PC處理器用3D V-Cache堆緩存，現階段真的值得嗎？
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最近AMD Ryzen R7 7800X3D突然又漲到了3000元往上的價(jià)格，不知道是臺積電一側3DIC先進(jìn)封裝工藝產(chǎn)能吃緊，還是需求側突然對這類(lèi)帶更大LLC的處理器有了新需求。
我們之前特別撰文探討過(guò)AMD的3D V-Cache技術(shù)。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，這是一種通過(guò)3D先進(jìn)封裝來(lái)增加處理器L3 cache容量的技術(shù)——而且這個(gè)3D先進(jìn)封裝用的還是hybrid bonding混合鍵和這種難度系數和技術(shù)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；更高規格的7900X3D、7950X3D，相比沒(méi)有用3D V-cache的常規版CPU，L3 cache都擴容了1倍，達到128MB。服務(wù)器Epyc處理器這邊，8個(gè)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...
堆更大的L3 cache自然有利于較大working set size的負載實(shí)現更高的性能。那具體是什么負載呢？其實(shí)早在2021年AMD面向PC推這種3D V-cache技術(shù)時(shí)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(kāi)數據中心不談，至少在PC應用場(chǎng)景內就是如此。當初在Ryzen 5000系列處理器發(fā)布時(shí)，AMD就提過(guò)3D V-cache能讓游戲性能平均提升15%。
會(huì )不會(huì )是因為《黑神話(huà)：悟空》正當火熱，所以游戲市場(chǎng)周邊對此類(lèi)帶3D V-cache的CPU產(chǎn)生了新一波的需求，帶動(dòng)了7800X3D, 7600X3D這類(lèi)處理器價(jià)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), 內存 (DDR5-6000), 電源 (ANTEC 1000W), 操作系統 (Windows 11 23H2); 下同…
其實(shí)從測試數據來(lái)看，單就《黑神話(huà)：悟空》這一款游戲，Ryzen 7800X3D實(shí)際幀數表現是不及價(jià)格還略低的酷睿i7-14700KF的。以CPU為瓶頸的測試下（1080p 推薦畫(huà)質(zhì)），前者的幀率甚至比后者低了20%以上——當然實(shí)際游玩過(guò)程，通常在畫(huà)質(zhì)選擇上以GPU為瓶頸，不會(huì )有這么大的差異。
拋開(kāi)近期Intel深陷的負面新聞不談，本文嘗試再說(shuō)道說(shuō)道3D V-cache在PC領(lǐng)域內的價(jià)值，以及堆LLC是不是真的有那么神。
有關(guān)3D V-cache技術(shù)，及hybrid bonding先進(jìn)封裝，本文就不再多做贅述了。就制造和封裝角度來(lái)看，這稱(chēng)得上是尖端技術(shù)在PC處理器上的應用先驅。而本文主要把注意力集中到應用上。
文首提到的《黑神話(huà)：悟空》應該說(shuō)是個(gè)例。就綜合游戲性能而言，Ryzen 7800X3D還是表現出了不錯的優(yōu)勢的——尤其是相較自家不帶V-cache的Ryzen 7800X。主要表現在一些L3 cache敏感型游戲，典型如《永劫無(wú)間》《Lol》《Dota 2》等；7800X3D都比酷睿i7-14700KF表現更優(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(kāi)3D V-cache帶來(lái)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（數字戰斗模擬）》《使命召喚17：黑色行動(dòng)冷戰》：主要是想看看加了V-cache，相較于沒(méi)有V-cache的核心，對游戲負載帶來(lái)了怎樣的影響。
《賽博朋克2077》測試，來(lái)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(zhù)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(lǐng)先（L3命中率45.99%→63.74%）；《使命召喚17》的情況也類(lèi)似，3D V-cache能夠獲得19%的IPC增長(cháng)（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(lái)說(shuō)，L3 cache命中率的顯著(zhù)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(guò)程中測得的IPC相比其他游戲更低。從更細粒度的管線(xiàn)各階段分析來(lái)看，Renamer寄存器重命名是其中瓶頸。V-cache的增加能夠顯著(zhù)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(shí)3D V-cache更高的延遲開(kāi)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(shí)考慮更多系統層面變量，這點(diǎn)變化可能并不足以較大程度影響游戲幀率；不過(guò)此例至少能夠說(shuō)明，某些情況下，即便是在游戲場(chǎng)景內，緩存延遲的影響也大于容量。
《DCS游戲測試》，來(lái)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(guò)個(gè)別應用場(chǎng)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(jiǎn)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(shí)際上在我們看來(lái)也成為3D V-cache的關(guān)鍵問(wèn)題：有時(shí)不得不以更低的核心頻率和核心數為代價(jià)，來(lái)?yè)Q取更大的L3 cache。
我們知道，芯片設計是PPA權衡的藝術(shù)，加上3D V-cache意味著(zhù)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(jià)格，也就是芯片area面積因素：7950X3D目前京東售價(jià)4099元，而7950X的售價(jià)則為3449元——非官方的3D V-cache版CPU價(jià)格浮動(dòng)會(huì )更大。
對用戶(hù)而言，這就是個(gè)錢(qián)究竟是花在cache上，還是花在核心數/頻率上的問(wèn)題。要知道，現在7800X3D的價(jià)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(wèn)題的本質(zhì)不變：錢(qián)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(jià)格是3000元左右；酷睿i7-14700KF的價(jià)格2700元。前者有著(zhù)更大的L3 cache容量，后者有著(zhù)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(xiàn)程與多線(xiàn)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(shí)測性能下7800X3D表現不錯的游戲有：
這番對比大概更有——“你掏錢(qián)是愿意買(mǎi)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(wú)法明確不同制造工藝及對應芯片面積的成本差異，拋開(kāi)市場(chǎng)對價(jià)格的影響因素，這個(gè)問(wèn)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(zhù)更高的核心頻率及更寬松的TDP，在辦公、網(wǎng)頁(yè)、渲染、編碼等主流場(chǎng)景，以及涉及兼容性的老測試中，表現出了更優(yōu)的性能；科學(xué)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(guò)受制于GPU，幀率領(lǐng)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(chǎng)，在更多3A游戲中表現出色......
簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，基于PC大眾使用場(chǎng)景，3D V-cache技術(shù)的價(jià)值主要表現在游戲應用上——而其他主流應用場(chǎng)景下，3D V-cache并沒(méi)有什么軟用，有時(shí)候甚至會(huì )幫倒忙。
所以AMD對這項技術(shù)的定位，從5800X3D起就很明確了：游戲。只不過(guò)即便是在游戲測試場(chǎng)景內，如前文Chips and Cheese測試的《DCS》以及文首《黑神話(huà)：悟空》那樣，也總有些游戲實(shí)際是更吃高頻與核心算力——或者說(shuō)資源堆在核心和頻率上更劃算。
早就聽(tīng)聞7800X3D是游戲神U，但實(shí)際跨品牌特別選擇一些游戲的話(huà)，酷睿i7-14700KF也是可以讓Ryzen 7800X3D的場(chǎng)面非常難看的，比如像下面這樣：
一般在游戲過(guò)程中，CPU負責處理游戲邏輯、AI、物理計算等非圖形相關(guān)工作。這些任務(wù)也需要快速訪(fǎng)問(wèn)數據。那么更大的CPU cache可存儲這些數據，就比頻繁訪(fǎng)問(wèn)更慢的主內存更好。
在與GPU協(xié)作的過(guò)程中，CPU準備面向GPU的數據和指令；更大緩存也意味著(zhù)指揮GPU的時(shí)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據共享，提升多線(xiàn)程游戲引擎的性能。
那為什么從測試結果來(lái)看，3D V-cache對于部分游戲未能表現得很友好呢？我們猜測這里面還是有不同變量的。比如說(shuō)Ryzen處理器基于chiplet方案，每8個(gè)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(méi)有V-cache的。這就造成了兩邊資源的不同，甚至頗有點(diǎn)“異構”的意思。那么游戲究竟跑在哪邊的CCD上，就頗有講究了。這對驅動(dòng)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(gè)調度問(wèn)題。這一點(diǎn)可能會(huì )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大小表現出敏感。如果程序本身就有更加可預測的存儲訪(fǎng)問(wèn)模式，或者更小的working set，就不怎么會(huì )從更大容量的LLC獲得什么高收益。
還有比較典型的事實(shí)，部分策略類(lèi)游戲和老游戲更吃單核性能——Intel此時(shí)就有顯著(zhù)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(gè)相當吃CPU資源的游戲。這可能與其游戲性質(zhì)有關(guān)：對實(shí)時(shí)天氣、物理、空中交通的模擬，是很吃CPU資源的；另外游戲內有較多數量的對象——包括建筑、樹(shù)木、車(chē)輛等，也都增加了CPU負載；加上對象LOD，以及主線(xiàn)程追求更高的單線(xiàn)程性能...雜糅不同要素，酷睿i7-14700KF因此能在這款游戲中表現出顯著(zhù)優(yōu)于Ryzen 7800X3D的性能。
當然了，在很多游戲場(chǎng)景下，3D V-cache仍然是表現出了性能優(yōu)勢的——這一點(diǎn)不應被否認。只不過(guò)就綜合性能角度考慮，3D V-cache的確是個(gè)需要被權衡的參考因素。
從系統層面來(lái)看，包括游戲是否更依賴(lài)單核性能，游戲引擎面向硬件的架構優(yōu)化，內存延遲與帶寬表現，以及游戲自身的特性都有關(guān)系?！度鎽馉帲喝龂贰厄T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(shí)際的內存延遲和帶寬表現等。還有個(gè)關(guān)鍵，也在于兩顆處理器算力資源的不對等。
總感覺(jué)對比酷睿i7-14700KF和Ryzen 7800X3D，某種程度上并不合理。從標稱(chēng)TDP功耗的角度來(lái)看，后者默認TDP 120W——從AnandTech去年的實(shí)測來(lái)看，其實(shí)際和日常功耗更低；而前者允許的最大睿頻功耗是253W。
拋開(kāi)架構、工藝之類(lèi)的細節問(wèn)題，從粗線(xiàn)條來(lái)看，前者是20核28線(xiàn)程的CPU，后者僅8核16線(xiàn)程。所以雖然雙方L3 cache資源不對等（33MB vs 96MB），計算資源實(shí)際也是不對等的。在游戲之外，很容易想見(jiàn)常見(jiàn)的生產(chǎn)力、渲染、內容創(chuàng )作等測試，7800X3D的性能與14700KF不在一個(gè)維度。
但仍然需要注意，從成本的角度來(lái)看，現在酷睿i7-14700KF就是比Ryzen 7800X3D要便宜的。雖然可能用不帶核顯的U來(lái)比價(jià)格也略失偏頗了，不過(guò)此處要表現的仍然是對應成本下，硬件資源的選擇和權衡問(wèn)題。
如文首所述，不知是hybrid bonding成本高，還是終端產(chǎn)品更多受市場(chǎng)因素影響，3D V-cache現階段可是真的不便宜。單純?yōu)榱藗€(gè)別存儲敏感型游戲些微提升些幀數，堆LLC真的值得嗎？
最后多提一句，本文僅從PC角度來(lái)看現階段的3D V-cache處理器。實(shí)際上，我們認為3D V-cache更大的價(jià)值在特定負載的數據中心市場(chǎng)——這大概也是最初AMD預設該技術(shù)的主場(chǎng)。不過(guò)這就是另一個(gè)話(huà)題了。
Hybrid bonding自然是相當一顆賽艇的技術(shù)，必然成為HPC的未來(lái)；但在具體實(shí)施到PC處理器的3D V-cache上，可能對大部分人而言，現階段這都是個(gè)成本投入有些高、效率與成本效益都并不及預期的技術(shù)。
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