96核心、12通道DDR5!AMD Zen4 EPYC架构揭秘

　　近日，AMD正式发布了代号"Genoa"(热那亚)的第四代霄龙EPYC 9004系列处理器，面向服务器、数据中心、高性能计算、人工智能等领域。

　　此前，我们已经介绍了EPYC 9004系列的型号规格、整体特性、性能能效，但是关于它，还有很多层次的东西可以挖掘，包括架构、SoC、内存、小芯片、CXL等等。

　　今天，我们就来仔细说道说道。

　　一、Zen4架构

　　EPYC 9004系列基于和桌面锐龙7000系列同款的Zen4架构，只是针对服务器与数据中心应用做了适当的调整优化。

　　整体而言，综合计算33种不同的服务器负载，Zen4架构的IPC相比Zen3提升了大约14%，这比锐龙7000系列的提升高了1个百分点。

　　不同模块的贡献差不多，最大的还是前端部分，接下来是载入/存储、分支预测、执行引擎、二级缓存。

　　架构总览，以及与Zen3的变化细节对比，都和桌面版Zen4几乎毫无二致。这里也就不再赘述了，感兴趣的可以参考我之前的解析。

　　AVX-512指令集其实也是一模一样的，但它在服务器数据中心显然更加如鱼得水，作用更加明显。

　　根据AMD提供的数字，双路96核心新旗舰EPYC 9654对比双路64核心老旗舰EPYC 7763，得益于规格性能的改进，尤其是AVX-512指令集的加持，NLP吞吐量、物体检测吞吐量、图像识别吞吐量分别增加了大约4.2倍、3.5倍、3倍之多!

　　安全方面也更丰富，其中安全加密虚拟化(SEV)方面，除了继续支持SME、SEVES、SEV-SNP，还将内存加密升级到AES-256-XTS，并支持1006个加密客户机，支持多重主机密钥(SMKE)。

　　另外强化了对客户机的保护，尤其是可免于SMT攻击。

　　二、SoC总览

　　这是EPYC 9004系列额整体布局图、核心特性。

　　这一代依然没有独立芯片组，而是一个完整的SoC，延续chiplet小芯片设计，内部包含一个IOD、最多12个CCD。

　　CCD每个集成8颗Zen4 CPU核心、32MB三级缓存，合计最多96核心、384MB三级缓存，同时也有8个CCD、4个CCD的版本，分别最多64核心、32核心。

　　IOD内集成了DDR5内存控制器、PCIe 5.0/CXL 1.1+控制器、第三代Infinity Fabric控制器、安全处理器。

　　内存为12通道，最高频率4800MHz。PCIe 5.0可提供128条。这两部分后边细说。

　　封装接口改为新的SP5，尺寸增加到约75×72毫米。

　　单路配置下，EPYC 9004系列可搭配最多24条DDR5内存，每通道2条(2DPC)，可提供128条PCIe 5.0、8条PCIe 3.0通道。

　　双路配置下，每个内存通道就只能装1条了(1DPC)，最多还是12条，PCIe 5.0通道对外可用则是最多160条，每路80条对外、48条用于彼此互连，另外还有12条PCIe 3.0，每路6条。

　　IF高速总线升级到了第三代，最高带宽32Gbps，可选3条或4条链接，前者是默认的，此时对应的系统可用PCIe 5.0通道数量就是刚才说的160条。

　　如果选择4链接，每路处理器就要贡献一半的PCIe 5.0通道用于彼此互连，留给系统可用的就是128条，这和上代是相同的。

　　当然，即便同样128条，从PCIe 4.0升级到PCIe 5.0，可用带宽也是翻倍的。

　　160条之多的PCIe 5.0通道能干什么?那就很随意了。

　　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都可以连接最多9个PCIe设备(一个x8和八个x1)。

　　I/O性能方面，EPYC 9004支持新的高级虚拟中断控制器(AVIC)，提升虚拟中断性能，并改善了中断处理吞吐量，包括CPU核心内部与SoC层面。

　　搭配PCIe 4.0 x16规格的200Gbps(20万兆)网卡，默认设置下效率即可超过90%，最高达94%，单向能跑到188Gbps，双向则能跑到375Gbps。

　　如果搭配PCIe 5.0 x16规格的400Gbps(40万兆) InfiBand高速网络，标准配置下效率也能超过90%，最高甚至达99%，能跑出396Gbps。

　　三、内存

　　内存方面，一如桌面锐龙7000系列，EPYC 9004也仅支持DDR5，可以带来更高的频率与带宽、更低的电压与功耗、更好的电源管理(板载PMIC)、更多的通道与更低的延迟、更大的容量、更好的校验纠错(板载ECC)，等等。

　　EPYC 9004系列支持12个DDR5内存通道，单路最大容量6TB(单条512GB)。

　　标准的4800MHz频率下，峰值理论带宽可达460GB/s。

　　延迟方面，EPYC 9004略有增加，但影响不大，其中SoC约73ns、设备约45ns，总计约118ns，比上代分别增加了3ns、10ns。

　　EPYC 9004还支持每路多重内存节点(NPS)，可以对12条内存进行分组管理，进一步优化性能。

　　四、小芯片布局

　　EPYC 9004依然是chiplet小芯片布局，其中CCD最大数量从上代的8个增加到12个，布局更加紧密，对带宽、延迟也提出了更高的要求。

　　为此，小芯片间的通信通道升级为GMI3，最大带宽达到36Gbps，吞吐能力翻番，同时与内部基准频率的比例为20:1。

　　针对不同数量的CCD，GMI还提供宽、窄两种模式，其中超过4个CDD为宽模式，充分利用足够的带宽，小于等于4个则是窄模式，提高效率。

　　五、CXL

　　CXL，也就是Compute EXpress Link，一种缓存一致性高速互连行业标准，主要用于处理器、内存扩展与加速器。

　　CXL有三种工作模式，EPYC 9004并不支持第一种(面向NIC网卡)、第二种(面向GPU/FPGA/加速器等密集计算)，而仅支持第三种，也就是内存缓冲，可扩展内存带宽与容量，协议走的是cxl.io、cxl.mem。

　　总的来说，AMD EPYC 9004系列在延续chiplet设计的同时，升级了工艺、架构，升级了内存、扩展连接等，整体规格、特性上了一个大大的台阶。

　　此外，Zen EPYC家族还会陆续还会推出采用3D V-Cache技术的更高性能版"Genoa-X"，面向云计算服务的"Bergamo"(贝尔加莫)，以及面向电信基础设施和边缘计算的"Siena"(锡耶纳)，组成完整的产品矩阵。

　　未来的第五代"Turing"(图灵)家族，还会再次升级全新的"Zen5"架构!

编辑：齐少恒