PC处理器用3D V-cache堆缓存，现阶段真的值得吗？
最近AMD Ryzen R7 7800X3D突然又涨到了3000元往上的价格，不知道是台积电一侧3DIC先进封装工艺产能吃紧，还是需求侧突然对这类带更大LLC的处理器有了新需求。
我们之前特别撰文探讨过AMD的3D V-Cache技术。简单来说，这是一种通过3D先进封装来增加处理器L3 cache容量的技术——而且这个3D先进封装用的还是hybrid bonding混合键和这种难度系数和技术含量相对很高的方案，主要应当是考虑到带宽和延迟需求。
比如Ryzen 7800X3D把L3 cache堆到了96MB;更高规格的7900X3D、7950X3D，相比没有用3D V-cache的常规版CPU，L3 cache都扩容了1倍，达到128MB。服务器Epyc处理器这边，8个CCD每片如果都往上叠3D V-ache，则总共能堆出768MB的L3 cache——比当年的主存都大...
本文引用地址：https://www.eepw.com.cn/article/202409/463235.htm
堆更大的L3 cache自然有利于较大working set size的负载实现更高的性能。那具体是什么负载呢?其实早在2021年AMD面向PC推这种3D V-cache技术时就已经明确了，这种型号后缀多了“3D”的Ryzen处理器主打游戏(Gaming)——抛开数据中心不谈，至少在PC应用场景内就是如此。当初在Ryzen 5000系列处理器发布时，AMD就提过3D V-cache能让游戏性能平均提升15%。
会不会是因为《黑神话：悟空》正当火热，所以游戏市场周边对此类带3D V-cache的CPU产生了新一波的需求，带动了7800X3D, 7600X3D这类处理器价格的上涨呢?
*测试平台：主板 (华硕TUF GAMING B650M-PLUS WIFI, MAG B760M MORTAR WIFI), 显卡 (GeForce RTX 4070), 内存 (DDR5-6000), 电源 (ANTEC 1000W), 操作系统 (Windows 11 23H2); 下同…
其实从测试数据来看，单就《黑神话：悟空》这一款游戏，Ryzen 7800X3D实际帧数表现是不及价格还略低的酷睿i7-14700KF的。以CPU为瓶颈的测试下(1080p 推荐画质)，前者的帧率甚至比后者低了20%以上——当然实际游玩过程，通常在画质选择上以GPU为瓶颈，不会有这么大的差异。
抛开近期Intel深陷的负面新闻不谈，本文尝试再说道说道3D V-cache在PC领域内的价值，以及堆LLC是不是真的有那么神。
有关3D V-cache技术，及hybrid bonding先进封装，本文就不再多做赘述了。就制造和封装角度来看，这称得上是尖端技术在PC处理器上的应用先驱。而本文主要把注意力集中到应用上。
文首提到的《黑神话：悟空》应该说是个例。就综合游戏性能而言，Ryzen 7800X3D还是表现出了不错的优势的——尤其是相较自家不带V-cache的Ryzen 7800X。主要表现在一些L3 cache敏感型游戏，典型如《永劫无间》《Lol》《Dota 2》等;7800X3D都比酷睿i7-14700KF表现更优。
去年chipsandcheese.com/2023/04/23/amds-7950x3d-zen-4-gets-vcache/ >Chips and Cheese对3D V-cache版的AMD Ryzen处理器做了micro-benchmark。抛开3D V-cache带来额外的延迟、些微带宽降低不谈，Chips and Cheese主要测了4款游戏，分别是《GHPC(Gunner, HEAT, PC)》《赛博朋克2077》《DCS(数字战斗模拟)》《使命召唤17：黑色行动冷战》：主要是想看看加了V-cache，相较于没有V-cache的核心，对游戏负载带来了怎样的影响。
《赛博朋克2077》测试，来源：Chips and Cheese
在《GHPC》游戏中，V-cache版核心相比不带V-cache的核心，有着33%的L3 cache命中率提升(58.65%→78.00%)，整体IPC提升在9.67%左右。《赛博朋克2077》游戏中，更大的L3 cache能够达成13.4%的IPC领先(L3命中率45.99%→63.74%);《使命召唤17》的情况也类似，3D V-cache能够获得19%的IPC增长(L3命中率46.51%→68.68%)——突有一种处理器架构换代的即视感。
对这三款游戏来说，L3 cache命中率的显著提升完全能够抵消3D V-cache更高的缓存延迟——而且Zen 4架构增大了L2 cache的容量，很大程度也能缓解L3 cache延迟的增加。
值得一提的是，《使命召唤》游戏过程中测得的IPC相比其他游戏更低。从更细粒度的管线各阶段分析来看，Renamer寄存器重命名是其中瓶颈。V-cache的增加能够显著降低后端瓶颈——因为更高的cache命中率也就能更好地喂给后端执行单元;但它对前端性能改善较小。
最后《DCS》的情况略有不同，L3命中率可提升幅度非常有限(89.06%→92.42%)，此时3D V-cache更高的延迟开始发挥作用，相比不带V-cache的标准核心，IPC些微落后了2.3%左右。其实考虑更多系统层面变量，这点变化可能并不足以较大程度影响游戏帧率;不过此例至少能够说明，某些情况下，即便是在游戏场景内，缓存延迟的影响也大于容量。
《DCS游戏测试》，来源：Chips and Cheese
另外值得一提的是，更大的cache也不止能让游戏受惠，还有文件压缩(7-Zip)和视频编码(libx264)负载也能因此得到IPC提升。更具体的推荐去看一看Chips and Cheese的原文。只不过个别应用场景的IPC提升，并不是故事的全部。
Chips and Cheese的测试中，我们认为比较有趣的是libx264视频编码测试。更大的L3 cache是能够帮助提升视频编解码性能的，测试结果也明确L3命中率提升10%左右，IPC提升因此也有4.9%。但在绝对性能上，这项测试里不带V-cache的CPU核心性能优于带V-cache的核心。
原因很简单，前者的核心频率比后者高了7%;更高的IPC不足以弥补频率缺失。这实际上在我们看来也成为3D V-cache的关键问题：有时不得不以更低的核心频率和核心数为代价，来换取更大的L3 cache。
我们知道，芯片设计是PPA权衡的艺术，加上3D V-cache意味着更大的die size和成本，以及与计算单元的功耗资源分配权衡。
同型号后缀是否带3D对比，如7950X的核心基频就比7950X3D高300Mhz。考虑价格，也就是芯片area面积因素：7950X3D目前京东售价4099元，而7950X的售价则为3449元——非官方的3D V-cache版CPU价格浮动会更大。
对用户而言，这就是个钱究竟是花在cache上，还是花在核心数/频率上的问题。要知道，现在7800X3D的价格是比7900X还高的。如果我们引入竞争对手的产品，那么情况就更复杂了——但问题的本质不变：钱是花在cache上，还是花在计算核心上。
如文首所述，Ryzen 7800X3D目前的价格是3000元左右;酷睿i7-14700KF的价格2700元。前者有着更大的L3 cache容量，后者有着更多的计算核心资源。
在更单纯考察核心算力资源的情况下，参照Cinebench R23的单线程与多线程渲染测试结果，这两颗处理器的情况是这样的：
另外，基于7800X3D的优势项，尝试集合实测性能下7800X3D表现不错的游戏有：
这番对比大概更有——“你掏钱是愿意买更多核心/更高的频率，还是愿意花在L3 cache上”——的意思。因为我们无法明确不同制造工艺及对应芯片面积的成本差异，抛开市场对价格的影响因素，这个问题的答案大方向可能取决于，你用PC究竟是为了做什么。
回到同Ryzen体系下的对比，去年AnandTech对Ryzen 7950X和7950X3D的评测显示，由于前者有着更高的核心频率及更宽松的TDP，在办公、网页、渲染、编码等主流场景，以及涉及兼容性的老测试中，表现出了更优的性能;科学与模拟仿真测试，两者互有胜负;
游戏测试的情况则相对复杂：4K高分辨率下，性能瓶颈主要在GPU侧，7950X3D的胜率略高——只不过受制于GPU，帧率领先非常有限;2k分辨率下，7950X3D的胜率更高;1080p分辨率大约是7950X3D的主场，在更多3A游戏中表现出色......
简单来说，基于PC大众使用场景，3D V-cache技术的价值主要表现在游戏应用上——而其他主流应用场景下，3D V-cache并没有什么软用，有时候甚至会帮倒忙。
所以AMD对这项技术的定位，从5800X3D起就很明确了：游戏。只不过即便是在游戏测试场景内，如前文Chips and Cheese测试的《DCS》以及文首《黑神话：悟空》那样，也总有些游戏实际是更吃高频与核心算力——或者说资源堆在核心和频率上更划算。
早就听闻7800X3D是游戏神U，但实际跨品牌特别选择一些游戏的话，酷睿i7-14700KF也是可以让Ryzen 7800X3D的场面非常难看的，比如像下面这样：
一般在游戏过程中，CPU负责处理游戏逻辑、AI、物理计算等非图形相关工作。这些任务也需要快速访问数据。那么更大的CPU cache可存储这些数据，就比频繁访问更慢的主内存更好。
在与GPU协作的过程中，CPU准备面向GPU的数据和指令;更大缓存也意味着指挥GPU的时间能减少。另外，有些游戏可充分利用CPU多核资源，更大的缓存也有利于核间数据共享，提升多线程游戏引擎的性能。
那为什么从测试结果来看，3D V-cache对于部分游戏未能表现得很友好呢?我们猜测这里面还是有不同变量的。比如说Ryzen处理器基于chiplet方案，每8个核心为一片CCD(die)——比如对于7900X3D/7950X3D这样的处理器而言，就需要两片CCD。
3D V-cache只位于其中一片CCD之上，另一片CCD上方是没有V-cache的。这就造成了两边资源的不同，甚至颇有点“异构”的意思。那么游戏究竟跑在哪边的CCD上，就颇有讲究了。这对驱动提出了要求，检测特定负载，决定它更需要cache，还是更需要高频率——这甚至成为了一个调度问题。这一点可能会成为限制高效发挥CPU性能的一部分。
另外，也不是所有游戏都对cache大小表现出敏感。如果程序本身就有更加可预测的存储访问模式，或者更小的working set，就不怎么会从更大容量的LLC获得什么高收益。
还有比较典型的事实，部分策略类游戏和老游戏更吃单核性能——Intel此时就有显著优势了。以及不同游戏自身的特性也决定了其性能瓶颈。
比较典型的像是《微软模拟飞行》。很多玩家应该知道，这是个相当吃CPU资源的游戏。这可能与其游戏性质有关：对实时天气、物理、空中交通的模拟，是很吃CPU资源的;另外游戏内有较多数量的对象——包括建筑、树木、车辆等，也都增加了CPU负载;加上对象LOD，以及主线程追求更高的单线程性能...杂糅不同要素，酷睿i7-14700KF因此能在这款游戏中表现出显著优于Ryzen 7800X3D的性能。
当然了，在很多游戏场景下，3D V-cache仍然是表现出了性能优势的——这一点不应被否认。只不过就综合性能角度考虑，3D V-cache的确是个需要被权衡的参考因素。
从系统层面来看，包括游戏是否更依赖单核性能，游戏引擎面向硬件的架构优化，内存延迟与带宽表现，以及游戏自身的特性都有关系。《全面战争：三国》《骑马与砍杀2》《GTA5》等游戏中，3D V-cache未能讨到好处也就可以理解了。
Intel在此间的某些变量要素都有优势，包括单核性能、实际的内存延迟和带宽表现等。还有个关键，也在于两颗处理器算力资源的不对等。
总感觉对比酷睿i7-14700KF和Ryzen 7800X3D，某种程度上并不合理。从标称TDP功耗的角度来看，后者默认TDP 120W——从AnandTech去年的实测来看，其实际和日常功耗更低;而前者允许的最大睿频功耗是253W。
抛开架构、工艺之类的细节问题，从粗线条来看，前者是20核28线程的CPU，后者仅8核16线程。所以虽然双方L3 cache资源不对等(33MB vs 96MB)，计算资源实际也是不对等的。在游戏之外，很容易想见常见的生产力、渲染、内容创作等测试，7800X3D的性能与14700KF不在一个维度。
但仍然需要注意，从成本的角度来看，现在酷睿i7-14700KF就是比Ryzen 7800X3D要便宜的。虽然可能用不带核显的U来比价格也略失偏颇了，不过此处要表现的仍然是对应成本下，硬件资源的选择和权衡问题。
如文首所述，不知是hybrid bonding成本高，还是终端产品更多受市场因素影响，3D V-cache现阶段可是真的不便宜。单纯为了个别存储敏感型游戏些微提升些帧数，堆LLC真的值得吗?
最后多提一句，本文仅从PC角度来看现阶段的3D V-cache处理器。实际上，我们认为3D V-cache更大的价值在特定负载的数据中心市场——这大概也是最初AMD预设该技术的主场。不过这就是另一个话题了。
Hybrid bonding自然是相当一颗赛艇的技术，必然成为HPC的未来;但在具体实施到PC处理器的3D V-cache上，可能对大部分人而言，现阶段这都是个成本投入有些高、效率与成本效益都并不及预期的技术。