場，游戲機(jī)產(chǎn)品想要擁有一套完整方案的可靠供應(yīng)商，只有AMD一家。

簡單舉一個(gè)例子，在處理器+圖形核心的統(tǒng)一內(nèi)存尋址功能上，AMD具備的技術(shù)實(shí)力是任何一家企業(yè)無法比擬的，它可以大幅度提高處理器+圖形核心的數(shù)據(jù)傳輸，并且因?yàn)槭荴86-64架構(gòu)，對(duì)開發(fā)人員有著極大的便利。說白一點(diǎn)可以輕易挖掘硬件的所有性能，而不是像Playstation 3模擬地球的Cell處理器那樣，一直到游戲機(jī)生命末期程序員才能吃透硬件機(jī)能。

可定制性的靈活技術(shù)策略，讓游戲機(jī)廠家有了足夠的“自主權(quán)”，這就是擁有全套技術(shù)的好處，AMD可以給得更多。

這不，Ryzen Z1的推出又推動(dòng)了X86-64掌上游戲機(jī)的技術(shù)變革，AMD在定制處理器這方面可謂獨(dú)步天下了。

吃螃蟹的AMD HBM顯存領(lǐng)路人

HBM顯存突然之間爆火，人工智能推高了HBM超高帶寬顯存的需求，可是，這個(gè)技術(shù)是誰先放進(jìn)顯卡的？答案是AMD。

2015年，AMD發(fā)布了搭載HBM顯存的Radeon R9 Fury、Radeon R9 Nano、Radeon R9 Fury X和Radeon Pro Duo。4096bit顯存位寬、512GB/s顯存帶寬驚呆了全世界，要知道當(dāng)時(shí)最高規(guī)格的GDDR5不過是512bit位寬、384GB/s的顯存帶寬。

說簡單點(diǎn)，當(dāng)時(shí)AMD發(fā)布Radeon R9系列時(shí)，所有人都覺得這是外星科技。在技術(shù)路線的選擇上AMD總是有驚人之舉，但好像又在情理之中。

CCX 劃時(shí)代的處理器結(jié)構(gòu)

如果問你更靈活的設(shè)計(jì)、更好的性能體驗(yàn)、更低的制造成本如何達(dá)成？AMD會(huì)告訴你一個(gè)全新的答案：CCX。CCX是CPU Complex（處理器綜合體）的簡寫，它是自2017年發(fā)布的AMD Zen架構(gòu)最基本組成單元，每個(gè)CCX整合了四個(gè)Zen內(nèi)核，每個(gè)核心都有獨(dú)立的L1與L2緩存，核心內(nèi)部擁有完整的計(jì)算單元，不再像此前的推土機(jī)架構(gòu)共享浮點(diǎn)單元，這四個(gè)核心還將共享L3緩存，每個(gè)核心都可以選擇性的附加SMT超線程，而且可以隨意關(guān)閉任意一個(gè)。

然后，再用Chiplet的方式將這些CCX核心+I/O芯片堆疊組合在一起，形成一個(gè)低成本、高性能、設(shè)計(jì)靈活的處理器。

CCX的設(shè)計(jì)方案讓AMD擁有了前所未有的處理器迭代能力，因?yàn)樵O(shè)計(jì)更加靈活，設(shè)計(jì)時(shí)間也大大加快。

AMD的Chiplet

科技業(yè)界能夠縫合芯片的都是“高端玩家”，AMD就是其中的佼佼者。這個(gè)技術(shù)稱之為Chiplet，這種技術(shù)可以使不同功能、不同制程工藝的芯片顆粒（晶體），用高級(jí)封裝技術(shù)把不同的芯粒集成在一起，提高良品率的同時(shí)降低成本，也讓生產(chǎn)變得更加靈活。

AMD最新的幾代產(chǎn)品都極大受益于“SiP + Chiplet”的異構(gòu)系統(tǒng)集成模式，這樣的生產(chǎn)方式讓AMD的處理器可以用更有競爭力的價(jià)格銷售，大家口中的性價(jià)比其實(shí)也是高科技呢。

22年后再開掛 疊疊樂3D V-Cache技術(shù)

開篇提到的AMD K6-III“外掛”緩存還記得吧？AMD時(shí)隔22年后，把外掛的三級(jí)緩存“升級(jí)了”，這就是3D V-Cache技術(shù)。

3D V-Cache的構(gòu)造是在原本已具備32MB三級(jí)緩存CCD (Core Chiplet Die) 表面，通過特殊技術(shù)手段垂直堆疊上64MB的SRAM，讓每一個(gè)核心都能均等地共享這“額外的”L3高速緩存，這樣可以在占用很少空間的情況下顯著增加緩存的大小。

消費(fèi)場景中的應(yīng)用的計(jì)算密集度通常要低得多，這使得緩存延遲發(fā)揮更加關(guān)鍵的作用。有較低的延遲意味著預(yù)渲染幀可以更快地傳輸?shù)斤@卡中，減少輸入延遲并提高幀速率——游.戲.性.能顯著提升。

全大核不同頻 驚不驚喜？

在新一代銳龍7000系列處理器中，如何兼顧能耗與性能之間的平衡關(guān)系是一件非常棘手的事情。大小核是一種解決方案，但是這要涉及到程序應(yīng)用的調(diào)度機(jī)制調(diào)整，而且容易出現(xiàn)問題。AMD在這方面的腦洞既合乎情理，又簡單粗暴：全大核設(shè)計(jì)，但是同核不同頻。驚不驚喜、意不意外？這么麻煩的事情AMD就這樣解決了，重點(diǎn)是還挺有效。

AMD的天才設(shè)計(jì)師們總是能用我們意想不到的方式推進(jìn)技術(shù)變革，不是嗎？