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Yes!AMD發布7nm服務器芯片:Zen 3架構,IPC提升19%,最高64核


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2021年3月17日 -
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機器之心Pro

萬象大會年度獲獎創作者,機器之心官方帳號

據 AMD 官網數據顯示,EPYC 7003 系列處理器基於 Zen 3 內核和 AMD Infinity 架構打造,具有整套功能和特性:先進的 I/O、7nm x86 CPU 工藝技術以及片上集成安全處理器。

EPYC 7003 處理器具有每核心最多可達 32 MB 的 L3 緩存,支持 4-6-8 內存通道交織從而讓多 DIMM 配置具有更好的性價比,並且其互聯電路和內存之間時鐘同步,所有這些特性都將促進更好、更快地得到結果。

AMD Epyc 處理器。

據悉,AMD 發布「米蘭」服務器芯片,旨在從競爭對手英特爾手中搶占更多的市場份額。與消費級 PC 和工作站相比,AMD 與英特爾在服務器芯片領域的競爭更為明顯。即使在 AMD 開始主導多線程性能之後,英特爾依然在單線程方面占據領先地位。這一領先地位在 2020 年趨於消失,但英特爾依然可以拿出與 AMD 幾乎相同的單線程性能,盡管在全線程性能方面遭到了碾壓。

據悉,AMD 已經完成該芯片的設計,並委托台積電采用 7nm 芯片制程工藝來實現量產。

全方位領先 Intel 至強可擴展處理器

與 2019 年自家發布的第二代 7nm 制程 Epyc 羅馬(Rome)處理器相比,AMD Epyc「米蘭」完成了從 Zen 2 架構到 Zen 3 架構的過渡,並且與桌面端 Ryzen 5000 系列 CPU 相比相差不大。

但與英特爾 Xeon 處理器相比,Epyc「米蘭」的速度更快,且能夠使用更少的物理空間和功率完成更多的工作。下圖展示了 AMD Epyc 處理器與英特爾 Xeon 處理器不同的發展曲線,其中 Epyc 處理器在 2017 年實現了突飛猛進,超越了英特爾 Xeon,並在之後幾年繼續遙遙領先:

此外我們可以看到,2017 年和 2018 年,AMD Epyc 和英特爾 Xeon Scalable 之間並沒有拉開太大差距,但是 AMD 在 2019 年推出了 Zen 2 架構,實現了真正的巨大飛躍。

以具體數據說話,AMD Epyc 7763 系統上運行的 VDI 桌面會話數量是英特爾 Xeon Platinum 8280 系統上的 2.12 倍:

AMD 首席執行官蘇姿豐在發布會上。

在高性能計算(HPC)和雲計算工作負載方面,第三代 Zen 架構的 AMD Epyc 處理器較競爭對手英特爾雙雙提升了 106%:

在企業工作負載方面,AMD Epyc 處理器提升了 117%。此外,即使從 64 核心的 Eypc 7763 降至 32 核心的 75F3,其性能依然較英特爾最佳性能提升了 70%。

從羅馬到米蘭,Epyc 處理器有哪些架構變化

「米蘭」實現了 19% 的 IPC 提升,而這主要由於其采用了全新 Zen 3 架構,該架構改進了分支預測、執行 pipeline 更寬,每時鐘周期加載 / 存儲操作有所增加。

Zen 3 架構還提供了比 Zen 2 更統一的 L3 緩存設計。Zen 2 / Rome 為每個四核組提供 16MiB L3 緩存,而 Zen 3 / Milan 為每個八核組提供 32MiB 的 L3 緩存。雖然每核的 L3 緩存還是 4MiB,但對於多核共享數據的工作負載而言,Zen 3 這種更統一的設計可以更好地節省緩存空間。

如果八核的 L3 緩存數據為 3MiB,則二代羅馬處理器需要 6MiB,在每個四核組中它需要進行一次複制。而三代「米蘭」處理器可以節省 3MiB 緩存,只用 3MiB 就可以服務八核,這也意味著單核可以處理更多 L3 緩存。其結果就是針對大型工作負載實現更快的內核與緩存通信,同時有效存儲延遲也出現對應的降低。

安全性改進

AMD Epyc 處理器在安全性方面的聲譽要好於英特爾至強處理器。從 Epyc 羅馬開始,Spectre 和 Spectre V4 攻擊可以通過硬件和操作系統 / 虛擬機監視器(Hypervisor)得到緩解。而這次新發布的「米蘭」處理器支持安全嵌套分頁(Secure Nested Paging),即為受信任的虛擬機提供保護,使其免於不受信任的虛擬機監視器,並且米蘭還提供了一個新特性——CET Shadow Stack。

該特性能夠提供返回地址的鏡像,從而免受面向返回編程(ROP)的攻擊。這使得系統能夠檢測和緩解攻擊,即使成功實現了某個堆棧溢出攻擊,但它無法攻擊影子堆棧。該特性要求操作系統 / 虛擬機監視器進行軟件更新。

Epyc「米蘭」CPU 型號

Epyc「米蘭」處理器共有 19 種型號,包括 15 款雙路型和 4 款單路型,核心數從 8 核到 64 核不等(每路 16 線程到 128 線程不等),下至 8 核 72F3(3.70-4.10GHz,180W TDP),上達 64 核 7763(2.45-3.50GHz,280W TDP)。

圖源:

https://www.amd.com/zh-hans/processors/epyc-7003-series

所有的「米蘭」型號均提供同時多線程(單核雙線程)、8 通道 DDR4-3200 RAM、128 lane PCIe4、安全內存加密、安全加密虛擬化等。

其 SKU 被分為三個類別:

最高單核性能,這類 SKU 名稱中的第三位為字母「F」,從 8 核 180W 72F3 到 32 核 280W 75F3;

針對每個 socket 的最高核 / 線程數量進行優化,名稱中帶有「76」或「77」,從 48C/225W 7643 到 64C/280W 7763。

其他 SKU 名稱以 73、74、75 開頭,旨在「平衡」,可以優化性能和 TCO。

此外,如果 SKU 名稱中有「P」,則表示這是一個單 socket 模型。

AMD 與英特爾之爭

AMD 表示,「米蘭」數據中心處理器比英特爾目前最好的數據中心芯片還要快。據了解,這款芯片由 AMD 設計,並委托台積電使用其 7 納米芯片制程進行生產。

與之相反,英特爾的一貫做法是「芯片設計與制造一體化」。但近年來英特爾的芯片制程技術略顯落後。AMD「米蘭」芯片及二代「羅馬」芯片都超過了英特爾芯片,這幫助 AMD 搶占市場份額,比如谷歌棄用英特爾芯片,轉用 AMD 數據中心處理器。

AMD 高級副總裁兼服務器業務部總經理 Dan McNamara 表示,他相信只要 AMD 繼續將客戶反饋集成到每一代芯片中,AMD 將保持領先地位。

「我們已經生產出了第三代處理器,我們認為這是針對數據中心的頂尖 CPU。如果我們繼續這一步調,我們將保持高競爭力。」Dan 表示。

參考鏈接:

https://arstechnica.com/gadgets/2021/03/amds-zen3-comes-to-the-server-room-with-epyc-milan/

https://www.reuters.com/article/us-amd-intel/amd-launches-milan-chip-for-data-centers-as-battle-with-intel-intensifies-idUSKBN2B71VY

https://www.amd.com/zh-hans/processors/epyc-7003-series