E企研究院 · 6月7日

在数据中心领域 AMD究竟如何加速?

“目前第三代EPYC处理器保持着220项世界纪录,今年还将会有100多款各大厂商的搭载EPYC处理器的服务器平台问世,以及400多个基于EPYC处理器的实例,和涵盖几乎所有应用场景和细分客户的解决方案……“
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这是在Computex 2021大会上,AMD总裁兼首席执行官苏姿丰博士(Dr.Lisa Su)开场演讲所谈的第一个话题,继而带出了AMD 在产品竞争力和生态合作伙伴、未来技术领域的全方位布局,再次展示AMD长久耕耘数据中心领域的能力。

强劲性能 强布局生态圈

“目前半导体和计算行业的发展正处在绝佳的时期,在高性能计算的大周期中,从企业数字化转型到人工智能和超级计算,再到教育和办公赋能的设备,计算的必要性比以往更加凸显,而这一趋势在未来将进一步显现。“

在这一趋势下,苏姿丰博士谈到AMD正在践行的理念:推动高性能计算的进步和带动行业发展。无论从个人电脑、工作站、游戏主机还是边缘设备,再到超级计算机、服务器领域,AMD的所有工作都围绕高性能计算展开。

尤其数据中心和云计算领域,今年3月,基于“Zen 3”核心的第三代AMD EPYC(霄龙)处理器(代号”Milan“),发展强劲的EPYC覆盖几乎所有类型的应用,工作负载和客户群体,涵盖云、企业级和HPC,EPYC保持着整数运算、浮点运算、Java、虚拟化、数据库和数据分析等世界纪录。

伴随着第三代EPYC处理器Milan的问世,AMD提供的解决方案的数量增加了一倍以上,包括超融合基础架构、数据管理、数据分析和高性能计算等方面的先进解决方案。就在发布当天,全球OEM厂商、ODM厂商、云计算供应商以及渠道合作伙伴都推出了基于AMD EPYC Milan系列处理器的解决方案。

Milan处理器型号一共19款,根据不同核心与主频,以及TDP功耗,覆盖高性能需求型、多核密度需求型以及均衡型场景。

从最典型的应用场景公有云市场来看,更多的核心能够容纳更多的云主机,能够带来更高的受益;更多的核心也意味着对服务器数量需求的降低。

就在AMD Milan发布第二天,腾讯就发布了采用了最新的 AMD Milan 处理器对应的云服务器星星海 SA3。

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在Computex 2021上,苏姿丰针对主流电子商务场景,现场展来了一段测试性能比,视频中采用两款顶尖的x86 平台,在每秒Java操作数(Java Operations Per Second)中,数值越高代表性能越强。

最终,64核心的AMD平台最终获得了50%以上的性能提升,同密度下性能遥遥领先。

这对于马上就要来的618购物节来说,无疑是个利好,“买买买”的背后是服务器对客户操作进行快速响应,根据需求作出相应推荐,根据购买相关数据进行挖掘。

这让苏姿丰博士倍感自豪,如她所说 “EPYC打造了世界上出色的服务器,无论是公有云、私有云还是混合云场景,它都能够为用户提供最佳的总体拥有成本和性能。”
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现在,AMD的合作伙伴数量保持快速增长趋势,也就有了开篇所提到的数字,同时苏姿丰博士还分享了全球的数字,每天有数十亿的用户使用AMD EPYC处理器所驱动的服务,包括微软365和Teams、推特、腾讯会议或Zoom。

强安全保障 强计算平台

对于企业级用户而言,数据安全和数据加密是重中之重,上周全球最大肉制品加工厂JBS遭到黑客攻击,澳洲和北美的服务器被侵入,公司在两地的生产、加工、物流全部受到影响。据估算,JBS停产一天会导致美国市场少了两万头牛的肉。

一个月前,美国最大燃油管道运营商科洛尼尔(Colonial Pipeline)的信息系统发起了攻击,计算机屏幕会跳出告知通知,表明其计算机和服务器已经被黑客加密;当时不仅引发了全民抢油的恐慌,科洛尼尔还不得不向黑客支付了4百万美金解决此事。

在发布第一代EPYC处理器的时候,AMD就将数据安全问题提升到极高的层次,在EPYC处理器中有一颗专用于安全的芯片,从Naples到Rome,再到现在Milan,AMD不断在EPYC处理器设计了诸多防范功能,比如信任根、内存加密、虚机内存加密等等功能,帮助企业应对各种安全问题。

Milan处理器增强了安全方面的功能,以防范Spectre(幽灵)、Meltdown(熔断)等漏洞造成的数据泄露风险。其中,系统安全性是Zen3架构调整最大的部分,可以保证用户对于数据的安全性,确保系统的安全可用。

具体来说,Zen3架构对SEV进行改进,限制中断的注入,限制恶意管理程序注入SEV-ES访客中断/异常类型,能够将调试寄存器添加到交换状态中。

另外,Zen3架构还新引入了SNP安全嵌套分页,在现有SEV-ES对虚机内存和虚机寄存器进行加密保密的基础上,增加了系统完整性保护,防止恶意管理程序通过重放、损坏、重新映射进行攻击。

Zen3架构还提供了CET Shadow Stack(CET影子栈),以此来防止ROP编程攻击,更好地确保系统安全性。

Zen3架构持续运用了AMD在安全处理器核心上的设计,把处理器安全的集成到IO die上。同时,为密钥生成、密钥管理提供了加密功能,并通过启用硬件验证实现了以硬件信任更为基础的平台安全。

随着云计算、虚拟化技术的兴起与普及,用户对于存放在公共数据中心内的数据的安全与隐私等问题自然产生了更高的要求。

VMware从vSphere 版本7.0U1开始,就全面支持AMD安全加密虚拟化(SEV-ES),成为第一个由AMD EPYC处理器提供全面SEV-ES支持的虚拟机监视器。客户可以充分利用SEV-ES的优势而无需再对其应用程序进行更改,从而简化了安全功能的实施。

面向未来的“3D Chiplets“架构

微架构对处理器性能发挥至关重要。Milan系列处理器使用Zen 3微架构,相比于Zen 2微架构,Zen 3在L1缓存、分支预测以及执行引擎等环节进行了改进和增强,使得IPC(Instruction Per Clock,每时钟周期指令)的性能提升了19%。

除了Zen 3微架构的改进之外,第三代EPYC处理器依旧采用“Chiplet”的方式来组成满足不同性能需求市场的处理器型号。

从处理器参数上看,似乎与第二代EPYC处理器区别不大,比如最高64核心128线程,每Chiplet共享的32 MB L3缓存,依旧使用7nm(CCD)/14nm(IOD)制程工艺等等。

尤其从物理外观上看,Milan(第三代EPYC)处理器与Rome(第二代EPYC)区别不大,甚至使用相同的处理器插槽,原本使用Rome处理器的服务器只需要升级BIOS就可以更换使用Milan处理器。

但在Milan处理器内存上,却有多项改进,最大的改进就是每Chiplet中共享L3缓存方面,也就是说在现有Zen3 CCD的基础上(32M L3),在空间上继续堆叠一个64M L3并通过TSV连接在一起,从而实现3倍的三级缓存提升。

在Computex 2021大会上、苏姿丰博士的压轴话题就是AMD将Cliplets封装技术与芯片堆叠技术相结合,为未来高性能计算产品创造出的3D Cliplets架构。
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这种方法,通过硅通孔技术,能够提供的互连密度是2D Cliplets的200多倍,是其他堆叠方案的15倍以上,晶片与晶片之间的接口采用的是铜到铜的直接结合,没有任何形式的焊接凸点。

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与此同时,这个方法改善了热设计,晶体管密度和互连间距,并且单位信号的能耗只有微凸点3D法的三分之一,真正成为了先进和灵活的Active-on-Active硅堆叠技术。

更大的缓存意味着更好的性能,比如在某些高性能场景下,较大指令会占据高达8MB的共享L3缓存,如果是在Rome处理器上运行,每个核心用于数据实际处理的L3缓存则只有8MB,而使用Milan处理器,则可高达24MB,三倍可用的共享L3缓存。

这也就是为什么从Rome到Milan,处理器核心数不变,但性能却增强的一个主要原因。

结束语

2017年AMD重回数据中心市场,从推出了第一代EPYC处理器开始,就不断挑战传统性能,并按照既有的发展路线图按时升级迭代,这也诠释了AMD在半导体技术的发展以及数据中心应用中的理解和创新。

而优秀的处理器还需要全面的生态系统支持才能发挥出更重要的作用,AMD正构建一个全面的生态系统,涵盖了硬件、平台、操作系统以及应用等多个领域,让目标市场、终端用户,在相同预算内获得更高计算效能。

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