提升游戏性能15%，AMD Zen 系列处理器3D垂直缓存技术详解

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最近几年，AMD凭借着一项又一项的技术逐渐赶上了Intel，尽管市场有一定差距，但两者技术各有所长，AMD Zen系列处理器上的3D垂直缓存技术就大大提高了其性能，在游戏方面就能提升15%以上。
AMD的7nm Zen3架构发布一年了，5nm Zen4架构要等到明年底才能问世，消费级的锐龙更远一些，所以这一年多的空档期中AMD还需要过渡性产品，这就是3DV-Cache缓存增强版的Zen3+。在AMD官网最新的投资者PPT中，AMD提到了在先进封装上的进步，指出2019年推出chiplets小芯片封装技术之后，2021年推出了3Dchiplets封装技术，使用了小芯片+3D堆栈的方式。

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AMD所说的这个3D chiplets就是之前公布的3D V-Cahe缓存，最初是2021年6月份在锐龙5000处理器上演示的，前不久的发布会上AMD还宣布了升级版Milan-X霄龙系列处理器，每个小芯片上同样增加了额外的64MB缓存，总计达到了804MB缓存，性能提升了66%。

当然，对游戏用的锐龙5000处理器来说，缓存是从64MB增加到了192MB，此前AMD对原型芯片的测算显示，游戏性能最高提升25%（《怪物猎人世界》），最少也有4%（《英雄联盟》），平均在15%左右。
3D缓存增强版的锐龙处理器应该会定名为锐龙6000系列，预计会在2022年1月份的CES展会上发布，填补5nm Zen4发布之间的空白，明年的AMD主力就是它了。
AMD 3D垂直缓存技术
在2021年6月1日召开的 2021 台北国际电脑展（Computex 2021）上，AMD CEO 苏姿丰发布了 3D Chiplet 架构，这项技术首先将应用于实现“3D 垂直缓存”（3D Vertical Cache），将于今年年底前准备采用该技术生产一些高端产品。

苏姿丰表示，3D Chiplet 是 AMD 与台积电合作的成果，该架构将 chiplet 封装技术与芯片堆叠技术相结合，设计出了锐龙 5000 系处理器原型。

官方展示了该架构的原理，3D Chiplet 将一个 64MB 的 7nm 的 SRAM 直接堆叠在每个核心复合体之上，总而将供给“Zen 3”核心的高速 L3 缓存数量增加到 3 倍。
3D 缓存直接与“Zen 3”的 CCD 结合，通过硅通孔在堆叠的芯片之间传递信号和功率，支持每秒超过 2TB 的带宽。


D Chiplet 架构的处理器与目前的锐龙 5000 系列外观上完全相同，官方展示了一个 3D Chiplet 架构的锐龙 9 5900X 原型。
Yuzo Fukuzaki解释
高级技术研究员Yuzo Fukuzaki发表了一篇文章，阐明了AMD的这项技术在处理器缓存层次结构中的最合理位置。显然通过3D垂直缓存技术，可以扩展处理器的L3缓存，而不是作为所谓“L4缓存”使用，而16核心的Ryzen 9 5950X处理器共拥有192MB的L3缓存。
作为一颗SRAM芯片，3D垂直缓存芯片采用了7nm工艺制造，尺寸为6×6 m㎡。据推测，3D垂直缓存芯片大约有2300个硅通孔（TSV），单孔直径约17μm，让底层CCX与3D垂直缓存芯片紧密相连。Zen 3架构处理器应该在设计之初就考虑到使用3D垂直缓存芯片的可能性，这说明AMD在该技术上已开发多年。

根据此前AMD的官方介绍，3D垂直缓存技术是基于台积电的SoIC技术。作为一种无损芯片堆叠技术，意味着不使用微凸点或焊料来连接两个芯片，两个芯片被铣成一个完美的平面。底层CCX与顶层L3缓存之间是一个完美的对齐，硅通孔可以在没有任何类型的粘合材料的情况下进行匹配。
其CCX做了翻转（由面向顶部改为面向底部）处理，然后削去了顶部95%的硅，再将3D垂直缓存芯片安装在上面，让缓存和核心之间的距离缩短了1000倍，减少了发热、功耗和延迟。

Yuzo Fukuzaki表示，为了应对Memory Wall（内存墙）问题，处理器的缓存设计非常重要。更大容量的缓存在高端处理器上早已成为一种趋势，而3D垂直缓存技术有助于提供处理器的性能，同时可以解决低良品率问题，更好地控制成本

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AMD Zen 系列处理器3D垂直缓存技术

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缓存是从64MB增加到了192MB，此前AMD对原型芯片的测算显示

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