龙骑士之舞 AMD 45nm Phenom II测试

前言

AMD 45纳米芯片

【IT168 评测】2008年11月13日，AMD公司在位于美国加利福尼亚州桑尼维尔市的总部召开财务分析师会议。也是在这一天，采用45纳米DSL（Dual Stress Liner，双应力应变硅）/SOI（Silicon on Insulator，绝缘硅）制造工艺、研发代号Shanghai（上海）的新一代AMD Opteron（皓龙）系列处理器正式发布。20天之后的2008年12月3日，上海，这一代以该座城市命名的处理器产品正式登陆国内市场。其实那个时候我们已经能够隐约感觉到，或许桌面版本的AMD 45纳米处理器也已经离我们不远了……

率先问世的两款产品分别为Phenom II X4 940 Black Edition和Phenom II X4 920

果不其然，当时间的脚步刚刚跨入2009年的时候，北京时间1月8日13时，AMD 45纳米桌面级处理器揭下了神秘的面纱。新一代产品仍然沿用Phenom（羿龙）和Athlon（速龙）两大品牌，除保留现有Phenom四核心/三核心以及Athlon双核心系列外，还新增了Athlon四核心/三核心系列。率先问世的两款产品分别为“Phenom II X4 940 Black Edition（黑盒）”和“Phenom II X4 920”，其研发代号“Deneb”同样沿用上代产品“Star Core”即以星座名称命名的方式，Deneb意为天鹅星座上的第一明星。

与上述两款处理器一道问世还有AMD的第二代3A平台——Dragon（龙）

与上述两款处理器一道问世还有AMD的第二代3A平台——Dragon（龙）。在唱过2006年7月24日那出并购ATI的大戏后，AMD一举成为能够同时供应处理器、芯片组（主板）以及图形核心（显示卡）三大PC核心组件的芯片厂商，2007年11月15日正式发布的初代3A平台——Spider（蜘蛛）让当时的Phenom系列处理器、790FX主板以及Radeon HD 3800系列显示卡三者首度联手，而此番问世的Dragon平台无疑更上层楼，毕竟790GX主板和Radeon HD 4800系列显示卡两者均称得上是相当成功的产品。

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AMD 45纳米制造工艺简析

45纳米究竟有多小？

虽然制造工艺并不能像微架构设计那样为半导体芯片带来直接的性能提升，但是其却是将后者付诸于现实的基础。现实我们通常以纳米（Nanometre，nm）做为半导体芯片制造工艺的度量单位，其表示半导体芯片上晶体管间连接导线的宽度，连接导线的材质过去普遍是铝，现在则均采用铜连线了。1纳米等于10亿分之一米或100万分之一毫米。例如人的头发约为60000纳米，血细胞约为7500纳米，晶体管栅极约为40纳米，DNA约为3.4纳米，高性能的栅极氧化层约为0.8纳米，而硅原子则甚至只有0.22纳米。

AMD公司的45纳米制造工艺主要包括以下内容：

浸没式光刻技术（Immersion Lithography）

浸没式光刻技术（Immersion Lithography）

通过与IBM公司的合作，AMD公司已经制定了一个稳定、高效的浸没式光刻技术进程，在保持产量符合传统光刻技术的同时更是有着超过常规光刻技术40%的涨幅，采用AMD公司45纳米技术的晶圆已经开始应用浸没式光刻技术了，AMD公司的分析表明，浸没式光刻技术是一种比传统光刻技术更有效率，更具本效益的方法。

第四代应变硅技术（Fourth-generation Strained Silicon）

第四代应变硅技术（Fourth-generation Strained Silicon）

AMD公司的45纳米制造工艺采用了他们的第四代应变硅（Fourth-generation Strained Silicon）技术，利用硅锗、双应力应变硅以及先进的应变记忆技术，能够有效提高晶体管的开关速度和电源效率。对于终端处理器产品而言，其运作时钟频率和效能均将从中获益。

超低K电介质（Ultra-low-k Dielectrics）

超低K电介质（Ultra-low-k Dielectrics）

在一些日后的45纳米产品上，AMD公司计划采用超低K电介质（Ultra-low-k Dielectrics）以减少半导体芯片上晶体管间连接铜导线的延误率多达15%。目前的低介电常数材料K值为3.0，而在采用超低K电介质后其K值为2.4，这无疑有助于芯片整体效能的提高。

高K栅介质和金属栅电极（High-k/metal Gates）

高K栅介质和金属栅电极（High-k/metal Gates）

做为AMD公司“持续改进晶体管办法”（Continuous Transistor Improvement，CTI）的核心，AMD公司已经选择采用高K栅介质和金属栅电极，他们选择与IBM公司合作开发的方法，旨在用最有效率的方式迁移至高K栅介质和金属栅电极，这将进一步提高性能和降低能耗。

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AMD 45纳米Phenom II X4 940 BE实物

AMD 45纳米Phenom II X4 940 BE实物

我们不妨先从数字上直观的感受45纳米制造工艺所带来的进步：65纳米的Phenom X4系列处理器的核心面积为285平方毫米，晶体管数量为4.5亿个；45纳米的Phenom II系列处理器的核心面积为258平方毫米，晶体管数量为7.58亿个。得益于45纳米制造工艺所做出的贡献，Phenom II系列处理器在继承了Phenom系列处理器微架构的同时获得了诸多改良：更快的时钟频率、更低的电力消耗、更高的内存支持、更大的缓存容量，还有更多的每时钟周期执行指令数以及AMD内存优化和增强的内存预取技术等……

AMD的桌面级处理器产品路线图上甚至出现了3.1GHz的Phenom II X4 950（BE）

45纳米制造工艺能够帮助AMD顺利出货时钟频率更快的桌面级处理器产品，Phenom II X4 940 BE和Phenom II X4 920的预设时钟频率便分别达到了3.0GHz和2.8GHz，我们还在AMD的桌面级处理器产品路线图上看到了预设时钟频率3.1GHz的Phenom II X4 950（BE）的身影，要知道65纳米制造工艺的Phenom系列处理器最快的预设时钟频率也不过2.6GHz。虽然制造工艺的进步并不能为半导体芯片带来直接的性能提升，但是包括芯片微架构设计以及时钟频率和缓存容量这样的规格指标均离不开它的支持。

SocketAM3接口的45纳米处理器仍然能够在现有SocketAM2+接口的主板上使用

事实上绝大部分的AMD 45纳米桌面级处理器产品届时均将过渡至新的Socket-AM3接口，而非像Phenom II X4 940 BE和Phenom II X4 920两者一样沿用现有的Socket-AM2+接口。不过，这并不意味着在更换处理器的同时也需要将主板和内存一起换掉，采用Socket-AM3接口的AMD 45纳米处理器仍然能够在现有Socket-AM2+接口的主板上使用，加之前者同时内建DDR2和DDR3两组内存控制器，因此即便升级至Socket-AM3接口处理器，原来的DDR2内存也仍然能够同新处理器和之前的主板一道使用。

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Phenom II V.S. Phenom

Phenom II X4 940/920已经内建了DDR3内存控制器，不过由于我们手上并没有支持DDR3内存的Socket-AM2+接口主板，因此在测试时仍然使用DDR2-1066内存，这与Phenom X4 9950是一致的。主板和显示卡则分别为790GX和Radeon HD 4870。

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基准性能：3DMark-V CPU AI/Physics

Phenom II X4 940 BE分别比Phenom X4 9950 BE快了23%和16%，Phenom II X4 920较之后者也分别快了15%和9%左右，Phenom II X4 920较之Phenom X4 9950 BE在3DMark CPU物理运算上的性能提升幅度是这次测试中唯一没有超过10%的。

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办公性能：SYSmark 2007 Preview

Phenom II X4 940 BE和Phenom II X4 920处理器分别比Phenom X4 9950 BE处理器快了14%和12%左右，其中在电子学习和3D建模两组子项目上的分数差异较大，其次是办公效率这个子项目，而在视频创作上的分数差异并不能体现出前两者的优势。

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3D渲染性能：CINEBENCH R10 1 CPU/X CPU

一组内核运作下的Phenom II X4 940 BE和Phenom II X4 920分别比Phenom X4 9950 BE处理器快了26%和18%，这已经算是个不小的差距了，而四组内核运作下的前两者较之后者的性能提升幅度均降低了8个百分点，分别来到了18%和10%的水准上。

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图像渲染性能：3ds Max 2009/POV-Ray v3.7

Phenom II X4 940 BE和Phenom II X4 920在POV-Ray v3.7图像渲染性能测试上分别比Phenom X4 9950 BE处理器快了38%和28%，这样的性能提升幅度在我们所进行的测试中是最大的，而其在3ds Max 2009图像渲染上最高也能够来到20%的水平。

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未完待续……

AMD给出45纳米Phenom II的性能提升幅度为20%以上

在这张幻灯片上，AMD以Phenom II X4 940和Phenom X4 9950两款处理器产品为例来说明前者较之后者的性能提升主要源于更多的每时钟周期执行指令数、更快的时钟频率、更大的缓存容量以及DDR3内存模组，AMD给出的性能提升幅度为20%以上。

在我们所测试的项目中，Phenom II X4 940比Phenom X4 9950平均快了21%，Phenom II X4 920也比Phenom X4 9950快16%，这样的性能提升幅度与AMD给出的20%的参考值相吻合。当然，虽然Phenom II X4 940/920处理器已经内建了DDR3内存控制器，但是我们手上并没有支持DDR3内存的Socket-AM2+接口主板，因此我们在测试时仍然使用的是DDR2-1066内存。按照AMD的说法，若为Phenom II系列处理器搭载DDR3内存，那么其较之Phenom的性能提升幅度还应该再增长3个百分点左右。

处理器制造工艺的进步往往也意味着功耗的降低和超频能力的增强

Phenom II能否重现AMD在K7时代的超频辉煌？

间接获益于45纳米制造工艺，AMD Phenom II系列处理器较之上代同级别产品取得了符合预期的性能提升。与此同时，处理器制造工艺的进步往往也意味着功耗的降低和超频能力的增强，而AMD的45纳米处理器在这两方面上也同样给了我们不小的期许，从上面这两张幻灯片上我们也不难看出AMD对于自己45纳米Phenom II处理器产品的充足信心。那么，新一代的AMD 45纳米处理器究竟会有着怎样的功耗表现？它又能否重现AMD在K7时代的超频辉煌？我们也将在下周三发布对此的测试文章，敬请留意……