01.09 新架構新動能,64核心的EPYC處理器有多香?

2019年8月,AMD對外發布了第二代EPYC(霄龍)處理器,也創造了迄今為止x86架構處理器的最高紀錄——64核心。AMD也再次成為行業翹楚。

得益於7nm工藝的加持,64核心的第二代EPYC(霄龍)處理器不但獲得了大眾的青睞,也讓支持者們再一次喊出了"AMD,YES!"的口號。

新架构新动能,64核心的EPYC处理器有多香?

除了網友的追捧之外,業界對於第二代EPYC(霄龍)處理器也給予了積極的肯定。在堪稱高性能計算標杆的CCF全國高性能計算學術年會上,第二代EPYC(霄龍)處理器榮膺大會 "處理器產品創新獎" ,而高性能計算也正是這款處理器主打的應用領域之一,可謂是實至名歸。

應該說,從發佈到今天,在短短几個月的時間裡,第二代EPYC(霄龍)處理器以強勁性能創造了140多項世界紀錄,並贏得了行業的高度關注。伴隨著AMD在成都、深圳等全國多地的宣講與傳播,越來越多的x86用戶對第二代EPYC(霄龍)處理器給與了超高的關注度,也開始了不斷的體驗與測試。

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AMD大中華區商用銷售全球副總裁劉宏兵(左三)代表AMD領取“處理器產品創新獎”

那麼,為什麼第二代EPYC(霄龍)處理器能夠在短短半年的時間裡打下超高的人氣,獲得眾多的關注?64核心處理器的價值在何處?對於企業級用戶來說,他們最關心的安全、穩定、可靠等問題,AMD又是如何來保障的呢?下面我們就來看看AMD第二代EPYC(霄龍)處理器的行業領先之處。

7nm ZEN2架構打造出色性能

剛剛我們提到了,第二代EPYC(霄龍)處理器是基於7nm工藝製造的,這也是當下最先進的處理器製造工藝。許多人可能好奇為什麼AMD能夠率先提供64核心的x86處理器,而它的老對手英特爾最高只能支持到56核心處理器,這其中很大一部分功勞就來自7nm工藝。

我們知道,越先進的工藝,代表晶體管的尺寸越低,面積越小,也意味著AMD能夠在單位面積內提供更多的核心。相比之下,英特爾目前的工藝還僅限於14nm,自然在核心數量上難以與AMD展開競爭。單就這一點來說,AMD就在單處理器核心數量上佔據了優勢,而在雲計算環境中,這部分優勢也會轉化為實際的性能差異(這一點我們後面會詳細說)。

當然7nm帶來的改進不止這些,這是全新設計的Zen2架構。在之前的“那不勒斯”系列產品中,AMD第一次採用了Zen架構,而如今的第二代EPYC(霄龍)處理器則是基於Zen2架構,相比老版本已經是翻天覆地的變化。

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這裡我們看到的是處理器架構示意圖,左側的是老版本右側的是新版本。一個最明顯的區別就是,Zen架構從第一代的“四海一家”變成第二代的“八星伴月”。這更體現出了AMD在芯片設計思路上的轉變。

在Zen2上,AMD使用了Chiplets小芯片的設計思路,通過模塊化來組合不同核心的處理器。與以往我們常說的“膠水”不同,Chiplets設計本質上是把不同工藝、不同架構的芯片電路按需搭配,比單純的膠水封裝更有靈活性,當然複雜度也更高。

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另一個巨大的變化就是AMD將IO核心單獨整合成了一個Die,整合了內存控制器、PCIe控制器等IO單元,使其獨立化。因為相對於計算核心來說,IO核心處於輔助的地位,所以在電氣性能和功耗要求上更低一些,所以在這部分AMD採用的是14nm的工藝實現。

這種7+14的搭配就為Zen2架構提供了良好的靈活性。一方面,大小核心的設計使得處理器的製造工藝不必全部拘泥於7nm,在生產工藝和難度上的要求進一步降低;另外在分離之後,核心數量的增加就變得更為靈活,這一代產品提供了從8核心到64核心的超豐富選擇,也正是得益於此。

如此看來,7nm無疑是第二代EPYC(霄龍)處理器的最大亮點,也是64核心得以實現的物理基礎;而藉助於7+14的搭配,AMD在保障工藝提升的同時最大限度的兼顧了生產工藝、價格和擴展性等諸多問題,也具備了更多的靈活性,這也足以證明在製程上“解放思想”的重要性。

強大性能打造140多項世界紀錄

在談到處理器的時候,性能自然是大家最關注的話題,也是評判處理器價值的關鍵指標。對於企業級應用來說,如今雲計算已經是整個產業發展的潮流,無論是公有云還是私有云亦或是混合雲,在這其中VMware都是重要的存在,而針對VMware虛擬化的支持也是我們考察處理器的重要指標之一。

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VMmark是VMware公司推出的基準測試工具,它可以模擬數據中心的常用操作,並以此評價虛擬化環境中多個負載的性能和擴展性,以幫助客戶選擇合適的虛擬化硬件平臺。VMmark使用tile(每tile包含8臺虛擬機)為基本單位,其整體測試得分由每個tile的虛擬化得分和虛擬化架構操作得分兩部分組成,分數越高,意味著虛擬機服務響應越好,VMware虛擬化性能就越高。

在測試中,VMmark可以對每tile模擬不同工作負載,例如郵件服務器、社交網絡、電子商務等,同時根據這些工作負載的服務質量確定每個tile的虛擬化得分;虛擬化架構操作是指類似虛擬機的複製和部署、動態遷移、動態存儲遷移以及自動負載均衡等操作,VMmark對這些操作進行評價打分,然後將得到的虛擬化架構操作分數和每個tile的虛擬化得分相加,就得到了整體基準測試得分。

新架构新动能,64核心的EPYC处理器有多香?

根據SPEC測試平臺公佈的VMMARK 3 VIRTUALIZATION測試項目結果,第二代EPYC(霄龍)處理器平臺以12.78的成績獲得了第一名,超過競爭對手41.6%,這也就意味著如果在私有云的應用中,第二代EPYC(霄龍)處理器可以達到更好的性能表現,這也是多核心的力量使然。

也正因為如此,AMD在定位第二代EPYC(霄龍)處理器的時候一個重要應用就是虛擬化環境。我們知道目前許多雲服務的付費方式都是基於核時實現的(即每核心/小時),越強大的核心對於用戶來說越划算,因為可以在單位時間計算更多的內容;而對於服務商來說,越多的核心則可以支持更多的虛擬機,進而實現更多的盈利。因此,無論是從用戶還是從服務商的角度,第二代EPYC(霄龍)處理器都是虛擬化應用的好選擇。

同樣的情況也發生在JAVA相關的測試當中。熟悉服務器的朋友一定知道,我們在服務器安裝的時候不可或缺的就是要安裝JAVA軟件,而據統計目前已經有30億臺設備在使用JAVA軟件或程序。換句話說,我們操作的手機、筆記本乃至於其他智能設備中,都有JAVA的身影,而對於JAVA支持的優劣也與我們的日常應用息息相關。

同樣是SPEC測試平臺公佈的成績顯示,在SPECjbb 2015測試中,AMD在定位第二代EPYC(霄龍)處理器,具體說來就是64核心的AMD EPYC 7742以355121分的成績創造了新的世界紀錄,而且相比競爭對手的性能提升了82.9%。這是一個了不起的數字,也說明了64核心第二代EPYC(霄龍)處理器在性能上的獨樹一幟。

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大數據測試中,第二代EPYC(霄龍)處理器相對與上一代也有了明顯的提升,在TPC ExpressBenchmark HS (TPCx-HS)大數據基準測試中,EPYC(霄龍)7002 處理器相較上一代產品將性能提升了36.9%,並繼續保持世界領先。

由此看來,新工藝、新架構為AMD第二代EPYC(霄龍)處理器帶來了明顯的性能提升,無論是核心數量的增加、單核心性能的增強都帶來了性能的明顯提升,這種提升不僅僅反應在測試程序中,在世界應用的雲計算、HPC等環境下,也在發揮著重要的作用。

讓計算更快捷,讓應用更方便

在文章開頭,我們提到第二代EPYC(霄龍)處理器曾獲得了高性能計算領域的"處理器產品創新獎",而高性能計算也恰恰是AMD瞄準的發力方向之一。一直以來,高性能計算都對計算性能有著極高的要求,而且處於性能需求的不飽和狀態,因此無論是x86還是POWER亦或是其他計算平臺,都在這個領域大展拳腳。一句話——無論白貓黑貓,抓住耗子就是好貓。

ESI集團是世界領先的虛擬工程軟件及服務供應商,它旗下有款名為VPS的旗艦產品,主要是通過仿真的方式幫助設計師通過收集信息進行模擬和仿真,從而進行更好的決定,比如許多汽車的設計就需要藉助於VPS來實現。但是如果要想實時看到設計中的靜態、碰撞、安全、空氣動力等情況,就需要一款性能出色的高性能計算機,而且對於性能的需求上不封頂。

新架构新动能,64核心的EPYC处理器有多香?

這也恰恰是第二代EPYC(霄龍)處理器的優勢所在。為此,設計人員也針對不同核心數量進行了測試,結果顯示基於第二代EPYC(霄龍)處理器的集群在 ESI 虛擬性能解決方案的 Neon 和 Neon4M 模型測試中表現優異,性能始終處於領先地位,也保持了相對於競爭對手的性能優勢。這種優勢一方面得益於每核性能,但同樣也包括了PCI-E 4.0的優勢。這就證明,第二代EPYC(霄龍)處理器完全可以適應HPC應用,並且成效顯著。

同樣的情況也出現在公有云當中。剛剛我們提到了虛擬化,這種技術在私有云平臺上應用很廣;而如果擴展到公有云平臺的話,更多人喜歡使用容器技術,比如業界領先的AWS。如今,AWS也選擇第二代EPYC(霄龍)處理器作為基礎平臺,而基於平臺的容器性能更為出色。

新架构新动能,64核心的EPYC处理器有多香?

AmazonEC2是一種在雲端提供安全、彈性計算能力的 Web 服務,其目的是幫助開發人員更加方便地進行 web 規模的雲計算。在採用了第二代EPYC(霄龍)處理器之後,EC2的應用實例可以隨著容器數量的提升實現線性增長。即便在CPU利用率較高的情況下 (>80%) ,也能處理繁重的 I/O 和內存任務,並且相比同類競品在計算和內存成本上節約10%。

從架構到性能,從7nm到64核心,第二代EPYC(霄龍)處理器給我們帶來了太多的驚喜,而且在雲計算、大數據和HPC應用等多個場景中,它所帶來的大幅度性能提升也讓我們感覺耳目一新。更重要的是,我們看到AMD在生態建設中正在不斷完善,包括AWS、微軟Azure等雲領域的投入以及與美國能源部、Oak Ridge 國家實驗室和 Cray Inc. 公司合作,計劃打造新一代百億億級超級計算機。

新架构新动能,64核心的EPYC处理器有多香?

來自IDC的預測表示,2020年進入中國消費終端計算力再分佈元年,更多的終端架構將圍繞計算力前後配合的方式開始發展。這也就意味著,未來的計算力也將從過去一味強調前端計算轉向前後端計算的協同方向發展,AMD基於x86架構所具備的全面兼容性優勢也是其他平臺所不具備的,巨大的x86用戶群也為第二代EPYC(霄龍)處理器的廣泛應用提供了“黑土地”。

2020年,是時候對AMD說一句YES了。


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