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除了64核心和7nm之外 AMD的Rome架构还有什么值得关注?

程序员文章站 2022-03-16 16:15:09
美国时间2019年8月7日,amd终于发布了代号为rome的第二代epyc数据中心处理器。 作为数据中心领域内的首款7nm工艺x86处理器,amd的本次发布吸引了包括...

美国时间2019年8月7日,amd终于发布了代号为rome的第二代epyc数据中心处理器。

作为数据中心领域内的首款7nm工艺x86处理器,amd的本次发布吸引了包括hpe、dell、联想等全球*系统提供商;aws、azure、google cloud等全球前三的云服务提供商以及cray这家顶尖超算制造商登台助阵,声势空前浩大。而面对来自全球隔得的合作伙伴、客户和媒体,amd ceo苏姿丰博士也毫不避讳的表示:amd要把竞争带回到数据中心市场。

除了64核心和7nm之外 AMD的Rome架构还有什么值得关注?

amd ceo苏姿丰博士发表演讲

最高64核心、128线程、最高3.4ghz boost频率、双路系统最高4tb内存、512mb l3缓存、全线8路ddr4 3200mhz内存支持及128 lane pci-e 4.0支持让amd完全有底气说出这句话。

除了64核心和7nm之外 AMD的Rome架构还有什么值得关注?

由amd定义的leadership

而从基础特性来看,本次发布的第二代epyc处理器主要包含三大特点:7nm工艺、zen 2核心以及chiplet架构。

7nm无敌舰队的最后一员猛将就位

不得不说,在过去相当长的一段时间内,amd都被工艺制程所拖累。究其原因,gf技术上的常年落后难辞其咎。不过在苏博士大刀阔斧的改革之下,amd终于摆脱了gf的束缚,将代工工作交给了技术更先进的台积电。于是,我们便看到了ryzen7 3000系列处理器、radeon rx 5700系列显卡和此次发布的第二代epyc处理器。民用处理器、图形卡、数据中心处理器,amd的三大支柱业务终于全部享受到了7nm所带来的功耗降低及die size减小优势。

除了64核心和7nm之外 AMD的Rome架构还有什么值得关注?

虽然工艺与制程并不是决定一款芯片的成败,但其带来的功耗降低和面积缩减却让amd有机会向更好能效、更多核心、更高频率发起冲击。而这些正是amd重新站上擂台与intel正面交锋的先决条件。

chiplet架构——对芯片的全新理解

所谓chiplet就是将以往cpu设计中传统的单die设计思路彻底抛弃,进而将不同功能的部分单独进行设计与制造;模块之间通过专门的互联器件和埋线技术来进行数据交换。

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amd引以为傲的chiplet设计

目前,在rome中,amd采用了core与io分离的设计思路;在处理器最中间是集成了内存控制器、pci-e 4.0控制器、内部互联infinity fabric控制器和l3缓存的io核心,在io核心周围则是数个core模组(amd将之称为ccd,每8个核心和一个infinity fabric为一组,64核产品只需要在io核心周围排布8个core模组)。这种设计思路有几个好处:

其一,不同部分单独制造可以有效缩减由良率问题所产生的成本。举个例子,在相同的技术条件下,如果同一批次的晶圆会在蚀刻过程中随机生成20个故障点,在最坏的情况下,这意味着20个die会因此报废。在采用传统的大核心设计中,如果一个晶圆只能切割出100个完整核心,那这20个故障点也就意味着良率最低会降至80%。但在chiplet思路中,amd可以在相同尺寸的晶圆上构建更多的die(与芯片边长成平方反比),如果将die的边长缩小一半,那么一个晶圆能够切割出的die数量则至少会提升4倍,那么同样的20个坏点在最坏的情况下也只能让芯片良率降低至95%。显然,这会在极大程度上降低amd的制造成本。

其二,由于不同功能模块彼此之间完全独立,所以进行升级或步进都会变得更容易,成本也更低。

第三,这种chiplet思路也允许amd处理器在片上(on chip而非in chip)整合不同ip、不同公司、不同功能、不同工艺的芯片,从而快速制造出符合市场需求的全新处理器或soc。

对于处理器来说,chiplet是一种相当先进的设计思路,能够大大降低成本,简化新产品的上市流程。不过chiplet也并非万能的,想要做好高性能的cpu产品,amd或者台积电需要解决封装工艺上的诸多挑战,例如互联导体的电气性能、在更小的截面积上实现更高的数据带宽、如何在有效的面积上布置更多针脚等等。不过,既然rome已经能够在这一框架下实现3.4ghz的频率和最高225w的tdp,那么amd和台积电显然在这方面已经获得了不少成功。可以说第二代epyc是目前chiplet模式中性能最高、功耗最高、频率最高的一种形式,个中挑战不言而喻。

zen 2架构带来的惊喜

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第二代epyc的cpu设计架构

有了epyc一代的良好开头,amd显然已经找到了正确的架构设计方向,并在第二代epyc中进行了更加大刀阔斧特性增强。这其中就包括名为tage的全新分支预测架构、2倍的op缓存容量、经过优化的l1指令缓存、几乎倍增的l1带宽、第三代地址单元、2倍的浮点路径带宽以及2倍的l3缓存容量。

这种大刀阔斧的的性能架构增强所带来的则是23%的核心执行效率提升。而配合8路ddr4 3200内存通道和最高4tb的内存支持容量(每核心最高64gb内存),amd在很多对内存性能敏感的应用中都可以取得性能优势。在发布会当天,苏姿丰博士表示:通过使用第二代epyc处理器,amd的合作伙伴和用户已经打破了全球80项性能记录。

pci-e 4.0威力倍增器

同时,第二代epyc还是目前全球第一款支持pci-e 4.0的x86处理器。2倍于pci-e 3.0的带宽能够让高数据吞吐量的设备获得更好的性能。

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支持pci-e 4.0的赛灵斯alveo u50网络加速卡

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博通200g以太网卡

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mellanox connectx-6 200g infiniband网卡

虽然目前的多数应用形态(gpu、加速卡、网卡、hba等)还无法充分享受到带宽翻倍所带来的性能提升,但对某些高吞吐量的fpga(例如应用在spark quary上的赛灵斯alveo u50)来说,更高的pci-e总线带宽显然可以极大的提升单卡性能(在现场演示中,赛灵斯spark quary加速卡在换装pci-e 4.0总线后数据吞吐量可提升1.7倍)。

另外,对于下下代(就目前而言,100g网卡属于刚刚推向市场的下一代产品,那么200g自然就是下下代了)网络来说,200g网卡也是需要pci-e 4.0来作为总线的(100g网卡换算来的总线带宽为12.8gb,刚好达到pci-e 3.0 x16的上限,200g网卡自然就需要带宽翻倍的pci-e 4.0了)。在演示中,博通的200g网卡在pci-e 4.0 x16环境下的一对一双向读测试中,数据吞吐量就可以直接从192gbps翻倍为381gbps,性能提升立竿见影。

mellanox的connectx-6 200g infiniband网卡也有着类似的表现,一对一双向写测试从202gbps提高至395gbps。

当然,随着闪存技术和主控性能的进一步增强,pci-e 4.0对于很多高性能nvme存储设备来说同样有着长远的意义(当然,如果需要进入全面应用的话pci-e 4.0 switch及配套的标准也同样需要跟进和成熟)。

由于pci-e 4.0控制器被集成在了io核心之中,而所有产品的io核心都完全一样,因此,无论多少核心、频率如何的第二代epyc产品,其最大支持的pci-e 4.0 lane数都为128(注意,即便是在双路系统中,在安装了两颗第二代epyc之后,这一数量也不会翻倍;amd给出的解释是io核心需要将一定数量的infinity fabric连接留给核心之间的通讯)。

但无论如何,这样的设计显然会给很多超融合、冷存储、防火墙、ai集群等应用等很多cpu负载不高的应用一个更高性价比的选择。

生态之役将成胜败关键

在性能和功能上的巨大飞跃让amd在产品端有能力重回数据中心主流市场。但十余年的落后却让amd在生态上还有很多课要补,而这绝非像产品发布一样一蹴而就的事。

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60+合作伙伴

在发布环节,hpe、dell、新华三、思科、超微、华硕、技嘉、华擎、泰安主板、open 19等企业和组织就已经展示了自己的产品和设计,而在用户层面,包括aws、azure、google cloud等在内的三大云服务提供商也排除高管为amd站台。而在国内,包括bat在内的三大云巨头也都与amd就第二代epyc的应用展开了积极的合作(新华三产品已经就绪并在会议现场进行了展示)。但壮观的合作伙伴名单对于数据中心应用来说却仍然不够。

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amd epyc的优势应用领域

除了系统制造商合作伙伴和用户之外,epyc系列想要帮助amd重新回到游戏还需要大量数据中心组件、操作系统、应用软件以及开源标准的支持。在amd非公开展示的合作伙伴名录中,我们已经能够看到像三星、镁光、现代、西部数据这样的主流闪存和主控制造商,pmc这样的主控制造商,博通、mellanox这样的网络设备制造商,微软、suse、红帽这样的操作系统提供商,sap、oracle、mongodb、vmware、思杰这样的企业核心应用提供商以及如openstack、docker、spark、java等开源组织的支持,但这对于整个数据中心生态来说仍旧是不够的。

那么,什么时候才算是构建了完整的企业级生态?我想应该是不需要或者无法提供合作企业名单的时候才算够吧。而amd距离这一状态还有很长的路要走。

如果amd能够在未来的数代产品找那个保持这种性能、核心数量、特性上的领先(或者至少持平),那么相信主动对amd伸出橄榄枝的合作伙伴会越来越多,amd的生态亦会越来越强大。而那时,amd才能重新将竞争带向intel的城门口。

不过话又说回来,更多核心、更高频率、更先进制程、chiplet架构等的出现标志着amd已经在向正确的方向发展。而这也让我们对epyc系列和amd在数据中心领域未来的发展充满了期待。