[評測]AMD Ryzen 9 5950X & 5900X 評測

序言

魔幻的2020並沒有阻擋AMD依既定路線圖前進的腳步. 不用等到12月31日的deadline,AMD已經兌現了於2020年內正式發布基於Zen 3架構的全新一代Ryzen 5000系列桌面處理器的承諾, 並在首發陣容中就提供了6至16核心的四款不同定位的型號, 滿足不同預算的人群. 本次評測的則是其中定位最高的Ryzen 9系列, 分別是擁有16核心與12核心的Ryzen 9 5950X 與Ryzen 9 5900X.

Zen 3架構簡介

本次發布的Ryzen 5000系列CPU採用Zen 3架構. 在Zen(+)與Zen 2的基礎上進行了重構以獲得全方位地性能與功能性提升. AMD表示這一代也是Zen系架構中最重大的一次飛躍.

(Zen 3微架構框圖)

相比Zen 2的主要變化:

前端增強:

主要目標:特別針對分支和大代碼的更快的取指令改進.

L1分支目標緩衝區的大小倍增至1024以獲得更好的預測延遲;

提升了分支預測器帶寬;

更快地從錯誤預測中恢復;

可更快地進行背靠背預測與處理分支代碼的「無泡」預測功能;

更快的op-cache取指令排序;

粒度更細的op-cache管道切換.

執行引擎改進:

主要目標:通過降低延遲和擴大結構以抽取更高ILP.

新增用於整數專用分支和st-data選擇器,每周期發射數達到10,比Zen 2提高了3發射;

更大的整數窗口, 相比Zen 2提高了32;

降低了選擇浮點和整數操作的延遲;

浮點寬度增加了2個單位, 分發與發射總共達到6寬度;

浮點FMAC加快了1個周期;

加載存儲改進:

主要目標:通過更大的結構和更好的預取以支撐增加後的執行引擎帶寬.

SOC架構改進:

主要目標:減少對主內存訪問的依賴性,減少核心到核心的延遲,減少核心到緩存的延遲.對遊戲而言意義重大, 遊戲往往會設計一條頻繁使用L3緩存的」超級線程」, 而現在遊戲可直接訪問的緩存從16MB提高至32MB.

(重構的CCD內核心與緩存: 核心/緩存的環形架構連接與全核共享的32MB L3緩存)

(維持不變的CCD與IOD連接關係)

產品規格

還是原來的chiplets設計, 還是原來的7nm CCD + 12nm IOD的組合, 對照兩代Ryzen的規格,本次基於代號Vermeer的Ryzen 5000系列雖然因Zen 3架構除此之外,則還是一樣的核心數量與緩存分配,一樣標定的TDP,一樣的標稱內存支持,一樣的PCIe擴展,一樣的主板搭配(AMD 500系晶片組主板)等等.

而標稱的基礎頻率和最大加速頻率均有一定調整. 而Zen 2時期就有部分實際多附贈50MHz的福利的傳統,在Ryzen 9 5900X和5950X上均「變本加厲」到150MHz. 這也意味著標稱最大4.90GHz的5950X,在實際使用中有機會經常短時出現最高5.05GHz的美景,「more than excited！」

Ryzen 9 5950X 16核處理器官網規格表:

Ryzen 9 5950X CPU-Z信息圖:

Ryzen 9 5900X 12核處理器官網規格表:

Ryzen 9 5900X CPU-Z信息圖:

產品解析

經典風格的包裝, 由於均不再附贈散熱器也顯得較為「環保」.

依靠頂部的列印封條區分內容物, 由於是樣品因此沒有印刷條碼與參數.

兩款CPU與各自包裝的單獨合影:

CPU本體外觀方面,本次Ryzen 5000系列維持沿用多年的Socket AM4接口以及與前代相同的封裝與頂蓋印刷排版.

Ryzen 9 5950X正面:

Ryzen 9 5950X背面:

Ryzen 9 5900X正面:

Ryzen 9 5900X背面:

與前代旗艦Ryzen 9 3950X合照:

Ryzen 9 5950X主板上機照:

Ryzen 9 5900X主板上機照:

配套主板方面, Ryzen 5000系列仍然搭配X570與B550晶片組主板, 現有型號只需更新BIOS即可完美支持. 但主板廠商為了提高自身競爭力也會趁勢補充一些新款型號, 比如這款X570的新品: ASUS ROG Crosshair VIII Dark Hero.

測試平臺

CPU:

    AMD Ryzen 9 5950X (Base: 3.40GHz / Turbo: 4.70GHz)

    AMD Ryzen 9 5900X (Base: 3.80GHz / Turbo: 4.65GHz)

    AMD Ryzen 9 3950X (Base: 3.50GHz / Turbo: 4.70GHz)

    AMD Ryzen 9 3900X (Base: 3.80GHz / Turbo: 4.65GHz)

    Intel Core i9-10900K (Base: 3.70GHz / Turbo: 5.30GHz)

主板:

    ASUS ROG Crosshair VIII Hero (AMD X570)

    ASUS ROG Maximus XII Apex (Intel Z490)

內存:

    Kingston HyperX Predator DDR4 (2 x 8 GB / DDR4-3600 / 17-18-18-39) 

顯卡

    ASUS TUF RTX 3080 Gaming OC 10G (NVIDIA GeForce GTX 3080)

系統盤:

    WD Black SN750 500 GB (500 GB / PCIe Gen3 x4 / NVMe)

CPU散熱器:

    Noctua NH-U14S

電源:

    Seasonic Prime 1300 Platinium (1300W)

機箱:

    無

作業系統:

    Windows 10 Version 2004

測試軟體:

    SiSoftware Sandra 20/20 R11

    SPECworkstation 3.0.2

    PCMark 10 (1.2)

    AIDA64 6.30

    CPU-Z 1.94.0

    wPrime 2.10

    y-cruncher 0.7.8.9507

    SuperPI Mod 1.9 WP

    Cinebench R20.060

    Cinebench R15

    Blender Benchmark 1.0 Beta 2

    Corona 1.3 Benchmark

    V-Ray Next Benchmark 4.10

    WinRAR 5.91

    7-Zip 19.00

    x265 HD Benchmark 0.1.4

    x264 FHD Benchmark 1.0.1

    3DMark(Fire Strike 1.1/Time Spy 1.2)

    Forza Horizon 4

    Shadow of the Tomb Raider

    Assassin's Creed Odyssey

    Far Cry 5

    FINAL FANTASY XIV Online Shadowbringers Benchmark

    Sid Meier's Civilization VI

    Grand Theft Auto V

    Red Dead Redemption 2

    Prime95 30.2

環境溫溼度與測試平臺照:

性能測試

測試平臺配置說明

由於顯卡換代, 本次測試平臺搭配的顯卡也從此前的RTX 2080 Ti更換為RTX 3080. 因此重跑了全部遊戲測試結果.

除了受顯卡配置影響的項目外, AIDA64,Sandra SiSoftware, y-cruncher和WinRAR也因為新版本算法改進導致成績與舊版會有較大出入, 因此對照組進行了重測. 部分受環境與軟體版本變化影響較小的項目仍取自往期評測.

對照組中Core i9-10900K為解鎖Power Limit下完全重測的成績, 相比標準PL設定而言能始終維持在全核心4.9GHz以上的頻率, 性能釋放更為到位, 也更具主流參考性.

性能測試結果總表一覽

(以Core i9-10900K為基準,可點擊下圖放大查看)

Core i9-10900K vs. Ryzen 9 5000系列

由於核心數量上的差異,10核心的Core i9-10900K即使在面對同樣已擁有12與16核心Ryzen 9 3000系列本就力不從心, 但依靠架構特性與高頻率, 在多數單線程工況以及相當數量應用場景(如遊戲)下扳回一城, 並以此作為核心競爭力牢牢掌握了用戶最終的選擇傾向. 

而隨著Zen 3架構的改進為Ryzen 5000系列帶來的全方位提升,屬於Core i9-10900K最後的一畝三分地也幾乎丟失殆盡. 其在對位Ryzen 9 3000系列時就不佔優的各項生產力測試組件與理論性能測試成績, 在對位全新的Ryzen 9 5000系列時的差距被進一步拉大. 曾引以為傲並在與Ryzen 9 3000系列對位中尚能作為優勢方的各類單線程工況, 視頻轉碼,以及代表日常響應的PCMark 10等應用場景, 面對此次Ryzen 9 5000系列也落於下風, 其中甚至連Super PI與WinRAR這兩位」親密的戰友」也不再對其偏愛. 最為尷尬的是連一度無敵的遊戲性能, 在兩款Ryzen 9 5000系列面都不再獨樹一幟, 不得不邀請這組新對手與自己共享 「最佳遊戲CPU」的寶座.

Ryzen 9 5000系列(Zen 3)  vs. Ryzen 9 3000系列(Zen 2)

若平均各項測試項目成績後, 兩款Ryzen 5000系列的新型號均比其對位的3000系列型號大約提高了9%. 

但如果細看兩邊的差距, 會發現Zen 3組提升在10%~20%乃至更高程度的項目亦比比皆是, 且這類提升在模擬應用算法,日常應用, 編解碼,渲染與遊戲,單線程或多線程等多種工況之中均有體現. 曾經老大難的Super PI和WinRAR更是真正地「鹹魚翻身」,剩餘大半數的項目刨去誤差也幾乎都有5%左右的提升, 只有屈指可數的幾項應用算法或理論特性的測試存在倒退.

Ryzen 9 5900X (Zen 3 12核心)vs. Ryzen 9 3950X (Zen 2 16核心)

新一代的12核(5900X)對位上一代的16核(3950X), 誠然架構的優化並不能抵消核心數量上差距. 兩者在不同偏向的工況中形成了「互爆」的局面. 但考慮到一般DIY用戶實際接觸更多的應用場景, 相信Ryzen 9 5900X仍會是更受歡迎的一方.

溫度與功耗簡測

看完性能後再來觀察待機與重載應用下的溫度與功耗表現. 本次的Ryzen 9 5000系列的兩款主角與對照組均在新平臺下重測, 其中重載應用包括Prime 95 30.2 Small FFTs (開啟AVX與關閉AVX)以及AIDA64 FPU Only Stress Test. 記錄運行五分鐘後的狀態. 待機環境則記錄完全靜置桌面下1分鐘的平均表現.

本次Ryzen 5000系列採用與Ryzen 3000系列相同的7nm製程與Precision Boost 2機制, 加上均為雙CCD結構, 因此兩代Ryzen之間的表現極為接近. 由於PB2機制的「智能」, 在極端且持久的重載類應用下反而因各類限制機制都不會擁有太難看的溫度與功耗, 但頻率則不得不被動態犧牲, 這其中像Ryzen 9 5950X在運行Prime 95 Small FFTs時全核心的頻率甚至均只剩3.10GHz左右, 反而相對不那麼極限的應用場景反而會爆發出較高的功率與頻率以獲得更好的性能. 而這種實際更智能化的機制在提供更為合理的能耗比時的副作用, 則是極大增加了超頻用戶調校摸索特性的難度. 以及帶來在Ryzen 3000系列上就被用戶普遍反應的日常負載下難控制溫度的特性, 因此在這一代上即使有改善也不會根除. 

而對照組的Intel i9-10900K此次採用的是解鎖Power Limit後的設置, 絕對的功耗與溫度讀數必然更吃虧, 這也是為了始終維持10核心4.90GHz的高頻率高性能的代價. 若採用標準的250W PL1 / 125W PL2的設定, 則能夠在進入125W PL2階段後擁有出色的功耗與溫度讀數. 只是降頻的規則也比對手更為簡單, 因此在面對更多應用場景時性能釋放不夠靈活. 但這種機制的好處是更容易被用戶以手動設置所掌控, 更受會超頻的用戶的喜愛.

總結

在工藝和規模不變的前提下, 本代Ryzen 5000系列所用全新Zen 3架構通過微架構的優化和片上體系重構, 集眾家之所長後彌補了Zen系架構上曾經多處相對性能薄弱的環節, 並將原本的優勢領域進一步擴大, 使整體性能相對於本已足夠強勁的Ryzen 3000系列仍能有長足進步, 12核的Ryzen 9 5900X就能與前代16核的Ryzen 9 3950X正面對抗, 面對Intel最高只有10核的第十代Core競品更是做到了全方位超越. AMD也藉此在2003~2005年Athlon 64的輝煌之後, 時隔十五年重新在桌面處理器市場中處於性能上的絕對優勢地位. 

本次評測的Ryzen 9 5950X與5900X和它們對位的前代型號類似,利用Zen系列模塊化的特點, 通過雙CCD組合的形式擴展到了16和12核心,配置規模上已超前於主流環境, 而結合7nm製程與Precision Boost 2靈活的頻率調度機制的優勢,這兩款CPU都能在各類主流應用場景下具備均衡的性能釋放與功耗控制表現. 並不會因偏大的規模在非專業類場合中受拖累. 

除了CPU本身性能,配套主板也同樣具備優勢. AMD官方為Ryzen 5000系列指定的完美搭檔仍是早已發售的X570與B550晶片組主板, 並且無需刻意追求廠商於近期因迎合市場導向推出的改款, 只需更新到最新的BIOS即有足夠完善的支持度. 而從原生配置上說, X570擁有「次世代」級別的全板PCIe 4.0支持和極為豐富的擴展接口,B550亦提供了CPU PCIe 4.0的支持並保留了超頻功能, 這些也均完全壓制了Intel平臺上對位的陣容. 並且這些主板由於此前搭配的Ryzen 3000系列在市場上仍處於追趕的一方, 價格上的姿態更低. 此外, 還在使用更早的X470與B450晶片組主板的老用戶也並未被拋棄, 配套支持的新版BIOS按計劃會在2021年初正式鋪開.

最後再提一下沒有來得及在正篇中展示超頻特性. 玩家普遍期待的FClk與內存頻率牆在Ryzen 5000系列上確實將會有所提高, 但還需要板廠進一步調整BIOS後才能夠實裝, 屆時Ryzen 5000系列以UClk與MClk 1:1最佳模式運行的上限有望從原本Ryzen 3000系列上FClk/UClk 1900MHz(搭配DDR4-3600 ~ 3800內存)級別提高到FClk/UClk 2000(搭配DDR4-4000 ~ 4200內存). 而CPU本體核心超頻, 在常規條件下新一代Ryzen 5000系列能比前代Ryzen 3000系列擁有大約0.3GHz的提升, 即達到全核4.5GHz的水準, 雖仍不及5GHz卻也達到了新的裡程碑. 當然即使不靠超頻, 這代Ryzen 5000系列也已經獲得全面的性能優勢, 並且至少能維持到2021年春天Intel推出採用全新架構的桌面第11代Core之前, 

AMD Ryzen 9 5950X 官網連結:

https://www.amd.com/zh-hans/products/cpu/amd-ryzen-9-5950x

AMD Ryzen 9 5900X 官網連結:

https://www.amd.com/zh-hans/products/cpu/amd-ryzen-9-5900x