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AMD Ryzen Threadripper 3960X/3970X 處理器評測,TRX4 豪華饗宴升級上桌!

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Zen 微架構發表以來,伺服器、工作站、桌上型電腦處理器均為同一套晶片設計,單一封裝整合多個晶粒即為 HEDT、工作站、伺服器產品,如今 AMD HEDT 平台也進入 Zen 2 微架構時代,先行推出實體 24 核心與 32 核心的 Ryzen Threadripper 3960X 和 3970X。

chiplet 設計發威

以 AMD 的財力與公司規模而言,能夠在 x86 處理器市場與 Intel 纏鬥多年,從多家爭鳴到現今僅存 2 強(VIA 表示……),實屬津津樂道的典範,但也因為公司規模不比 Intel,在某些設計必須要更有彈性,重複利用手中擁有的資源,從 Zen 微架構發表以來,無時無刻都可以看到類似的範例。

Zen、Zen+ 採用稱為 Zeppelin 的晶片設計(APU 版本除外),該設計具備完整 SoC 功能,不若 Intel x86 處理器須強制搭配晶片組才能使用(Atom 類小核心 x86 設計除外),4 個 x86 處理核心接上 1 個共用 L3 快取,稱之為 1 個 CCX(Core Complex),單一 Zeppelin 包含 2 組 CCX。

Zeppelin 為完整 SoC 設計,因此除了 x86 核心以外,也包含記憶體控制器、PCIe/SATA/USB 等高速通道,以及 LPC、SPI、I2C 等低速介面,這些不同區塊透過由 HyperTransport 發展而來的 Infinity Fabric 互連架構相互連接。順帶一提,Zen 微架構之後的 APU 也是透過 Infinity Fabric 與 Vega 顯示繪圖區塊相互溝通。

Infinity Fabric 互連架構除了讓 Zeppelin 內部相互溝通,也可以讓 Zeppelin 與 Zeppelin 之間互通有無,這就是第一代消費市場 HEDT 平台 Ryzen Threadripper 與伺服器市場 EPYC 處理器的原理,TR4/SP3 腳位封裝可納入 4 個 Zeppelin 晶粒,再依據目標市場不同,分別開啟 Zeppelin 內部功能與對外通道數量多寡。

▲ AMD HEDT 平台第一代和第二代 Ryzen Threadripper,以及伺服器市場的 EPYC,均採用多晶封裝的方式整合 4 個 Zeppelin 晶粒,接著再依據目標市場開放內部功能與通道數量多寡。

進入 Zen 2 微架構,Infinity Fabric 仍是連接各功能部位的中堅份子,版本連帶提升來到第二代 Infinity Fabric 2,但此時處理器封裝內部有所變化,HEDT 平台版本不再是完整 SoC 功能 Zeppelin 晶粒複數形式,而是改採單一 IOD 晶粒加上多顆 CCD 晶粒 chiplet 設計,單一 CCD 包含 2 組 CCX,IOD 則吸納記憶體控制器、高、低速通道等功能。若是讀者有興趣,可以參考我們先前對 Zen 2 微架構的說明。

CCD 設計橫跨消費級至企業級產品,無論是第三代桌上型 Ryzen 或是 EPYC 2 系列,處理器封裝內部均含有 TSMC 7nm 製程生產的 CCD,再配上功能、通道數量不同的 IOD。AM4 處理器封裝最多可吸納 1 個 IOD 和 2 個 CCD,SP3 與本篇要說明的 TRX4 封裝腳位,則可安裝 1 個包含更多高速通道的 IOD,以及最高 8 個 CCD。

▲ 透過 chiplet 設計,SP3 與 TRX4 封裝內部最多可包含 1 個 IOD 以及 8 個 CCD。

24 核心與 32 核心先登場

第三代 Ryzen 桌上型處理器最高階型號為 Ryzen 9 3950X,實體核心數量相對前一代翻倍來到 16 核心,因此也壓縮到第三代 Ryzen Threadripper 處理器核心數量起跑線劃設。AMD 先行推出封裝內部包含 4 個 CCD 的型號,分別為單一 CCD 開啟 6 個核心,總計 24 核心 48 執行緒的 Ryzen Threadripper 3960X,以及單一 CCD 開啟全部 8 個核心,總計 32 核心 64 執行緒的 Ryzen Threadripper 3970X。

第三代 Ryzen Threadripper 4 個 CCD 型號發表的同時,AMD 同時確認 8 個 CCD 核心數量全開達 64 核心 128 執行緒版本將於 2020 年推出,型號一如外界預測為 Ryzen Threadripper 3990X。至於是否會推出 8 個 CCD,單一 CCD 開啟 6 個核心,共計 48 核心 96 執行緒的產品,AMD 表示不方便對未公布產品發表意見。

▲ 第三代 Ryzen Threadripper 又換另外一種包裝,外層為紙盒,中央開孔可見到處理器本體。

▲ 移除外盒上蓋,即可發現處理器位於內部的塑膠盒當中。

▲ 第三代 Ryzen Threadripper 塑膠盒下半部仍舊擺放說明書、貼紙、相容 Asetek 一體式水冷系統的扣具、扭力板手(負責主機板處理器插槽的開啟與鎖緊)。

▲ Ryzen Threadripper 3960X 與 Ryzen Threadripper 3970X 處理器。

▲ 第三代 Ryzen Threadripper 處理器封裝外型不變,金手指觸點也是 4094 個,但因腳位定義改變,並不相容前一世代 X399 晶片組主機板。

▲ 是的,AMD 會推出實體 64 核心 Ryzen Threadripper 3990X,並維持 TDP 280W,至於實體 48 核心的產品不好說……

TR4 與 TRX4 不相容

AMD 於 Zen 2 微架構時代導入 PCIe 4.0 規格,由於該標準實體層使用 16GHz 頻率傳輸,以往電路板經常採用的 FRP4 規格損耗太高,因此雖然第三代 Ryzen 桌上型處理器相容先前 400 系列晶片組主機板,但 AMD 為確保傳輸品質,後續遂於 AGESA 鎖住 400 系列、300 系列晶片組主機板使用 PCIe 4.0 的可能性。

當 HEDT 平台也進入 Zen 2 世代,PCIe 4.0 訊號完整性同樣是考量重點之一,AMD 決定第三代 Ryzen Threadripper 處理器與 TRX40 晶片組主機板,無法交叉相容第一、第二代 Ryzen Threadripper 處理器與 X399 晶片組主機板。AMD 官方對此作出解釋,由於受到內部 chiplet 封裝位置的影響,封裝腳位定義相較先前世代有所變更,因此雖然安裝機構相容、金手指觸點同樣為 4094 個,但雙方並不相容。

▲ 第一、第二代 Ryzen Threadripper 處理器與 X399 晶片組主機板 TR4 腳位插槽,無法與第三代 Ryzen Threadripper 處理器與 TRX40 晶片組主機板交叉相容,AMD 亦為此將腳位插槽重新命名為 TRX4。

另外一項與封裝有關的細節,在於 Ryzen Threadripper 3960X 和 3970X 內部具備 4 個 CCD 晶粒,其中第四個 CCD 的體質較好、運作頻率較高,並銜接於 IOD 延遲最小的 Infinity Fabric 2 通道。另外,由於記憶體控制器集中於 IOD 身上,不若前一世代分散於 2 個 Zeppelin,因此使用者無需考慮 UMA 和 NUMA 架構差異,Ryzen Threadripper 2970WX/2990WX 的 Dynamic Local Mode 更不會出現,但 Ryzen Master 還是保留 Legacy Mode,關閉 2 個 CCD 將時脈、功耗、散熱餘裕灌輸在開啟的 2 個 CCD 身上。

▲ Ryzen Threadripper 3960X 和 3970X 內部第 4 個 CCD 晶粒的體質較好、運作頻率較高,並銜接至 IOD 延遲最低的 Infinity Fabric 2 通道。

不必考慮與先前世代的相容性,AMD 替第三代 Ryzen Threadripper 處理器增添不少好康,譬如處理器本身 PCIe 通道數量增加至 64 條,其中 8 條保留連接至 TRX40 晶片組,尚有 56 條可以使用;TRX40 晶片組則可另外接出 16 條 PCIe 通道,因此 TRX40 平台最高可提供 72 條 PCIe 4.0 通道。

▲ AMD TRX40 晶片組主機板包含處理器在內,整個平台最多可提供 72 條 PCIe 4.0 通道予玩家使用,但由於部分通道可設定為 PCIe 或是 SATA 功能,實際數量依據各家主機板不同而有所變化。

AMD 表示,Zen 2 世代 I/O 區塊採用模組化設計,無論是處理器封裝內部的 IOD,或是外部晶片組 X570、TRX40,可依據市場需求以及生產考量進行增減,玩家們能夠觀察到 TRX40 規格很像 2 顆 X570 拼裝的原因在此,實際卸除 TRX40 晶片組上方的散熱片,即可得知仍為單一晶片封裝。

平台燒機耗電量 400W

第三代 Ryzen Threadripper 處理器 TDP 上升至 280W,就實測而言確實如此,無論是 Ryzen Threadripper 3960X 或是 Ryzen Threadripper 3970X,AIDA64 FPU 燒機測試與前一世代 Ryzen Threadripper 2990WX 同樣維持在 400W 左右,Blender Benchmark 大約上升 30W~40W 左右,來到 433W~437W。

燒機溫度表現同樣受到 TDP 影響,溫度隨之上升不少,但還在 Enermax LIQTECH TR4 240 一體式水冷控制範圍之內,沒有出現過熱觸發 T state 的現象。當然,相對於 TDP 保持在 165W 的 Core i9-10980XE,第三代 Ryzen Threadripper 耗電量與溫度表現都高出一截,倘若將核心數量加入一同計算,Ryzen Threadripper 3970X 單核電力效率則偏高一些。

▲ Ryzen Threadripper 3960X 和 Ryzen Threadripper 3970X 燒機耗電量略為上升,但依靠 TSMC 7nm 製程,後者單核心能源效率比值相對 Core i9-10980XE 高出些許。

Ryzen Threadripper 3960X 和 Ryzen Threadripper 3970X 燒機耗電量略為上升,TRX40 晶片組主機板平台又提供相當多的 PCIe 通道,加上 AMD 大方開放使用 ECC 記憶體,因此不少人應該已經打算入手 AMD 新一代 HEDT 平台,加裝繪圖卡作為 3D 渲染農場使用。

若使用者想替 TRX40 晶片組主機板加裝多張顯示卡、繪圖卡,別忘了選購 1 顆功率瓦數不亞於 1000W 的電源供應器,光是第三代 Ryzen Threadripper 處理器即可輕易消耗 400W 以上的功率,加上 2~4 張高階顯示卡、繪圖卡,更需要充足的能源供應。當然,電源供應器製造商更是笑得樂開懷,因為自從 NVIDIA 和 AMD 限縮 4 張顯示卡串聯運算 3D 畫面,1000W 以上的電源供應器就逐漸乏人問津。

 

(下一頁:值得你期待的效能表現)

爆炸性效能成長

第三代 Ryzen Threadripper 採用 chiplet 架構,改善過去第一、第二代的缺點,譬如記憶體分屬 2 個 Zeppelin 管理,NUMA 架構對於消費市場應用不太友善。Zen 2 微架構更修正 Zen/Zen+ 微架構面對 AVX2 指令集時,因執行單元寬度不足,採用 128bit 執行 2 次完成 256bit 運算的方式。

以筆者測試處理器所使用的數款測試程式結果探討,Ryzen Threadripper 3970X 和 Ryzen Threadripper 2990WX 雖然都是實體 32 核心處理器,但是前者於絕大部分測試均有 3 成~5 成的成長幅度,SiSoftware Sandra 20/20 多媒體測試項目甚至超過100%,多媒體長整數原生項目將近 125%,實屬驚人!讓對手 HEDT 平台最高階 Core i9-10980XE 處理器只能在部分使用 AVX-512 指令集項目,以及記憶體存取效能保有尊嚴。

▲ 標準測試時,筆者將雙方平台記憶體設定至 JEDEC 最高支援標準,AMD 平台為 DDR4-3200,主機板自行選擇 22-22-22-52 時序;Intel 平台為 DDR4-2933,主機板自行選擇 16-18-18-36 時序。

▲ Core i9-10980XE 於 CPU-Z 單執行緒保有最佳表現,獲得 549.6 分,多執行緒則是 AMD 的天下。

▲ Sandra 20/20 運算效能測試,Core i9-10980XE 雖然只有實體十八核心,但部分影像處理項目,可透過 AVX-512 指令集與 Ryzen Threadripper 3970X 打成平手甚至更好,但大部分項目均無法阻擋 32 核心強烈攻勢。另外第三代 Ryzen Threadripper 處理器無法於科學分析、神經網路項目獲得分數。

▲ Core i9-10980XE 於 AIDA64 快取與記憶體頻寬測試保有較高的記憶體頻寬利用效率,存取延遲也較低。第三代 Ryzen Threadripper 記憶體存取延遲對比第二代產品反而增加不少,箇中狀況頗讓人玩味。

▲ 7-Zip 壓縮、解壓縮測試為標準的多執行緒為王,Ryzen Threadripper 3960X、Ryzen Threadripper 3970X 表現比 Core i9-10980XE 為佳;Ryzen Threadripper 2990WX 可能是受到 NUMA 架構影響,壓縮表現不如預期。

▲ 影片轉檔 x264 FHD Benchmark、HWBOT x265 Benchmark 沒有懸念,由 Ryzen Threadripper 3960X、Ryzen Threadripper 3970X 奪下錦旗。

▲ 多款 3D 渲染軟體均往多執行緒處理器靠攏,Ryzen Threadripper 3970X 表現可達 Core i9-10980XE 的 2 倍以上。

PCMark 10 考量電腦整體效能,Core i9-10980XE 雖然核心數量不比競爭對手,卻可獲得突破萬分的成績。仔細觀察細項成績,Core i9-10980XE 於渲染與視覺化、繪圖項目擁有較好的表現。此一現象延續至 VRMark 和 3DMark 測試,Core i9-10980XE 在 HEDT 平台數款產品當中,算是對遊戲較為友善的處理器。

▲ Core i9-10980XE 於 PCMark 10 突破萬分,Ryzen Threadripper 3960X 和 Ryzen Threadripper 3970X 分別獲得 9528 分和 9571 分。

▲ AMD HEDT 平台處理器總是於 VRMark 當中的 Cyan Room 項目表現異常,AM4 主流平台 Ryzen 9 3950X 則表現正常。

▲ 3DMark 整體而言,Ryzen Threadripper 3960X 表現相對 Ryzen Threadripper 3970X 為佳,Ryzen Threadripper 3960X 和 Core i9-10980XE 則互有勝負。

身價水漲船高

AMD Zen 2 微架構處理器導入 PCIe 4.0,致使主機板電路板需要採用介電常數更低的材料,甚至是加裝許多 redriver 晶片,才能維持訊號的完整性,因而墊高主機板價格。同樣的狀況也發生在 HEDT 平台,目前已知旗艦級 TRX40 晶片組主機板售價將會突破新台幣 3 萬元,而當今售價最高的 MSI MEG X399 Creation 只需要一半價格。

同理,第三代 Ryzen Threadripper 效能有目共睹,除了逼迫 Intel 調降 HEDT 平台全線處理器價格,本身售價也水漲船高。對比上市售價,Ryzen Threadripper 3960X 高出 Ryzen Threadripper 2970WX 美金 100 元來到 1,399 元,折合約新台幣 42,750 元;Ryzen Threadripper 3970X 高出 Ryzen Threadripper 2990WX 美金 200 元來到 1,999 元,折合約新台幣 61,100 元。

由於 AM4 主流平台和 TRX4 HEDT 平台價格區間差距過大,此時反而要擔心 Intel HEDT 平台見縫插針,部分需要多條 PCIe 通道的玩家,可能因此轉向對手降價後的解決方案。無論如何,AMD Zen 2 絕地大反攻表現亮眼,反而是 Intel 在 x86 處理器又陷入有些不知所措的狀況,筆者則私心希望,AMD 過去未曾於行動市場影響藍色巨人,這次透過 TSMC 7nm 製程不知道有沒有機會?

 

產品資訊

AMD Ryzen Threadripper 3960X

AMD Ryzen Threadripper 3970X

延伸閱讀

測試平台

  • Intel:
  • 主機板:Asus Prime X299 Edition 30
  • 記憶體:Kingston HyperX Fury RGB DDR4-3466 8GB x 4 @DDR4-2933
  • 顯示卡:NVIDIA GeForce RTX 2080 Ti Founders Edition
  • 系統碟:Plextor M9Pe(G) 512GB
  • 電源供應器:Seasonic Platinum SS-1000XP
  • 作業系統:Microsoft Windows 10 Pro 64bit 1909
  • AMD TR4:
  • 主機板:MSI MEG X399 Creation
  • 記憶體:Cosair Dominator Platinum RGB DDR4-3600 16GB x 4 @DDR4-2933
  • 顯示卡:NVIDIA GeForce GTX 2080 Ti Founders Edition
  • 系統碟:Corsair Force MP600 Gen4 PCIe x4 NVMe M.2 SSD 1TB
  • 電源供應器:Seasonic Platinum SS-1000XP
  • 作業系統:Microsoft Windows 10 Pro 64bit 1909
  • AMD TRX4:
  • 主機板:Asus ROG Zenith II Extreme
  • 記憶體:Cosair Dominator Platinum RGB DDR4-3600 16GB x 4 @DDR4-3200
  • 顯示卡:NVIDIA GeForce GTX 2080 Ti Founders Edition
  • 系統碟:Corsair Force MP600 Gen4 PCIe x4 NVMe M.2 SSD 1TB
  • 電源供應器:Seasonic Platinum SS-1000XP
  • 作業系統:Microsoft Windows 10 Pro 64bit 1909
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