AMD 32核心深度揭秘：堆一起真不容易！

如果說Ryzen在桌面上完美歸來，為重塑公司和產品形象奠定了基礎，那麼今天發布的EPYC(霄龍)伺服器平台，就是AMD全面扭轉競爭態勢的天王山戰役。

多年前，AMD因為各種原因離開了利潤豐厚的、廣闊的x86伺服器市場，現在終於回來了！

EPYC伺服器處理器和桌面、移動領域的Ryzen一樣，都是基於全新的Zen架構，但是針對伺服器、數據中心做了大量的針對性設計和優化，畢竟這些領域對於軟硬體的要求都太高了。

AMD也毫不吝嗇地公布了有關EPYC平台的大量細節，其中凝聚了眾多工程師的心血，值得細細品味，當然很多細節技術性都比較強，我們也不會過多地深入，就帶著大家大致了解一下。

【伺服器版的Zen架構】

Zen架構在設計之初，就充分考慮了不同市場領域的適應性，桌面、移動、伺服器(數據中心)都要靠這一套架構拿下，這和Intel近些年的理念也是類似的。

Zen微架構設計，EPYC、Ryzen是相通的，包括核心與緩存配置，AMD從數據中心應用角度做了重新梳理介紹，也可以參考我們此前的解析。

當然，Zen架構也有諸多面向伺服器和數據中心的針對性設計，比如大數據負載、虛擬化增強、安全加密增強。

除了標準指令集，EPYC還增加了大量新的指令集，更好地優化數據中心應用，其中既有和Intel通用的，也有兩條AMD獨有的：CLZERO(清理緩存行)、PTE Coalescing(4K頁表合併為32K)。

虛擬化方面也加入了不少新指令集，包括Data Poisoning內存錯誤處理、AVIC高級虛擬化中斷控制器、Nested Virtualization嵌套虛擬化、SME安全內存加密、SEV安全加密虛擬化。

虛擬化延遲，可比推土機架構降低50％。

52％ IPC(每時鐘周期指令集)的架構性能提升，EPYC同樣是適用的。

【數據中心優化】

EPYC的設計原則有四個方向，包括每路能力、Fabric互連、內存、IO，接下來都會涉及到。

AMD認為，現有的雙路系統存在諸多局限，比如IO擴展有限、配合第二路CPU才能有完整IO、CPU間專用連結無法擁有其他IO、平台需要PCI-E切換和晶片組等。

EPYC重點改進了這些方面，無需PCI-E每雙路系統就能提供多達128條PCI-E，整合晶片組為SoC單晶片設計，支持全新的Infinity Fabric互連。

即使是單路EPYC，擴展性依然充足，包括128條PCI-E、所有連結都能用於IO、四個IO Hub、完整支持PCI-E P2P。

EPYC每顆處理器都能提供128條PCI-E，單路系統中可全部用於外部IO，雙路系統中各拿出64條用於兩顆CPU互連，然後各有64條對外IO，總計還是128條。

相比之下，Intel單路平台僅40條，雙路也才80條。

EPYC集成了一套獨立的安全子系統，整合的AMD安全協處理器(ARM Cortex-A5架構的32位控制器)，運行於安全的系統/內核，可以確保固件數據等片外非易失性存儲的安全，提供安全加密功能，並可實現硬體驗證啟動。

SME安全內存加密是基於硬體的，可以保護物理內存免受攻擊，單個安全密鑰，作業系統/虛擬器管理器可以自己選擇需要需要加密的頁面，而網絡、存儲、顯卡等硬體設備可以無縫訪問加密頁面。

SEV安全加密虛擬化則可以保護虛擬機免受其他虛擬你、非法管理員、不信任虛擬機管理器的傷害，每個虛擬機和管理器都有獨立的秘鑰，彼此加密隔離，並與AMD現有的AMD-V虛擬化技術整合。

針對虛擬化，EPYC在二三級緩存、核心間延遲、緩存和內存拓撲方面都做了優化。

企業級的RAS(可靠性/可用性/可服務性)也是一應俱全。

Infinity Fabric總線串聯起了EPYC系統的幾乎所有部分，具備低延遲、可伸縮性、可擴展性等特點，並有SCF、SDF兩層控制與管理結構，將處理器、顯卡、加速器、內存等有機地結合起來。

SCF可以提供SoC和系統級的連接與控制，並提供安全增強、電源管理、遠程管理等。

EPYC的有效內存帶寬可以達到290GB/s，相比於Broadwell Xeon高出多達150％。

同時從單路到雙路的性能擴展幾乎完美，可以提升多達98％。

【IO與互連】

內存方面，EPYC每路支持八個DDR4通道，每通道最多兩條，也就是每路可以搭配最多16條內存，包括RDIMM、LRDIMM、NVDIMM-N、3DS DIMM等各種類型，頻率最高2667MHz，容量最高2TB。

EPYC每顆內部都有四個獨立內核，彼此之間如何通信是個大問題，這同樣仰仗張Infinity Fabric，每兩個內核之間都可以直連(共六條)，雙向帶寬42GB/s，並且延遲很低(具體多少沒說)。

而在兩顆EPYC處理器之間，也有四條Infinity Fabric，每個內核與另一顆處理器內的配對內核相連(單個帶寬38GB/s總計152GB/s)，這樣任意兩個內核彼此通信，最多只需要兩跳。

單路和雙路EPYC都可以對外提供八個x16連結(總計128 PCI-E)，能任意拆分組合，每連結雙向帶寬32GB/s，合計256GB/s，支持各種PCI-E特性並整合了SATA。

單路擴展性都能完勝Xeon。

EPYC是一個SoC單晶片設計，整合了晶片組(SCH)，可提供平台時鐘發生器、計時器、實時時鐘、中斷、UART、四個USB 3.0、兩個SMBus、六個I2C、SPI、GPIO等等。

AMD很大方地公布了各處互連的帶寬數據，不過延遲只是說很低，沒有具體指標。

雙路系統：64核心、4TB內存、128條PCI-E。

單路系統：32核心、2TB內存、128條PCI-E。

【電源管理】

在一套典型的雙路伺服器系統中，處理器的功耗占了整體的53％，當然是首要的優化對象，排第二的內存也只占14％。

EPYC集成了先進的電源管理系統，整個處理器內部遍布上千個傳感器，32個核心都能以1毫秒的間隔實時調節狀態。

全方位的功耗和溫度監控，可以根據工作負載，實時適應性調整運行狀態，尤其是頻率，以確保不超過功耗限制。

精細的電壓和頻率控制，可以根據功耗分布，讓處理器運行在最佳狀態，活躍核心較少的時候可以自動提高頻率。

我們知道，每顆處理器的體質都不一樣，包括溫度、漏電率等都會有差異，而有的環境需要在各種條件下保持性能一致，有的則要求始終發揮最高性能，為此EPYC可以在啟動時選擇任何一種運行狀態。

EPYC的熱設計功耗也是可以根據需要調節的，需要高性能的就加強，需要低功耗的就削弱一些，比如180W的最高可以到200W，最低則可以到165W。

伺服器應用基本都可以讓所有核心都跑起來，但此時無論負載高低，默認各個核心都會運行在高頻率，造成浪費，AMD則加入了新的算法，可以根據負載程度動態優化，能效可提升最多10％。

EPYC雖然可以提供充裕的帶寬，但並不是所有應用都需要全部帶寬，EPYC就可以進行適應性調節，能將能效再提升最多8％。

EPYC每一個內部都有四個內核，總計32個核心，如何讓它們平衡地運行在最佳狀態，難度是極大的，AMD能針對每一個核心進行管控，避免不同核心負載失衡，並降低功耗。

結果呢，反正就是比Intel更高的性能、更低的功耗。