教科研服务器杀手级CPU！AMD EPYC打破行业不可能实现“既要又要”。
“Gen-AI”时代的到来加快了全球数据中心的建设，整个市场盘子的增大也给各路玩家提供了新的机遇。
近年来，在服务器和数据中心等企业级市场，AMD无疑成为了表现最为抢眼的一家芯片巨头，不论是出货份额还是收入份额都呈现迅猛上升势头，其“Zen”架构持续更新迭代，基于Zen架构打造的EPYC系列处理器则成为AMD开拓市场的最强王牌。
2022年11月AMD推出第四代EPYC处理器EPYC 9004系列，其中基于Zen 4架构的Genoa系列将核心数提升至96核，后续基于Zen 4c的Bergamo则进一步将核心数推升至128核，EPYC 9004系列的诸多关键新特性的升级都打破了当时行业的“天花板”。
可以说，AMD是凭借实打实的技术优势一步步建立其当下的市场地位的。
其中AMD EPYC 9554处理器成为系列中“高核心高主频”的代表，在高达64核心的同时做到了单核基础频率3.10GHz，最大加速频率3.75GHz，可以很好地解决一些对频率和多核性能都十分敏感的应用负载，显著拓宽了其应用范围。
实际上，做到高核心数和高主频兼顾，是极具挑战的一件事。通常来说，服务器芯片核心数量通常较多，单核频率提升会带来显著的整体功耗增加，而高功耗带来的散热挑战是服务器建设面临的关键痛点。
这也就是行业面临的两难：在同一功耗限制下，核心数量越多，主频往往就越低，主频越高，核心就难做多。平衡多核心和高主频，需要芯片设计厂商在芯片架构、工艺制程、电路设计、散热设计、芯片堆叠等方面解决诸多复杂工程难题。
这也是EPYC 9554处理器的突破性之所在。所以AMD为何能够实现行业此前难以做到的“鱼和熊掌兼得”？AMD又是如何打通一道道技术难关实现高核心高主频兼顾的？本文将详细解密EPYC 9554背后的一系列关键“黑科技”。
01.
打破多核高频两难桎梏，架构、设计、工艺多方硬核技术创新是根本
第四代EPYC处理器在性能、能源效率、TCO表现、安全加密、生态系统等方面都表现出色。
当然，这话并不是没有来由的，比如EPYC 9554处理器在高性能计算、建模与仿真、非结构化数据库、云和虚拟化等诸多领域的基准测试中都表现优异。
EPYC 9554能够实现诸多佳绩，其最核心的突破是“同时实现了强大的多核性能和单核的高主频”，这颠覆了行业此前的“多核高频只能取其一”的认知。
为什么AMD可以做到高核心高主频兼顾？
首先，Zen 4架构功不可没。AMD在企业级产品和消费级产品上采用了同样的核心微架构，EPYC 9004系列处理器与桌面端的锐龙7000系列处理器都采用了Zen 4架构。
Zen 4架构重点提升了性能和能效比，IPC性能相比上代有着14%的提升，在前端、加载/存储、分支预测、执行引擎和缓存方面均有一定加强，整个架构的平均延迟也有所降低。
同时Zen 4架构还通过新的设计、5nm新工艺以及移动端一些技术的移植，实现了整个CPU动态功耗的降低。值得一提的是，EPYC 9004系列也是首个使用5nm工艺的企业级CPU产品。
这一系列架构新特性对于保持核心高频稳定性、降低高频功耗都非常关键。
在指令集方面，Zen 4实现了对AVX-512指令集的支持，值得一提的是，相比行业竞品的实现方式，AMD采用2个AVX 256合并执行1个AVX-512的方式可以节省晶体管资源，并且不需要降低频率来运行AVX-512。
根据AMD官方数据，在支持AVX-512后，EPYC处理器在NLP、图像识别以及物体检测的吞吐量测试中的表现都有3-4倍不等的提升。
根据MicroComputer测试数据，在各类服务器领域典型测试中，EPYC 9554都有不错的表现，比如在SPECrate 2017测试中，EPYC 9554的浮点运算性能同比提升幅度超过90%，整数运算性能提升了60%以上。
▲图表来源：MicroComputer
EPYC 9554双路系统在13个子项测试中相对于EPYC 7763双路系统的领先幅度最大超过了100%，平均提升超过51%。
除了Zen 4架构的大幅升级，如何解决高核心数带来的高能耗、高发热、多核互联数据传输等方面的难题，是实现高核心数和高主频之间兼顾的另一个关键方面。
这背后，AMD首先采用了创新的AMD小芯片架构，也就是我们常说的Chiplet。在芯片行业中，这并不是一个新鲜词汇，但要知道的是，AMD是行业内推动Chiplet技术发展最积极、最核心的厂商之一，也是最早一批拥抱这一技术的厂商。
简单来说，Chiplet就是一种混合多晶片SoC设计，可以显著提高芯片不同晶片之间的集成度与互联效率，在提升芯片性能的同时降低芯片制造的成本、提高良率。
Chiplet技术对于设计EPYC 9554这种多核心、高主频处理器来说至关重要。
当然，5nm工艺带来的显著能效优化也是重要一环，AMD与台积电之间长期保持密切合作，也让AMD在芯片工艺制程方面长期走在行业的第一梯队中。
除此之外，AMD独有的Infinity架构技术在x86性能、效率、安全功能和整体系统吞吐能力方面的突破也值得一提。
对于创建EPYC 9554这种混合多芯片架构的处理器，互连的性能至关重要，AMD Infinity架构重点提升的就是CPU之间、多芯片架构中不同组件之间、内存、PCIe以及安全机制等各部分之间的连接性能。
可以说，实现高核心、高主频兼顾，这些架构技术都功不可没。
当然，在高核心、高主频的基础上，EPYC 9554也实现了出色的I/O和内存带宽性能，这些特性都是相辅相成的。
EPYC 9554可以支持最高128条PCIe 5.0高速通道，支持12通道DDR5内存，单路处理器的内存带宽可以达到460.8 GB/s。相比上代的8通道DDR4内存，这一提升明显缓解了超多核心处理器内存带宽不足的问题，对于内存带宽敏感型应用是一大利好。
在互联技术方面，EPYC 9554还支持了CXL 1.1+协议扩展的内存寻址功能，进一步提高了性能和电源效率，降低了软件复杂性，同时也减少了数据移动次数。
根据MicroComputer测试数据，在综合性内存带宽实际性能测试Stream中，EPYC 9554处理器双路系统相比7763处理器双路系统内存性能直接翻倍，提升十分明显。
▲图表来源：MicroComputer
可以说，EPYC 9554处理器兼顾高主频、高核心数的背后，是AMD在CPU架构、互联、工艺、设计等多方面的硬核技术创新，而这些技术特性带给EPYC 9554的优势还远不止于此。
实际上，EPYC 9554还有诸多优势应用场景，例如其对HPC和模拟仿真等应用都十分适用，可以大幅提升效率，无疑是所在领域企业组建服务器时的更优选择。
02.
高核心高主频处理器成更多行业“刚需”，EPYC 9554或为教科研杀手级CPU
正如前文所说，AMD凭借自身技术优势实现了服务器CPU高核心高主频同时兼顾，实现了此前行业的“不可能”，以EPYC 9554为代表的处理器也正成为越来越多行业的刚需，尤其在教科研领域，这一点体现的尤为明显。
众所周知，在教科研领域，服务器需要处理器能够快速处理大量的数据、复杂的模型和仿真计算，这对于处理器的主频和核心数都有高要求。多核心与多线程性能可以保证服务器能同时处理多个任务和进程，适应教科研中多样化的应用场景和并行计算需求。
比如有限元显示动力学、有限元隐式动力学领域的研究会用到Radioss、OptiStruct等软件，其对于CPU主频和缓存都有较高要求，这些应用会随着核心数和频率的增加得到很好的扩展和性能提升。
此外，生信、量子化学等领域也会用到GATK、BWA、Quantum_Espresso等专业软件，其性能表现都可以极大受益于CPU主频和核心数的提升。
可以说，在物理学、生物信息及生命科学、化学等领域，EPYC 9554都大有用武之地。在这些领域，核心越多，并行计算能力越强，同时处理任务数量就多，主频越高，处理单个任务时候就更快。
EPYC 9554可以很好解决上述这些教科研领域的痛点，优化加速结果。
展望未来，随着计算需求的不断提升、需求和应用场景越来越复杂，兼顾高核心高主频的处理器一定会成为越来越多行业的“刚需”。历经四代进化的AMD EPYC系列处理器，也逐渐开拓出属于自己的核心市场。
根据市场调研机构Mercury Research近日发布的统计数据，2024年第一季度，AMD在全球x86数据中心CPU市场中继续稳定保持份额增长态势，服务器处理器出货份额达到了23.6%，收入份额更是飙涨至33%。市场份额同比提升均超过了5个百分点。
▲2024年Q1全球x86 CPU市场份额情况，数据来源：Mercury Research
可以说，如今的AMD EPYC系列服务器CPU在x86数据中心CPU市场中难逢对手，EPYC 9004系列以及其中高频多核的代表EPYC 9554处理器，都将继续在基础设施、数据分析、科学计算、HPC等专业领域帮助企业应对各种复杂的智能化数字化挑战。
03.
结语：AMD EPYC加速赋能千行百业，大模型时代更多创新可期
总体来看，从Zen 4架构、5nm工艺、Chiplet设计到Infinity架构，AMD EPYC 9554是一款技术规格和性能显著提升的产品，实现了高核心高主频集于一身，在教科研等领域成为“杀手级”存在，也在更多场景中展现出自己的独特竞争优势。
这背后，技术创新仍然是AMD最硬的王牌，也成为其在x86服务器CPU市场中不断开疆拓土的关键竞争壁垒。
面相未来，AMD的EPYC必然将会进入更多市场，行业竞争依然会十分激烈，面对大模型带来需求和场景的变化，更多新的机遇和挑战也在不断涌现。AMD还会给产业带来怎样的惊喜，值得期待。
内容转载自：芯东西