近年來(lái)，在服務(wù)器和數(shù)據(jù)中心等企業(yè)級(jí)市場(chǎng)，AMD憑借持續(xù)更新的“Zen”架構(gòu)，其EPYC（霄龍）系列處理器的市場(chǎng)占有率上升勢(shì)頭非常迅猛。2022年11月，AMD推出全新第四代EPYC處理器。新處理器將單插槽處理器核心數(shù)量提升到最多96核，并且采用了最新的“Zen 4”架構(gòu)，帶來(lái)大量全新特性。接下來(lái)，本文就對(duì)第四代EPYC處理器進(jìn)行詳細(xì)解讀。

第四代EPYC處理器：EPYC 9004系列登場(chǎng)

在解析AMD第四代EPYC處理器的架構(gòu)之前，我們先來(lái)梳理一下它的型號(hào)定義，因?yàn)樵谶@方面它與上代產(chǎn)品存在顯著差異。

此前，AMD采用EPYC 7000系列作為原始命名。最后一位數(shù)代表不同代次，比如EPYC 7001、EPYC 7002和EPYC 7003就分別代表三代不同的產(chǎn)品，其中又包含大量細(xì)分型號(hào)。在第四代EPYC處理器上，AMD改用了EPYC 9004作為產(chǎn)品基礎(chǔ)代號(hào)，這可能是考慮到本代產(chǎn)品具備極為顯著的性能提升。同時(shí)，在大多數(shù)人的概念中，“9”相比“7”顯得定位更高、性能更強(qiáng)。第二位數(shù)字代表處理器核心數(shù)量，其基本對(duì)應(yīng)關(guān)系如下表：

第三位數(shù)字代表性能情況，數(shù)字越大則性能越強(qiáng)，目前由2~7的不同數(shù)字組成。如果AMD愿意，未來(lái)還可能進(jìn)一步擴(kuò)展到9。最后一位數(shù)字則固定為“4”，代表第四代EPYC處理器。

▲AMD詳細(xì)解讀了EPYC 9004產(chǎn)品命名情況

▲AMD將EPYC 9004產(chǎn)品分為了三類：追求核心密度的產(chǎn)品、追求平衡和優(yōu)化的性能的產(chǎn)品以及追求核心性能的產(chǎn)品。

AMD本次發(fā)布了18款EPYC 9004系列處理器，分為3個(gè)大類，分別是追求核心密度的產(chǎn)品、追求平衡和優(yōu)化的性能的產(chǎn)品以及追求核心性能的產(chǎn)品，具體規(guī)格見(jiàn)下表。

▲EPYC 9004、EPYC 7003、英特爾第12代酷睿、銳龍7000以及英特爾第11代酷睿處理器（從左到右）的外觀對(duì)比，可以看到EPYC 9004大了不少。

計(jì)算和擴(kuò)展的領(lǐng)先地位：EPYC 9004技術(shù)架構(gòu)一覽

毫不夸張地說(shuō)，EPYC 9004是目前市面上最先進(jìn)的企業(yè)級(jí)產(chǎn)品之一。它在CPU架構(gòu)、Chiplet應(yīng)用以及互聯(lián)方式上，幾乎都是當(dāng)前技術(shù)條件下所能達(dá)到的極致。這一次，AMD在超大規(guī)模的企業(yè)級(jí)產(chǎn)品研發(fā)上進(jìn)入了一個(gè)新的層次，短時(shí)間內(nèi)，能超越它的只有AMD自己的下一代產(chǎn)品。

設(shè)計(jì)目標(biāo)：擁有擴(kuò)展和計(jì)算性能的優(yōu)勢(shì)地位

▲AMD EPYC 9004的設(shè)計(jì)理念

按照慣例，我們先來(lái)看看EPYC 9004的設(shè)計(jì)理念和實(shí)現(xiàn)情況。AMD EPYC 9004的設(shè)計(jì)理念就是繼續(xù)保持計(jì)算性能和擴(kuò)展能力的優(yōu)勢(shì)地位。AMD分四個(gè)方面進(jìn)行了闡述：首先是擁有最先進(jìn)的單核心性能和單插槽性能，這依靠最新的Zen 4架構(gòu)和5nm工藝實(shí)現(xiàn)；其次是配備超大的內(nèi)存帶寬和容量，這依靠12通道的DDR5內(nèi)存來(lái)實(shí)現(xiàn)；第三是采用全新的下一代IO接口，這包括最大160通道的PCIe 5.0控制器以及可以利用CXL協(xié)議擴(kuò)展的內(nèi)存尋址功能等；第四則是加密計(jì)算方面的新進(jìn)展，主要通過(guò)CXL以及2倍的SEV-SNP功能來(lái)實(shí)現(xiàn)。

▲EPYC 9004和上代產(chǎn)品的性能比較情況

根據(jù)AMD官方數(shù)據(jù)顯示，和EPYC 7003系列的頂級(jí)型號(hào)EPYC 7763相比，EPYC 9004系列中的頂級(jí)型號(hào)EPYC 9654能夠在云端、HPC和企業(yè)級(jí)性能方面分別領(lǐng)先107%、123%以及94%。AMD宣稱第四代EPYC處理器是全世界最好的數(shù)據(jù)中心處理器，擁有最快的數(shù)據(jù)中心性能、領(lǐng)先的能源效率、優(yōu)秀的TCO表現(xiàn)、安全的加密計(jì)算能力以及豐富的生態(tài)系統(tǒng)。

▲AMD EPYC 9004的宏觀布局

為了達(dá)到這些設(shè)計(jì)要求，EPYC 9004在結(jié)構(gòu)上依舊采用了Chiplet設(shè)計(jì)，布局在中間的是全新設(shè)計(jì)的IO芯片，周圍的CCD單元數(shù)量增加到12個(gè)。每個(gè)CCD中依舊包含了8個(gè)CPU核心和相應(yīng)的緩存，以及32MB L3緩存。EPYC 9004核心數(shù)量大增的原因是CCD數(shù)量從上代產(chǎn)品的最多8個(gè)增加到了最多12個(gè)，這使得它最多能提供96核心192線程。

Zen 4架構(gòu)：IPC提升14%

AMD在企業(yè)級(jí)產(chǎn)品和消費(fèi)級(jí)產(chǎn)品上采用了同樣的核心微架構(gòu)：EPYC 9004和桌面銳龍7000系列都是最新的Zen 4架構(gòu)。有關(guān)Zen 4架構(gòu)，本刊在之前銳龍7000首發(fā)文章中曾有過(guò)介紹，本文再簡(jiǎn)單回顧一下。

▲Zen 4微架構(gòu)及改進(jìn)一覽

AMD Zen 4架構(gòu)是基于Zen 3架構(gòu)改進(jìn)而來(lái)，在架構(gòu)設(shè)計(jì)上，AMD希望實(shí)現(xiàn)更高的性能、更低的延遲和更好的能效比。其中性能的提升來(lái)自頻率和IPC的提升；更低的延遲主要是提升了緩存的性能并且降低了整個(gè)架構(gòu)的平均延遲；能效比方面則通過(guò)新設(shè)計(jì)、新工藝以及將移動(dòng)端的一些技術(shù)移植在桌面端，降低了整個(gè)CPU的動(dòng)態(tài)功耗。

▲Zen 4架構(gòu)相比Zen 3架構(gòu)的重要提升

具體來(lái)看，Zen 4架構(gòu)在分支預(yù)測(cè)、Op緩存、指令排序相關(guān)窗口、整數(shù)或浮點(diǎn)寄存器、每核心更深的緩沖區(qū)、后端讀取和加載等方面進(jìn)行了優(yōu)化。特別的變化是另外加入對(duì)AVX-512指令集的支持，以及重新調(diào)整的每核心1MB、8-way L2緩存。

前端方面，分支預(yù)測(cè)部分有大幅加強(qiáng)。AMD使用了一個(gè)更強(qiáng)有力的分支預(yù)測(cè)單元，每周期可以執(zhí)行2次分支預(yù)測(cè)。此外，L1分支目標(biāo)緩沖區(qū)的容量提升了50%，達(dá)到1.5K條目，L2分支目標(biāo)緩沖區(qū)則達(dá)到7K。Zen 4還擁有更大的Op緩存、更大的指令回寫隊(duì)列，它們?cè)诤艽蟪潭壬咸嵘颂幚砥鞯那岸诵阅堋?/p>

執(zhí)行單元部分，Zen 4沒(méi)有提升執(zhí)行單元的數(shù)量，而是持續(xù)增大重排緩沖區(qū)。它增加了浮點(diǎn)/整數(shù)寄存器的體積，整數(shù)從192增加至224，浮點(diǎn)從160增加至192，核心緩沖區(qū)達(dá)到320條目。執(zhí)行單元方面依舊是每周期10個(gè)INT和6個(gè)FP。

后端的讀取和加載部分，Zen 4擁有更大的讀取排序單元，更少的緩存端口沖突以及增大50%的L2 DTLB。另外依舊擁有每周期3個(gè)內(nèi)存操作，最多每周期3個(gè)讀取和2個(gè)寫入。

緩存方面，最明顯的改變是每個(gè)核心的L2緩存翻倍到1MB，這樣可以降低CPU核心的未命中率并提升命中率，同時(shí)也降低了從L3和內(nèi)存讀取數(shù)據(jù)的幾率。但是由于L2緩存增大，延遲也相應(yīng)提升，L2和L3的延遲分別增加到最多14個(gè)周期和最多50個(gè)周期。

▲AMD在Zen 4上設(shè)計(jì)了全新的AVX-512引擎，和英特爾的路線有巨大差異。

在指令集方面，Zen 4實(shí)現(xiàn)了對(duì)AVX-512指令集的支持。Zen 4采用了2個(gè)AVX 256來(lái)合并執(zhí)行1個(gè)AVX-512，而英特爾采用了獨(dú)立的AVX512 SIMD核心。AMD的設(shè)計(jì)可以節(jié)省晶體管資源，并且不需要降低頻率來(lái)運(yùn)行AVX-512。但是當(dāng)同時(shí)執(zhí)行AVX2和AVX-512的時(shí)候，則必須完成一個(gè)后再執(zhí)行另一個(gè)。AVX-512比之前Zen架構(gòu)多核心執(zhí)行FP32的工作效能提升了30%。此外，Zen 4也實(shí)現(xiàn)了對(duì)BF16數(shù)據(jù)格式的支持，這是AI計(jì)算中新興的一種重要數(shù)據(jù)格式。

▲在啟用AVX-512后，相關(guān)性能得到了巨大提升。

根據(jù)AMD官方數(shù)據(jù)顯示，在支持AVX-512后，使用2路EPYC 9654（192核心）對(duì)比2路EPYC 7763（128核心），在NLP、圖像識(shí)別以及物體檢測(cè)的吞吐量測(cè)試中，前者的領(lǐng)先幅度分別達(dá)到4.2倍、3倍和3.5倍。

AMD還給出了Zen 4相比Zen 3的性能改進(jìn)情況?？偟膩?lái)看，Zen 4有大約14%的IPC提升。其中貢獻(xiàn)最大的是前端的改進(jìn)，其次是存儲(chǔ)和加載部分，再次是分支預(yù)測(cè)部分，執(zhí)行部分和L2部分的改進(jìn)帶來(lái)的性能增幅則相對(duì)較小。在發(fā)布銳龍7000系列的時(shí)候，AMD給出的IPC提升數(shù)據(jù)是13%，所以這里提到的14%應(yīng)該是根據(jù)服務(wù)器所面向的不同負(fù)載重新測(cè)試而來(lái)。

▲AMD Zen 4架構(gòu)在服務(wù)器端取得了14%的IPC提升

最后再來(lái)看看安全方面的內(nèi)容。Zen 4架構(gòu)目前支持安全加密的虛擬化，包括SEV-ES、SEV-SNP，內(nèi)存加密支持AES-256-XTS，支持最多1006個(gè)加密的客戶機(jī)以及多主機(jī)秘鑰SMKE。此外，它還支持虛擬化X2APIC、免SMT攻擊和額外的SPEC_CTL功能等。

12通道DDR5內(nèi)存

每核心帶寬至少比上代產(chǎn)品提升50%

所有EPYC 9004系列處理器都支持12通道DDR5內(nèi)存，相比上代支持的8通道DDR4內(nèi)存有巨大進(jìn)步。從內(nèi)存帶寬來(lái)看，DDR5的使用在很大程度上緩解了超多核心處理器內(nèi)存帶寬不足的情況。

▲AMD在EPYC 9004上全面啟用DDR5內(nèi)存

舉例來(lái)說(shuō)，上代EPYC 7763擁有64個(gè)核心128線程，支持8通道DDR4內(nèi)存，內(nèi)存總帶寬為204.8GB/s，平均每核心3.2GB/s。新一代的EPYC 9654擁有96核心192線程，支持12通道DDR5內(nèi)存，內(nèi)存總帶寬為460.8GB/s，平均每核心4.8GB/s。EPYC 9654在處理器核心數(shù)量更多的情況下，每核心內(nèi)存帶寬提升了50%。如果是48核心或者32核心產(chǎn)品，每核心內(nèi)存帶寬的提升會(huì)更大，這為內(nèi)存帶寬敏感型應(yīng)用帶來(lái)了極為不錯(cuò)的性能提升空間。

▲EPYC 9004的內(nèi)存架構(gòu)和特性一覽

從AMD官方給出的實(shí)際測(cè)試數(shù)據(jù)來(lái)看，EPYC 7003系列的實(shí)際內(nèi)存帶寬大約為154GB/s，EPYC 9004則高達(dá)356GB/s，是前代產(chǎn)品的大約2.3倍。延遲方面，由于EPYC 9004支持的DDR5內(nèi)存容量更大、通道數(shù)量更多，因此延遲有所上升。EPYC 9004的SoC延遲大約在73ns左右，設(shè)備延遲大約是45ns左右，因此總延遲在118ns左右，而EPYC 7003的對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)分別是70ns、35ns和105ns。從整體上來(lái)看，EPYC 9004的延遲略高，但是考慮到它擁有更大的帶寬，這一點(diǎn)是完全可以接受的。

▲EPYC 9004的內(nèi)存性能情況

在內(nèi)存容量方面，所有EPYC 9004系列處理器都支持高達(dá)6TB容量。不過(guò)目前AMD只給出了1DPC（DIMM Per Channel），也就是12個(gè)內(nèi)存通道、12條內(nèi)存插槽下的配置情況，內(nèi)存最高支持12通道的DDR5 4800。至于2DPC配置，AMD宣稱會(huì)在2023年第一季度再公布詳細(xì)信息。不過(guò)考慮到EPYC 9004不小的面積，12通道DDR5內(nèi)存插槽所占的體積以及接近400W的CPU供電所需要的PCB面積，未來(lái)出現(xiàn)24通道、48插槽的2DPC主板的可能性較低，并且6TB內(nèi)存對(duì)大多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)景來(lái)說(shuō)已經(jīng)足夠了。

▲EPYC 9004設(shè)計(jì)有內(nèi)存分區(qū)管理

最后再來(lái)看看內(nèi)存分區(qū)。由于EPYC 9004系列處理器的規(guī)模很大，因此AMD也提供了NUMA域的管理和設(shè)置，使得用戶可以在某些情況下對(duì)內(nèi)存和核心進(jìn)行調(diào)配。它包括了NPS1、NPS2和NPS4三種分區(qū)方式：NPS1就是整個(gè)處理器；NPS2是將處理器分為2個(gè)部分，每個(gè)部分有6個(gè)內(nèi)存通道和6個(gè)GMI3接口；NPS4則是將處理器分為4個(gè)部分。

IO芯片和總線連接系統(tǒng)：采用最新的GMI3連接

AMD在EPYC 9004上繼續(xù)采用大獲成功的Chiplet方案。整個(gè)處理器除了CCD之外，還有一個(gè)IO芯片。EPYC 9004的CCD由臺(tái)積電5nm工藝制造，這也是首個(gè)使用5nm工藝的企業(yè)級(jí)CPU產(chǎn)品。IO芯片也采用了臺(tái)積電6nm工藝制造。

▲EPYC 9004架構(gòu)簡(jiǎn)圖和特性一覽

因?yàn)镋PYC系列一直采用Chiplet方案，因此在CCD和IO芯片之間需要通信協(xié)議予以連接。上一代EPYC處理器采用的是GMI2總線，其IO芯片內(nèi)部有8個(gè)GMI2總線端口，因此總共能支持8個(gè)CCD單元連接，每個(gè)CCD擁有2個(gè)GMI總線接口，可以根據(jù)需要進(jìn)行配置。

▲EPYC 9004的Chiplet連接圖一覽

EPYC 9004升級(jí)為GMI3總線。其中Zen 4架構(gòu)的8個(gè)CCD和12個(gè)CCD采用的是每個(gè)CCD與1個(gè)GMI3總線互聯(lián)，4個(gè)CCD架構(gòu)中每個(gè)CCD通過(guò)2個(gè)GMI3總線進(jìn)行互聯(lián)，從而實(shí)現(xiàn)更高的互聯(lián)帶寬。對(duì)于核心數(shù)量較少的型號(hào)，這樣的設(shè)計(jì)能夠?yàn)镃CD數(shù)量較少時(shí)，帶來(lái)更大的互聯(lián)帶寬。IO芯片的GMI3總線端口數(shù)量升級(jí)到12個(gè)，因此可以最多連接12個(gè)CCD。

帶寬和功耗方面，每個(gè)GMI3總線每周期可以實(shí)現(xiàn)32Bit的數(shù)據(jù)讀取和16Bit的數(shù)據(jù)寫入，能耗為2pj/bit。帶寬方面最高可達(dá)36Gbps，和FCLK的頻率比值是20∶1，最高可達(dá)1.8GHz。AMD宣稱，GMI3的吞吐能力最高可達(dá)GMI2的2倍。

值得一提的是，IO芯片上的GMI3端口排序是經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)的。它的端口序號(hào)排列如下：

顯然，GMI3的端口并不是按照常規(guī)的從小到大或者從大到小排列的。AMD這樣做的原因，是考慮到CCD和IO芯片的距離和延遲。以96核的EPYC 9654為例，每個(gè)CCD有8個(gè)處理器核心，12個(gè)CCD分布在IO芯片兩側(cè)，每側(cè)各6個(gè)CCD?？紤]到幾何和空間形狀，將優(yōu)先使用IO芯片周圍的某幾個(gè)端口。比如有8個(gè)CCD，將使用GMI0~GMI7這幾個(gè)端口，位于中間和最遠(yuǎn)端的GMI8、GMI9、GMI10和GMI11反而會(huì)空余。AMD還提到，靠近IO芯片的CCD位置將被優(yōu)先使用，這意味著如果是8個(gè)CCD，那么最遠(yuǎn)4個(gè)位置上的CCD要么徹底被屏蔽，要么干脆就是占位用的晶體塊。

AMD還特別對(duì)連接模式進(jìn)行了說(shuō)明。GMI3有兩種連接模式，一種被稱為窄連接模式，主要用在大于4個(gè)CCD也就是32核心以上的處理器上；另一種被稱為寬連接模式，它是新加入的，主要用在小于等于4個(gè)CCD，也就是32核心以下的產(chǎn)品。

▲EPYC 9004的8CCD連接模式，注意GMI11和GMI9等端口的空閑。

在窄連接模式中，如果8個(gè)CCD連接到IO芯片上，就像上文提到的那樣，將使用GMI0~GMI7進(jìn)行連接。此時(shí)每個(gè)CCD的1個(gè)GMI3端口將被激活，并與IO芯片相應(yīng)的GMI3端口進(jìn)行連接，空余剩下的4個(gè)端口。

▲EPYC 9004的4CCD連接模式，每個(gè)CCD采用2個(gè)GMI總線連接IO芯片。

在寬連接模式中，每個(gè)CCD的2個(gè)GMI3端口將被激活，并和IO芯片上的GMI3端口進(jìn)行連接。以4個(gè)CCD為例，每個(gè)CCD的第一個(gè)GMI3端口將先和GMI0~GMI3端口連接，然后第二個(gè)GMI3端口會(huì)和GMI8~GMI11端口連接，GMI7、GMI5、GMI4和GMI6端口將被閑置。

全新的SP5插槽：更大、更穩(wěn)固

EPYC 9004的插槽上也被更新。新插槽被稱作Socket SP5，不兼容上一代Socket SP3。不兼容的原因主要是因?yàn)镋PYC 9004系列處理器的基板為了放下12個(gè)CCD和IO芯片，變得更大。更多的內(nèi)存通道、供電和CPU核心，也要求有更多的觸點(diǎn)來(lái)傳輸數(shù)據(jù)。

▲Socket SP5和插入其中的EPYC 9004處理器，共有6096個(gè)觸點(diǎn)。

官方數(shù)據(jù)顯示，Socket SP3的長(zhǎng)寬分別是58.5mm、75.4mm，面積為4410.9mm2，包含了4094個(gè)觸點(diǎn)或者彈性接觸片。相比之下，Socket SP5的長(zhǎng)寬分別為72mm、75.4mm，總面積達(dá)到5428.8mm2，包含了高達(dá)6096個(gè)觸點(diǎn)或者彈性接觸片。Socket SP5的CPU供電能力高達(dá)400W，這剛好對(duì)應(yīng)了EPYC 9004系列處理器的最大功耗值。

▲ AMD給出了不同接口處理器的散熱器示意圖，可見(jiàn)SP5的散熱器更大。

▲Socket SP5結(jié)構(gòu)分層圖

Socket SP5在安裝方式上沒(méi)有做出太多改變，依舊采用先讓處理器模塊“滑入”扣具，然后扣下并固定在主板上的方式。這種安裝方式和桌面處理器需要手動(dòng)將處理器放入插槽的方法完全不同，起固定作用的主要是扣具。值得注意的是，之前在Socket SP3處理器上出現(xiàn)過(guò)3個(gè)緊固螺絲由于緊固不到位導(dǎo)致接觸不良，從而使得某些內(nèi)存通道消失的情況。因此在Socket SP5上，AMD選擇了多達(dá)6個(gè)緊固螺絲來(lái)實(shí)現(xiàn)主板和CPU的穩(wěn)定連接，并平衡應(yīng)力。相比上代產(chǎn)品，Socket SP5在耐久性方面更為出色。

雙CPU互聯(lián)：最多對(duì)外提供160條PCIe 5.0總線

再來(lái)看有關(guān)雙CPU互聯(lián)的內(nèi)容。EPYC 9004系列中2P型號(hào)的處理器可以搭建雙路系統(tǒng)，而在2個(gè)CPU的互聯(lián)上，它有一些新的變化。

▲AMD EPYC 9004系列處理器的1P、2P配置圖

▲AMD依舊采用IF總線連接2個(gè)處理器，不過(guò)EPYC 9004多了很多功能和設(shè)置。

每個(gè)EPYC 9004處理器能夠?qū)ν馓峁?28條PCIe 5.0通道。當(dāng)組建2P系統(tǒng)時(shí)，通過(guò)IF總線使用的SerDes（串行器-解串器，AMD的SerDes支持兩種類型的連接，一種類型是支持標(biāo)準(zhǔn)的GMI或者PCIe接口、Infinity Fabric總線等，另一種則是支持其他類型的接口，包括SATA、CXL等，用戶可以根據(jù)需要進(jìn)行配置），最多有64條通道被設(shè)置為4條Infinity Fabric總線（后文簡(jiǎn)稱IF總線）來(lái)實(shí)現(xiàn)2個(gè)CPU的互聯(lián)傳輸。也就是說(shuō)，在AMD的定義中每一條IF總線實(shí)際上相當(dāng)于PCIe 5.0 x16的規(guī)格。

▲EPYC 9004的IO性能一覽

早期的IF總線采用的是PCIe 3.0 x16規(guī)格，帶寬較低。在升級(jí)到PCIe 5.0 x16規(guī)格后，其帶寬大增，所以可能有部分用戶認(rèn)為3條IF總線已經(jīng)足以承擔(dān)2個(gè)CPU的互聯(lián)工作。AMD允許用戶自行選擇啟用3條還是4條IF總線實(shí)現(xiàn)2P互聯(lián)操作。如果是3條的話，那么多余的1條IF總線可以被釋放為PCIe 5.0 x16通道。這樣一來(lái)，兩個(gè)CPU在3路IF總線連接的情況下，每個(gè)CPU最多可以空余80條PCIe 5.0通道，2個(gè)CPU就是160條。另外，IO芯片還能夠?qū)ν忉尫?2條PCIe 3.0通道。

▲EPYC 9004處理器的擴(kuò)展和連接都非常自由

AMD對(duì)走線也進(jìn)行了更新?，F(xiàn)在IO芯片中的總線控制器（SerDes）被分為2個(gè)，體現(xiàn)在CPU的物理結(jié)構(gòu)上，就是背部觸點(diǎn)兩側(cè)都可以連接總線輸出。在上一代EPYC 7003上，只有一側(cè)可以輸出IF總線或PCIe總線，并往往在主板上部。此時(shí)如果要連接主板下部的設(shè)備，就需要較長(zhǎng)的走線并增加主板設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。在EPYC 9004上，由于有兩個(gè)總線控制器且線路可以從CPU兩側(cè)走，因此更方便。AMD將CPU上部的線路稱為P總線，下部稱為G總線。其中P總線往往用于組成IF總線連接CPU，G總線用于連接外部設(shè)備。當(dāng)然廠商也可以自由設(shè)置，比如使用“2P+2G” 的方式來(lái)連接CPU，或者其他廠商認(rèn)為方便的設(shè)計(jì)亦可。

CXL 1.1+：提供超大規(guī)模的內(nèi)存尋址空間

在互聯(lián)技術(shù)特性上，EPYC 9004對(duì)CLX 1.1+的支持是一個(gè)亮點(diǎn)。本刊之前介紹過(guò)有關(guān)CXL的技術(shù)內(nèi)容，CXL的全稱是Compute eXpress Link，它是一個(gè)開放的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，主要用于在CPU和加速單元（GPU、DPU）或者一些IO設(shè)備之間提供高速緩存一致性互聯(lián)，同時(shí)允許CPU在連接設(shè)備的相同內(nèi)存區(qū)域上工作，從而提高性能和電源效率，并降低軟件復(fù)雜性，減少數(shù)據(jù)移動(dòng)次數(shù)。該規(guī)范以PCIe 5.0作為技術(shù)基礎(chǔ)，最新修訂版本的CXL 3.0則以PCIe 6.0作為技術(shù)基礎(chǔ)。

CXL規(guī)范的推出速度非常快，在CXL 1.0技術(shù)還未準(zhǔn)備好之前，CXL 2.0技術(shù)就已經(jīng)到來(lái)，新規(guī)范要求在總線的SerDes級(jí)別提供內(nèi)置支持，從而實(shí)現(xiàn)和遠(yuǎn)程內(nèi)存組的低延遲連接。因此，AMD不得不在新處理器的設(shè)計(jì)后期重新設(shè)計(jì)了CXL部分功能，還融入了包括持久內(nèi)存和RAS報(bào)告等功能，但是其余部分則不能全部支持，因此AMD稱之為CXL 1.1+。目前AMD的CXL總線基于PCIe 5.0規(guī)范，和PCIe 5.0共用物理接口。

▲ AMD的CXL 1.1+只支持第三類，也就是內(nèi)存擴(kuò)展。

CXL支持三類設(shè)備，第一種常用于網(wǎng)卡這類高速緩存設(shè)備，第二種常見(jiàn)于GPU、AI等應(yīng)用的內(nèi)存加速器，第三種是內(nèi)存擴(kuò)展控制器，通常作為內(nèi)存緩沖器，常用作內(nèi)存帶寬或是容量的擴(kuò)展。EPYC 9004目前只支持第三種方案，允許用戶將遠(yuǎn)程內(nèi)存作為本地內(nèi)存進(jìn)行尋址，并且允許將多個(gè)CLX Type-C設(shè)備聚合成一個(gè)交錯(cuò)的NUMA節(jié)點(diǎn)，還支持“headless NUMA”節(jié)點(diǎn)。其他功能包括能夠優(yōu)化本地內(nèi)存和CXL內(nèi)存之間延遲差異的QoS機(jī)制，支持AMD的SEV-SNP密鑰擴(kuò)展和AES-256-XTS等功能。

AMD目前最多允許將64個(gè)PCIe 5.0通道分配給CXL 1.1+，單個(gè)CXL 1.1+允許最多16個(gè)通道，因此單個(gè)CXL 1.1總線帶寬為雙向128GB/s。如果啟用全部64個(gè)通道的話，帶寬會(huì)高達(dá)雙向512GB/s，這已經(jīng)高出了12通道DDR5內(nèi)存的460GB/s了。考慮到EPYC 9004高達(dá)96個(gè)CPU核心對(duì)內(nèi)存帶寬的需求，這正是AMD支持CXL 1.1+的意義所在。

性能預(yù)覽：輕松拋離競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手

在架構(gòu)介紹部分，AMD提及了不少性能方面的信息，不過(guò)最終還得看綜合性能情況。AMD選擇了英特爾第三代至強(qiáng)可擴(kuò)展處理器，也就是Ice Lake-X架構(gòu)的產(chǎn)品進(jìn)行對(duì)比。

▲?EPYC 9004在云端方面的性能大幅度領(lǐng)先

▲AMD宣稱EPYC 9004在多項(xiàng)性能中領(lǐng)先

首先來(lái)看單核心性能。AMD使用了16、32、40/48核心的處理器進(jìn)行對(duì)比。EPYC 9004系列的不同型號(hào)處理器在整數(shù)、浮點(diǎn)性能方面超越英特爾產(chǎn)品最多可達(dá)55%、96%。虛擬化性能方面，EPYC 7003的表現(xiàn)就足以抗衡英特爾產(chǎn)品，EPYC 9004的性能更是英特爾產(chǎn)品的2.8倍之多。在FSI模擬、3D渲染和商務(wù)（MySQL業(yè)務(wù)查詢）方面，EPYC 9654的性能分別是英特爾至強(qiáng)鉑金8380的大約2.1倍、2.4倍和2.7倍。HPC性能方面就更不用多說(shuō)了，2P配置的EPYC 9654在天氣預(yù)報(bào)、計(jì)算流體和有限元分析方面分別是2P配置的英特爾至強(qiáng)鉑金8380的大約2.5倍、2.5倍和2.6倍。HPC單核心性能方面，同樣是這三項(xiàng)測(cè)試，32核心的EPYC 9374F性能是同為32核心的至強(qiáng)鉑金8362的2倍、1.7倍和1.7倍。

▲EPYC 9004系列不同型號(hào)處理器的單核心整數(shù)性能都大幅領(lǐng)先對(duì)手

▲EPYC 9004系列不同型號(hào)處理器的單核心浮點(diǎn)性能同樣大幅領(lǐng)先

▲HPC性能方面，EPYC 9004實(shí)現(xiàn)了對(duì)英特爾處理器的碾壓態(tài)勢(shì)。

此外，AMD還評(píng)估了空間和電能需求。在同時(shí)處理1995個(gè)虛擬化需求的時(shí)候，2P的EPYC 9654處理器只需要5臺(tái)服務(wù)器即可完成，與之對(duì)應(yīng)的英特爾至強(qiáng)鉑金8380則需要15臺(tái)服務(wù)器，AMD節(jié)約了67%的機(jī)架數(shù)量、52%的電能消耗（相當(dāng)于34英畝森林所釋放的二氧化碳值），降低了40%的1年服務(wù)TCO。

▲AMD還評(píng)估了空間和電能需求，EPYC 9004系列更是大獲全勝。

在同樣性能的情況下，比如在SPECreat 2017整數(shù)基準(zhǔn)測(cè)試中同樣獲得8500分，AMD只需要1P EPYC 9654的處理器使用10臺(tái)服務(wù)器即可，英特爾則需要2P的至強(qiáng)鉑金8380的處理器使用15臺(tái)服務(wù)器，這意味著AMD節(jié)約了67%的處理器數(shù)量、20%的核心數(shù)量、50%的能源消耗和46%的1年服務(wù)TCO。

AMD還展示了EPYC處理器在產(chǎn)業(yè)環(huán)境方面的情況。目前已經(jīng)有數(shù)百家企業(yè)使用或者正準(zhǔn)備使用AMD的產(chǎn)品，同時(shí)媒體和內(nèi)容、制造業(yè)、5G和金融服務(wù)等行業(yè)都在使用AMD EPYC產(chǎn)品持續(xù)創(chuàng)造價(jià)值。歷經(jīng)四代進(jìn)化，AMD EPYC終于開創(chuàng)了一個(gè)非常不錯(cuò)的產(chǎn)業(yè)環(huán)境，并正在逐漸拓展自己的市場(chǎng)范圍。

總結(jié)：強(qiáng)大的產(chǎn)品無(wú)須多言

從已知的信息和規(guī)格來(lái)看，EPYC 9004系列處理器代表了當(dāng)前最先進(jìn)、最強(qiáng)大的計(jì)算性能，無(wú)論是架構(gòu)設(shè)計(jì)還是產(chǎn)品性能都沒(méi)有什么可挑剔的地方。

▲EPYC 9004的晶元結(jié)構(gòu)示意圖，不同的部分清晰可見(jiàn)。

▲AMD EPYC產(chǎn)品路線圖一覽

AMD還給出了EPYC未來(lái)的產(chǎn)品路線圖。目前AMD發(fā)布的EPYC 9004系列是代號(hào)為“Genoa”的產(chǎn)品。接下來(lái)，AMD還將陸續(xù)推出采用3D V-Cache技術(shù)的“Genoa-X”，面向云計(jì)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(jì)算的“Siena”(錫耶納)。在2023年~2024年，AMD將推出全新設(shè)計(jì)的Zen 5架構(gòu)以及第五代EPYC處理器家族，代號(hào)“Turin”(圖靈)。AMD在前三代EPYC大獲成功之后，已經(jīng)開始計(jì)劃利用EPYC進(jìn)入更多市場(chǎng)，繼續(xù)和英特爾等廠商展開正面廝殺。這樣的競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)，顯示出AMD強(qiáng)大的進(jìn)取心。就像全新進(jìn)化的AMD新品牌平臺(tái) “同超越，共成就 _”(“together we advance_”)，持續(xù)進(jìn)步的AMD還會(huì)帶給我們?cè)鯓拥捏@喜呢？一起期待吧！

編輯：黃飛

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