PC處理器用3D V-Cache堆緩存，現(xiàn)階段真的值得嗎？

作者：時間：2024-09-26 來源：

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最近AMD Ryzen R7 7800X3D突然又漲到了3000元往上的價格，不知道是臺積電一側3DIC先進封裝工藝產(chǎn)能吃緊，還是需求側突然對這類帶更大LLC的處理器有了新需求。

我們之前特別撰文探討過AMD的3D V-Cache技術。簡單來說，這是一種通過3D先進封裝來增加處理器L3 cache容量的技術——而且這個3D先進封裝用的還是hybrid bonding混合鍵和這種難度系數(shù)和技術含量相對很高的方案，主要應當是考慮到帶寬和延遲需求。

比如Ryzen 7800X3D把L3 cache堆到了96MB；更高規(guī)格的7900X3D、7950X3D，相比沒有用3D V-cache的常規(guī)版CPU，L3 cache都擴容了1倍，達到128MB。服務器Epyc處理器這邊，8個CCD每片如果都往上疊3D V-ache，則總共能堆出768MB的L3 cache——比當年的主存都大...

本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/202409/463235.htm

堆更大的L3 cache自然有利于較大working set size的負載實現(xiàn)更高的性能。那具體是什么負載呢？其實早在2021年AMD面向PC推這種3D V-cache技術時就已經(jīng)明確了，這種型號后綴多了“3D”的Ryzen處理器主打游戲（Gaming）——拋開數(shù)據(jù)中心不談，至少在PC應用場景內(nèi)就是如此。當初在Ryzen 5000系列處理器發(fā)布時，AMD就提過3D V-cache能讓游戲性能平均提升15%。

會不會是因為《黑神話：悟空》正當火熱，所以游戲市場周邊對此類帶3D V-cache的CPU產(chǎn)生了新一波的需求，帶動了7800X3D, 7600X3D這類處理器價格的上漲呢？

*測試平臺：主板 (華碩TUF GAMING B650M-PLUS WIFI, MAG B760M MORTAR WIFI), 顯卡 (GeForce RTX 4070), 內(nèi)存 (DDR5-6000), 電源 (ANTEC 1000W), 操作系統(tǒng) (Windows 11 23H2); 下同…

其實從測試數(shù)據(jù)來看，單就《黑神話：悟空》這一款游戲，Ryzen 7800X3D實際幀數(shù)表現(xiàn)是不及價格還略低的酷睿i7-14700KF的。以CPU為瓶頸的測試下（1080p 推薦畫質(zhì)），前者的幀率甚至比后者低了20%以上——當然實際游玩過程，通常在畫質(zhì)選擇上以GPU為瓶頸，不會有這么大的差異。

拋開近期Intel深陷的負面新聞不談，本文嘗試再說道說道3D V-cache在PC領域內(nèi)的價值，以及堆LLC是不是真的有那么神。

有關3D V-cache技術，及hybrid bonding先進封裝，本文就不再多做贅述了。就制造和封裝角度來看，這稱得上是尖端技術在PC處理器上的應用先驅(qū)。而本文主要把注意力集中到應用上。

文首提到的《黑神話：悟空》應該說是個例。就綜合游戲性能而言，Ryzen 7800X3D還是表現(xiàn)出了不錯的優(yōu)勢的——尤其是相較自家不帶V-cache的Ryzen 7800X。主要表現(xiàn)在一些L3 cache敏感型游戲，典型如《永劫無間》《Lol》《Dota 2》等；7800X3D都比酷睿i7-14700KF表現(xiàn)更優(yōu)。

去年chipsandcheese.com/2023/04/23/amds-7950x3d-zen-4-gets-vcache/ >Chips and Cheese對3D V-cache版的AMD Ryzen處理器做了micro-benchmark。拋開3D V-cache帶來額外的延遲、些微帶寬降低不談，Chips and Cheese主要測了4款游戲，分別是《GHPC（Gunner, HEAT, PC）》《賽博朋克2077》《DCS（數(shù)字戰(zhàn)斗模擬）》《使命召喚17：黑色行動冷戰(zhàn)》：主要是想看看加了V-cache，相較于沒有V-cache的核心，對游戲負載帶來了怎樣的影響。

《賽博朋克2077》測試，來源：Chips and Cheese

在《GHPC》游戲中，V-cache版核心相比不帶V-cache的核心，有著33%的L3 cache命中率提升（58.65%→78.00%），整體IPC提升在9.67%左右?！顿惒┡罂?077》游戲中，更大的L3 cache能夠達成13.4%的IPC領先（L3命中率45.99%→63.74%）；《使命召喚17》的情況也類似，3D V-cache能夠獲得19%的IPC增長（L3命中率46.51%→68.68%）——突有一種處理器架構換代的即視感。

對這三款游戲來說，L3 cache命中率的顯著提升完全能夠抵消3D V-cache更高的緩存延遲——而且Zen 4架構增大了L2 cache的容量，很大程度也能緩解L3 cache延遲的增加。

值得一提的是，《使命召喚》游戲過程中測得的IPC相比其他游戲更低。從更細粒度的管線各階段分析來看，Renamer寄存器重命名是其中瓶頸。V-cache的增加能夠顯著降低后端瓶頸——因為更高的cache命中率也就能更好地喂給后端執(zhí)行單元；但它對前端性能改善較小。

最后《DCS》的情況略有不同，L3命中率可提升幅度非常有限（89.06%→92.42%），此時3D V-cache更高的延遲開始發(fā)揮作用，相比不帶V-cache的標準核心，IPC些微落后了2.3%左右。其實考慮更多系統(tǒng)層面變量，這點變化可能并不足以較大程度影響游戲幀率；不過此例至少能夠說明，某些情況下，即便是在游戲場景內(nèi)，緩存延遲的影響也大于容量。

《DCS游戲測試》，來源：Chips and Cheese

另外值得一提的是，更大的cache也不止能讓游戲受惠，還有文件壓縮（7-Zip）和視頻編碼（libx264）負載也能因此得到IPC提升。更具體的推薦去看一看Chips and Cheese的原文。只不過個別應用場景的IPC提升，并不是故事的全部。

Chips and Cheese的測試中，我們認為比較有趣的是libx264視頻編碼測試。更大的L3 cache是能夠幫助提升視頻編解碼性能的，測試結果也明確L3命中率提升10%左右，IPC提升因此也有4.9%。但在絕對性能上，這項測試里不帶V-cache的CPU核心性能優(yōu)于帶V-cache的核心。

原因很簡單，前者的核心頻率比后者高了7%；更高的IPC不足以彌補頻率缺失。這實際上在我們看來也成為3D V-cache的關鍵問題：有時不得不以更低的核心頻率和核心數(shù)為代價，來換取更大的L3 cache。

我們知道，芯片設計是PPA權衡的藝術，加上3D V-cache意味著更大的die size和成本，以及與計算單元的功耗資源分配權衡。

同型號后綴是否帶3D對比，如7950X的核心基頻就比7950X3D高300Mhz?？紤]價格，也就是芯片area面積因素：7950X3D目前京東售價4099元，而7950X的售價則為3449元——非官方的3D V-cache版CPU價格浮動會更大。

對用戶而言，這就是個錢究竟是花在cache上，還是花在核心數(shù)/頻率上的問題。要知道，現(xiàn)在7800X3D的價格是比7900X還高的。如果我們引入競爭對手的產(chǎn)品，那么情況就更復雜了——但問題的本質(zhì)不變：錢是花在cache上，還是花在計算核心上。

如文首所述，Ryzen 7800X3D目前的價格是3000元左右；酷睿i7-14700KF的價格2700元。前者有著更大的L3 cache容量，后者有著更多的計算核心資源。

在更單純考察核心算力資源的情況下，參照Cinebench R23的單線程與多線程渲染測試結果，這兩顆處理器的情況是這樣的：

另外，基于7800X3D的優(yōu)勢項，嘗試集合實測性能下7800X3D表現(xiàn)不錯的游戲有：

這番對比大概更有——“你掏錢是愿意買更多核心/更高的頻率，還是愿意花在L3 cache上”——的意思。因為我們無法明確不同制造工藝及對應芯片面積的成本差異，拋開市場對價格的影響因素，這個問題的答案大方向可能取決于，你用PC究竟是為了做什么。

回到同Ryzen體系下的對比，去年AnandTech對Ryzen 7950X和7950X3D的評測顯示，由于前者有著更高的核心頻率及更寬松的TDP，在辦公、網(wǎng)頁、渲染、編碼等主流場景，以及涉及兼容性的老測試中，表現(xiàn)出了更優(yōu)的性能；科學與模擬仿真測試，兩者互有勝負；

游戲測試的情況則相對復雜：4K高分辨率下，性能瓶頸主要在GPU側，7950X3D的勝率略高——只不過受制于GPU，幀率領先非常有限；2k分辨率下，7950X3D的勝率更高；1080p分辨率大約是7950X3D的主場，在更多3A游戲中表現(xiàn)出色......

簡單來說，基于PC大眾使用場景，3D V-cache技術的價值主要表現(xiàn)在游戲應用上——而其他主流應用場景下，3D V-cache并沒有什么軟用，有時候甚至會幫倒忙。

所以AMD對這項技術的定位，從5800X3D起就很明確了：游戲。只不過即便是在游戲測試場景內(nèi)，如前文Chips and Cheese測試的《DCS》以及文首《黑神話：悟空》那樣，也總有些游戲?qū)嶋H是更吃高頻與核心算力——或者說資源堆在核心和頻率上更劃算。

早就聽聞7800X3D是游戲神U，但實際跨品牌特別選擇一些游戲的話，酷睿i7-14700KF也是可以讓Ryzen 7800X3D的場面非常難看的，比如像下面這樣：

一般在游戲過程中，CPU負責處理游戲邏輯、AI、物理計算等非圖形相關工作。這些任務也需要快速訪問數(shù)據(jù)。那么更大的CPU cache可存儲這些數(shù)據(jù)，就比頻繁訪問更慢的主內(nèi)存更好。

在與GPU協(xié)作的過程中，CPU準備面向GPU的數(shù)據(jù)和指令；更大緩存也意味著指揮GPU的時間能減少。另外，有些游戲可充分利用CPU多核資源，更大的緩存也有利于核間數(shù)據(jù)共享，提升多線程游戲引擎的性能。

那為什么從測試結果來看，3D V-cache對于部分游戲未能表現(xiàn)得很友好呢？我們猜測這里面還是有不同變量的。比如說Ryzen處理器基于chiplet方案，每8個核心為一片CCD（die）——比如對于7900X3D/7950X3D這樣的處理器而言，就需要兩片CCD。

3D V-cache只位于其中一片CCD之上，另一片CCD上方是沒有V-cache的。這就造成了兩邊資源的不同，甚至頗有點“異構”的意思。那么游戲究竟跑在哪邊的CCD上，就頗有講究了。這對驅(qū)動提出了要求，檢測特定負載，決定它更需要cache，還是更需要高頻率——這甚至成為了一個調(diào)度問題。這一點可能會成為限制高效發(fā)揮CPU性能的一部分。

另外，也不是所有游戲都對cache大小表現(xiàn)出敏感。如果程序本身就有更加可預測的存儲訪問模式，或者更小的working set，就不怎么會從更大容量的LLC獲得什么高收益。

還有比較典型的事實，部分策略類游戲和老游戲更吃單核性能——Intel此時就有顯著優(yōu)勢了。以及不同游戲自身的特性也決定了其性能瓶頸。

比較典型的像是《微軟模擬飛行》。很多玩家應該知道，這是個相當吃CPU資源的游戲。這可能與其游戲性質(zhì)有關：對實時天氣、物理、空中交通的模擬，是很吃CPU資源的；另外游戲內(nèi)有較多數(shù)量的對象——包括建筑、樹木、車輛等，也都增加了CPU負載；加上對象LOD，以及主線程追求更高的單線程性能...雜糅不同要素，酷睿i7-14700KF因此能在這款游戲中表現(xiàn)出顯著優(yōu)于Ryzen 7800X3D的性能。

當然了，在很多游戲場景下，3D V-cache仍然是表現(xiàn)出了性能優(yōu)勢的——這一點不應被否認。只不過就綜合性能角度考慮，3D V-cache的確是個需要被權衡的參考因素。

從系統(tǒng)層面來看，包括游戲是否更依賴單核性能，游戲引擎面向硬件的架構優(yōu)化，內(nèi)存延遲與帶寬表現(xiàn)，以及游戲自身的特性都有關系。《全面戰(zhàn)爭：三國》《騎馬與砍殺2》《GTA5》等游戲中，3D V-cache未能討到好處也就可以理解了。

Intel在此間的某些變量要素都有優(yōu)勢，包括單核性能、實際的內(nèi)存延遲和帶寬表現(xiàn)等。還有個關鍵，也在于兩顆處理器算力資源的不對等。

總感覺對比酷睿i7-14700KF和Ryzen 7800X3D，某種程度上并不合理。從標稱TDP功耗的角度來看，后者默認TDP 120W——從AnandTech去年的實測來看，其實際和日常功耗更低；而前者允許的最大睿頻功耗是253W。

拋開架構、工藝之類的細節(jié)問題，從粗線條來看，前者是20核28線程的CPU，后者僅8核16線程。所以雖然雙方L3 cache資源不對等（33MB vs 96MB），計算資源實際也是不對等的。在游戲之外，很容易想見常見的生產(chǎn)力、渲染、內(nèi)容創(chuàng)作等測試，7800X3D的性能與14700KF不在一個維度。