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AMD Zen 2架構解析:7nm加持吞吐翻番

AMD Zen架構取得了空前成功,今年還優化為Zen+增強版,並有同樣優化的12nm工藝輔助,而現在我們終於迎來了全新的第二代Zen 2架構,以及全新的7nm工藝加持。

AMD Zen 2架構解析:7nm加持吞吐翻番的照片- 1

AMD原計劃採用GlobalFoundries 7nm為自家新CPU、GPU代工,但後者已經放棄7nm及後續工藝,好在還有天字一號代工廠台積電,AMD 7nm CPU、GPU全都轉移了過去,而且目前看起來很順利,無論產品設計還是路線圖都在按計劃進行。

根據台積電提供的數據,7nm相比於目前的14/12nm可以將晶體管密度提高一倍,同等頻率下功耗可以降低一半,而同等功耗下性能提升可以超過25%。

如果說12nm更多地是在“數字”上領先Intel 14nm,這一次7nm則是在技術上完全實現超越,也能稍微領先Intel仍在難產的10nm。

更先進的製造工藝一直是Intel最強有力的武器,但這次竟然被AMD完全超越,實在是令人唏噓,即便是Intel一再強調自己的10nm相當於其他家的7nm也無濟於事,畢竟人家的產品馬上就要出來了。

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回到Zen 2,這是世界上第一個7nm工藝的高性能x86 CPU,除了新工藝主要變化包括:CPU核心執行增強、更深入的安全增強、模塊化設計靈活配置並降低製造難度。

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Zen 2實現了兩倍於第一代的吞吐能力,這主要得益於執行流水下的改進、浮點單元和載入存儲單元的翻番、核心密度的翻番、每操作功耗的減半。

在前端設計上,Zen 2重點改進和優化了分支預測、指令預取、指令緩存、操作緩存。

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而在浮點方面,Zen 2將浮點寬度翻了一番達到256-bit,載入存儲帶寬同樣翻了一番,並提升了分發/回退帶寬,所有模塊都保持著很高的吞吐。

安全性方面,AMD重點強調了新架構可以在硬件層面免疫Spectre幽靈安全漏洞

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Zen 2架構支持更多核心,但並不是單純地增加核心數量,而是採用了特殊的組合結構:EPYC霄龍最多單路64核心128線程,分為八個Die,每個Die內八個物理核心,同時外部還有一個單獨的I/O Die,集成內存控制器、Infinity Fabric高速總線、I/O輸入輸出,專門負責聯絡各個Die與物理核心。

這種新的模塊化設計更加靈活,可以單獨針對每個模塊進行優化、調配,同時藉助I/O Die大大優化了整體延遲與功耗。

不過注意,CPU Die部分用的是7nm工藝, I/O Die部分則還是14nm,因為後者大部分都是模擬電路,對新工藝並不敏感,即便上了7nm也不會帶來集成度、性能、功耗的明顯改善,成本卻會明顯增加,所以採用了這種混合工藝模塊組合。

事實上,Intel也正在同一顆芯片內嘗試不同工藝的組合,都是出於同樣的目的。

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以上說的都是Zen 2架構的理論部分,最終落實到EPYC霄龍、Ryzen銳龍產品上,還會有不同的表現,但可以預料,新架構新工藝,必然會帶來明顯更高的頻率、更低的功耗,而且無論桌面還是服務器,AMD這幾年都會保持前後代兼容。

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AMD還首次確認,Zen 4架構已經在設計中,將在7nm+ Zen 3之後面世,時間上估計至少會在2021年。

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