芯片世界觀 | 拆解式分析AMD新的Zen架構(gòu)EPYC服務(wù)器

AMD 推出了第一代 Epyc 服務(wù)器，這個全新的服務(wù)器級處理器系列是基于 Zen 架構(gòu)構(gòu)建。處理器范圍從 8 核 16 線程 120W 芯片 Epyc 7251（運行功率 2.1-2.9Hz），到 32 核 64 線程 180W 怪獸級芯片 Epyc 7601（運行功率 2.2-3.2Hz）。

今年早些時候，AMD 最初透露其服務(wù)器芯片代號為“那不勒斯”。隨著消息的更新，我們了解到一些新芯片的基礎(chǔ)信息：它將擁有 128 個 PCIe 通道和 8 個 DDR4 內(nèi)存控制器，并支持一個或兩個插槽配置。現(xiàn)在 AMD 正式發(fā)布，產(chǎn)品介紹中包含處理器如何組合在一起，以及它們將提供哪些功能。

所有 AMD 的 Zen 處理器的基本構(gòu)建塊，包括臺式機中的 Ryzen 和服務(wù)器中的 Epyc，都是 8 核 16 線程芯片。 Ryzen 處理器中用了一個；Threadripper 高端臺式機桌面處理器用了兩個；而 Epyc 處理器用了四個。每個芯片包括兩個內(nèi)存控制器、電源管理和一堆 PCIe 通道，最重要的是無限連接 Infinity Fabric，AMD 的高速互連源自一致的 HyperTransport 技術(shù)。

從我們對 Ryzen 的研究來看，無限連接(IF)是用來連接每個八核芯片中的兩個核塊(稱為“核心復(fù)合體”，即 CCXes)。IF 同時也用于連接多芯片模塊(MCM)中的芯片，并在兩個處理器配置中連接兩個插槽。

在處理器內(nèi)，每個芯片有三個 IF 鏈路，一個到另外三個芯片。每個鏈路在每個方向上運行速度高達 42GB / s。這些鏈接的速度與每個芯片獨立支持的 2667MHz DDR4 內(nèi)存的兩個通道提供的 42GB / s 內(nèi)存帶寬相匹配，這意味著在 Epyc MCM 內(nèi)的任何一個芯片都可以使用整個處理器的完整內(nèi)存帶寬而不受制約。訪問連接到不同芯片的存儲器將比訪問直接連接的存儲器具有更高的延遲，但不會造成帶寬損失。

在雙插槽配置中，插槽之間有四個 IF 鏈路。一個插槽中的每個芯片與另一個插槽中的芯片配對，總共四對，每對之間有一個 IF 鏈路。這種設(shè)計意味著訪問遠程存儲器最多具有兩跳帶寬損耗，并且存在數(shù)據(jù)可以從一個插槽上的芯片移動到另一個芯片的多個路由。交叉插槽 IF 連接比內(nèi)部連接稍慢，以 38GB / s 的速度進行雙向操作。主要是由于這些鏈路具有更高的錯誤檢查開銷，這占用了一些帶寬。

內(nèi)部和外部 IF 連接均由電源管理。如果鏈路上沒有太多的帶寬流量，處理器將會削減其性能，從而減少能耗。不用于連接上的電源就可以用于內(nèi)核的工作，AMD 表示這種電源管理可以提高每瓦 8 個百分點的性能提升。

每個處理器提供 128 個 I / O 通道。 在雙插槽配置中，來自每個處理器的 64 個通道用于 IF 連接，總共有 128 個 I / O 通道仍然可用。 因此，單插槽和雙插槽配置都提供幾乎相同的 I / O 選項。 用戶使用 I / O 通道的主要功能是 PCIe 連接，每個系統(tǒng)最多可以有八個 PCIe 3.0x16 連接。

雙插槽配置可以細分為 128 個 PCIe 3.0 x1 鏈接，并且 PCIe 連接的配置具有很高的靈活性。每個芯片都可以使用八個鏈接作為 SATA 連接。這是雙插槽系統(tǒng)為您提供更多 I / O 功能的少數(shù)幾個領(lǐng)域之一;有兩個插槽，芯片將支持總共 16 個 SATA 連接。

Epyc 被設(shè)計為系統(tǒng)芯片。通常在主板上需要額外組件的許多功能已經(jīng)集成到 AMD 稱為 Epyc 處理器本身的服務(wù)器控制器中心（SCH）中。這包括四個 USB 3.0 控制器、串行端口控制器、時鐘生成和低速接口，如 I2C。有一個 I / O 組件不在處理器內(nèi)部，那就是以太網(wǎng)。為此，在使用的時候您還將需要一個 PCIe 卡或主板集成接口。

Epyc 是大號的 Ryzen 嗎？
在很多方面，Epyc 與擴大的 Ryzen 并沒有很大的不同 ，鑒于共同的架構(gòu)，這一點也令人驚訝。例如，在 Epyc 中就發(fā)現(xiàn)了 Ryzen 以每個單核為單位單獨調(diào)整電壓的功能。

當(dāng)然，有一些功能在 Epyc 上得到了提升。像 Ryzen 一樣，Epyc 可以根據(jù)使用水平提升時鐘速度。例如，最高端的 7601 部分的基本速度為 2.2GHz，全核提升為 2.7GHz，最大提升為 3.2GHz。在 Ryzen 中最大提升是非常有限的，只能達到 1-2 個內(nèi)核，Epyc 在 3.2GHz 時可以達到 12 個內(nèi)核。

Epyc 芯片還提供兩種模式，在啟動時設(shè)置，讓您在一致的性能和一致的電源使用之間選擇。在性能模式下，芯片將提供可重復(fù)的、一致的時鐘速度和提升，根據(jù)需要提高功率。在電源模式下，芯片運行將緊緊地貼在電源使用的上限上，如果有必要的話，將會降低芯片性能。這在臺式機芯片上是不可用的，因為在那里，功率限制相對較為寬松，并且受到冷卻系統(tǒng)的限制。但是它在密集的服務(wù)器機架中是有價值的，在機房里，機架的總體功耗通常受到限制。

芯片電源管理還將努力檢測某些工作負載模式，并相應(yīng)地降低時鐘速度。在工作負載中，對于一些導(dǎo)致后續(xù)空閑時間的工作活動，Epyc 將在這些活動突發(fā)期間降低時鐘速度。這將使活動完成花更長的時間，減少空閑時間。AMD 認為這種行為可以達到電力使用的凈減少，他們認為在最大速度下，在空閑期間保存的任何功率都被活動突發(fā)期間使用的額外功率所抵消。因此，削減峰值功率消耗將導(dǎo)致電力使用的總體下降，即使核心空閑時間較短。

在 Epyc 上，AMD 還推出了一些似乎也可以在 Ryzen 中使用的功能（至少有固件選項來控制它們），在服務(wù)器配置中會有很大的意義。例如，Epyc 支持加密的系統(tǒng)內(nèi)存。每個內(nèi)存控制器都有一個加密引擎，它可以透明地解密和加密從 RAM 讀取和寫入的所有內(nèi)容。這可以在兩種模式下運行，一種全局模式，其中所有的內(nèi)存都使用由處理器生成的密鑰進行加密;另一種是一種軟件控制模式，該模式允許不同虛擬機的內(nèi)存使用不同的加密密鑰。

Epyc 還支持數(shù)據(jù)中毒。通常，當(dāng) ECC 內(nèi)存發(fā)現(xiàn)不可糾正的錯誤時，默認的操作系統(tǒng)行為是關(guān)閉整個機器。數(shù)據(jù)中毒時，操作系統(tǒng)可以選擇僅停止包含錯誤的進程或虛擬機，從而使機器的其余部分不受影響。

與目前市場上的 Broadwell Xeons 相比，Epyc 看起來很有吸引力。它比英特爾的芯片（僅提供 40 個 PCIe 通道）提供了更多的 I / O，并且每個插槽提供了更多的內(nèi)核。 AMD 的產(chǎn)品線也更加一致，同一組功能在整個范圍內(nèi)均可用（只有少數(shù)例外，該公司將有三個單插槽芯片，型號以 P 結(jié)尾）。

在 AMD 所展示的非常有限的性能測試中，Epyc 7601 輕松擊敗了一對 Xeon E5-2699A v4 處理器，這是英特爾最快的雙插槽 Xeons 處理器。

但英特爾新一代基于 Skylake SP 核心打造的 Xeons 即將到來。 AMD 表示，它構(gòu)建 Epyc 不僅僅是為了擊敗 Broadwell，還有 Skylake。這個比較看起來有點復(fù)雜。 AMD 肯定會提供更多的內(nèi)存帶寬， Skylake-SP 只有 6 個內(nèi)存通道，而 Epyc 有 8 個，AMD 可能會提供比 Intel 更多的內(nèi)核和線程。但是，Skylake-SP 的單線程性能優(yōu)于 Zen，英特爾使用單片模塊而不是多芯片模塊，應(yīng)該能讓英特爾的芯片降低對內(nèi)存的訪問時間。 Skylake-SP 還包括新功能，如 AVX512，可以有效提高數(shù)字處理應(yīng)用程序的工作效率。

這一切將會如何呈現(xiàn)還有待觀察？直到 Skylake-SP 進入市場，我們也沒有比較兩者的基準(zhǔn)，我們可能會看到在不同的工作負載模式下有不同的獲勝者。

不管怎樣，有一件事是明確的：英特爾會遇到前所未有的競爭。 Epyc 可能不是每個工作負載的最佳選擇，但它肯定是許多人的正確選擇。雖然定價尚未公布，但我們預(yù)計 AMD 將繼續(xù)價格低于競爭對手的趨勢。正如桌面級 Ryzen 處理器所做的那樣，Epyc 正成為服務(wù)器機房中的一個選項。

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