AMD Zen4 EPYC架構(gòu)揭秘：奇妙的96核心、12通道DDR5！

近日，AMD正式發(fā)布了代號“Genoa”(熱那亞)的第四代霄龍EPYC 9004系列處理器，面向服務(wù)器、數(shù)據(jù)中心、高性能計算、人工智能等領(lǐng)域。

此前，我們已經(jīng)介紹了EPYC 9004系列的型號規(guī)格、整體特性、性能能效，但是關(guān)于它，還有很多層次的東西可以挖掘，包括架構(gòu)、SoC、內(nèi)存、小芯片、CXL等等。

今天，我們就來仔細(xì)說道說道。

一、Zen4架構(gòu)

EPYC 9004系列基于和桌面銳龍7000系列同款的Zen4架構(gòu)，只是針對服務(wù)器與數(shù)據(jù)中心應(yīng)用做了適當(dāng)?shù)恼{(diào)整優(yōu)化。

整體而言，綜合計算33種不同的服務(wù)器負(fù)載，Zen4架構(gòu)的IPC相比Zen3提升了大約14％，這比銳龍7000系列的提升高了1個百分點。

不同模塊的貢獻(xiàn)差不多，最大的還是前端部分，接下來是載入/存儲、分支預(yù)測、執(zhí)行引擎、二級緩存。

架構(gòu)總覽，以及與Zen3的變化細(xì)節(jié)對比，都和桌面版Zen4幾乎毫無二致。這里也就不再贅述了，感興趣的可以參考我之前的解析。

AVX-512指令集其實也是一模一樣的，但它在服務(wù)器數(shù)據(jù)中心顯然更加如魚得水，作用更加明顯。

根據(jù)AMD提供的數(shù)字，雙路96核心新旗艦EPYC 9654對比雙路64核心老旗艦EPYC 7763，得益于規(guī)格性能的改進，尤其是AVX-512指令集的加持，NLP吞吐量、物體檢測吞吐量、圖像識別吞吐量分別增加了大約4.2倍、3.5倍、3倍之多！

安全方面也更豐富，其中安全加密虛擬化(SEV)方面，除了繼續(xù)支持SME、SEVES、SEV-SNP，還將內(nèi)存加密升級到AES-256-XTS，并支持1006個加密客戶機，支持多重主機密鑰(SMKE)。

另外強化了對客戶機的保護，尤其是可免于SMT攻擊。

二、SoC總覽

這是EPYC 9004系列額整體布局圖、核心特性。

這一代依然沒有獨立芯片組，而是一個完整的SoC，延續(xù)chiplet小芯片設(shè)計，內(nèi)部包含一個IOD、最多12個CCD。

CCD每個集成8顆Zen4 CPU核心、32MB三級緩存，合計最多96核心、384MB三級緩存，同時也有8個CCD、4個CCD的版本，分別最多64核心、32核心。

IOD內(nèi)集成了DDR5內(nèi)存控制器、PCIe 5.0/CXL 1.1+控制器、第三代Infinity Fabric控制器、安全處理器。

內(nèi)存為12通道，最高頻率4800MHz。PCIe 5.0可提供128條。這兩部分后邊細(xì)說。

封裝接口改為新的SP5，尺寸增加到約75mm×72mm。

單路配置下，EPYC 9004系列可搭配最多24條DDR5內(nèi)存，每通道2條(2DPC)，可提供128條PCIe 5.0、8條PCIe 3.0通道。

雙路配置下，每個內(nèi)存通道就只能裝1條了(1DPC)，最多還是12條，PCIe 5.0通道對外可用則是最多160條，每路80條對外、48條用于彼此互連，另外還有12條PCIe 3.0，每路6條。

IF高速總線升級到了第三代，最高帶寬32Gbps，可選3條或4條鏈接，前者是默認(rèn)的，此時對應(yīng)的系統(tǒng)可用PCIe 5.0通道數(shù)量就是剛才說的160條。

如果選擇4鏈接，每路處理器就要貢獻(xiàn)一半的PCIe 5.0通道用于彼此互連，留給系統(tǒng)可用的就是128條，這和上代是相同的。

當(dāng)然，即便同樣128條，從PCIe 4.0升級到PCIe 5.0，可用帶寬也是翻倍的。

160條之多的PCIe 5.0通道能干什么？那就很隨意了。

xGMI、PCIe、SATA、CXL想怎么玩就怎么玩。x16、x8、x4、x2、x2想怎么拆分就怎么拆分。每一路x16都可以連接最多9個PCIe設(shè)備(一個x8和八個x1)。

I/O性能方面，EPYC 9004支持新的高級虛擬中斷控制器(AVIC)，提升虛擬中斷性能，并改善了中斷處理吞吐量，包括CPU核心內(nèi)部與SoC層面。

搭配PCIe 4.0 x16規(guī)格的200Gbps(20萬兆)網(wǎng)卡，默認(rèn)設(shè)置下效率即可超過90％，最高達(dá)94％，單向能跑到188Gbps，雙向則能跑到375Gbps。

如果搭配PCIe 5.0 x16規(guī)格的400Gbps(40萬兆) InfiBand高速網(wǎng)絡(luò)，標(biāo)準(zhǔn)配置下效率也能超過90％，最高甚至達(dá)99％，能跑出396Gbps。

三、內(nèi)存

內(nèi)存方面，一如桌面銳龍7000系列，EPYC 9004也僅支持DDR5，可以帶來更高的頻率與帶寬、更低的電壓與功耗、更好的電源管理(板載PMIC)、更多的通道與更低的延遲、更大的容量、更好的校驗糾錯(板載ECC)，等等。

EPYC 9004系列支持12個DDR5內(nèi)存通道，單路最大容量6TB(單條512GB)。

標(biāo)準(zhǔn)的4800MHz頻率下，峰值理論帶寬可達(dá)460GB/s。

延遲方面，EPYC 9004略有增加，但影響不大，其中SoC約73ns、設(shè)備約45ns，總計約118ns，比上代分別增加了3ns、10ns。

EPYC 9004還支持每路多重內(nèi)存節(jié)點(NPS)，可以對12條內(nèi)存進行分組管理，進一步優(yōu)化性能。

四、小芯片布局

EPYC 9004依然是chiplet小芯片布局，其中CCD最大數(shù)量從上代的8個增加到12個，布局更加緊密，對帶寬、延遲也提出了更高的要求。

為此，小芯片間的通信通道升級為GMI3，最大帶寬達(dá)到36Gbps，吞吐能力翻番，同時與內(nèi)部基準(zhǔn)頻率的比例為20:1。

針對不同數(shù)量的CCD，GMI還提供寬、窄兩種模式，其中超過4個CDD為寬模式，充分利用足夠的帶寬，小于等于4個則是窄模式，提高效率。

五、CXL

CXL，也就是Compute EXpress Link，一種緩存一致性高速互連行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，主要用于處理器、內(nèi)存擴展與加速器。

CXL有三種工作模式，EPYC 9004并不支持第一種(面向NIC網(wǎng)卡)、第二種(面向GPU/FPGA/加速器等密集計算)，而僅支持第三種，也就是內(nèi)存緩沖，可擴展內(nèi)存帶寬與容量，協(xié)議走的是cxl.io、cxl.mem。

總的來說，AMD EPYC 9004系列在延續(xù)chiplet設(shè)計的同時，升級了工藝、架構(gòu)，升級了內(nèi)存、擴展連接等，整體規(guī)格、特性上了一個大大的臺階。

此外，Zen EPYC家族還會陸續(xù)還會推出采用3D V-Cache技術(shù)的更高性能版“Genoa-X”，面向云計算服務(wù)的“Bergamo”(貝爾加莫)，以及面向電信基礎(chǔ)設(shè)施和邊緣計算的“Siena”(錫耶納)，組成完整的產(chǎn)品矩陣。

未來的第五代“Turing”(圖靈)家族，還會再次升級全新的“Zen5”架構(gòu)！