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AMD在ISSCC 2020上分享Zen 2架构相关信息:架构再解析 成本大控制



在最近召开的ISSCC 2020上面,AMD分享了很多关于去年推出的Zen 2架构的细节内容,现在我们找到了相关的报道和当时的演示稿,一起来看看AMD分享了哪些有趣的东西。

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首先是Zen 2架构的特点,它是一个能完整覆盖当前市场的架构,上至服务器下至移动端,它都可以胜任,一个核心架构横跨几乎所有的平台。

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图片来自于PC Watch,下同

Zen 2架构相对于Zen架构有较大的改动,包括使用了全新的“TAGE”分支预测器,优化过的L1指令缓存,两倍的微指令缓存,两倍的浮点单元数据宽度,第三代AGU,加大的各种调度器、指令存储队列,两倍的L1数据缓存读写带宽,单个CCX拥有两倍的L3缓存。以上这个改动促成了Zen 2相对于Zen有超过15%的IPC提升。

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下面是Zen 2单个内核的显微照片,AMD标注了不同的功能分区。

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每个CCX上面的L3缓存实际上是可以被细分成4组,每组4MB大小。

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Zen 2的单个CCX,已经是老生常谈了的四核16MB L3配置。

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不过有趣的是,AMD还介绍了两种新的CCX配置方式,一种是在刚发布不久的Ryzen 4000系APU上面使用的四核4MB L3配置,另外还有一种是还没有见到实际产品的双核4MB L3配置

接下来讲的是Zen和Zen 2在工艺上面的差异,一个是GF的14nm FinFET工艺,一个是台积电的7nm FinFET工艺。

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可以看到新工艺带来了相当高的晶体管密度提升,在同样的四核配置下,Zen 2单个CCX在L3倍增的情况下其面积是比Zen的单个CCX小上12.7mm2的。

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工艺上面的进步是Zen 2能效比大幅提高的主要来源,但也可以看到架构上的调整也是一大重要因素。

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最终达成的,是在单个插槽上面置入两倍的核心数量,也就是单片最大64核是通过架构、工艺双方共同改良而达成的。

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在单核表现上面,Zen 2的单核也更为省电。

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最终,Zen 2完成了非常大的进步。

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这张幻灯片介绍的是不同市场中的处理器采用的不同封装策略,可以看到,CCD都是一样的,而IO Die是有很大区别的:在Ryzen系列桌面处理器上面使用的是桌面级的IO Die,其面积为125mm2,而在EPYC 2和Ryzen Threadripper上面,用的是服务器级的IO Die,其面积高达416mm2

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后面还在继续夸台积电的7nm制程,它帮助减小了单个CCD的面积。这里AMD也给出了他们为什么采用MCM的理由,由于在服务器和桌面端,很多任务都是IO密集型的,而对于这部分单元来说,更好的工艺并不能带来显著的性能提升,反而会增加很多成本。于是AMD选择将整个处理器(实际上是SoC)分区,将CPU内核与IO、内存部分解耦,后面模块采用老一代的工艺进行制造。

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另外,为什么说Zen 2处理器实际上是个SoC呢,因为上面还集成了一些其他的微处理器,或是用于电源管理,或是用于温度监视。

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AMD随后具体介绍了他们采用的MCM封装方案的一些细节,包括芯片间互联的电路布局和基底针脚电路布局。

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最终这套Chiplet多芯片方案帮助他们在服务器产品上面节约了非常多的成本,官方给出的数字是,48核产品大致节约了100%的成本,而16核的产品也约莫节约了40%的成本。

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同样,在桌面端,Chiplet也是有着相当大的成本优势,常见的八核产品大致能够节省约20~30%,而16核产品更是能够省出100%的成本,甚至这块IO Die还可以用来做成X570芯片组。

不管怎么看,Zen 2都是相当成功的一代处理器架构,微观方面,内核IPC相对上代有15%的提升,已经接近对手沿用多年的架构的水平,在台积电7nm工艺的助力下,它还实现了能耗比方面的大幅进步。宏观方面,采用Chiplet多芯片的封装方式让AMD有效控制住了产品的成本,另外带来的一点好处是产品线具有相当的可扩展性,往基板上面加核心,不行就换大基板,换大号IO Die,最终我们看到了AMD迅速铺开Zen 2产品线,下至六核,上至64核,给客户提供了丰富的选择,而且新的面向移动端的处理器也已经蓄势待发,我们马上就能见到了。