云中子
最近一段时间，有很多朋友向笔者发来疑问。
“AMD的第三代EPYC什么时候发布？”“工艺制程没变，性能提升不大吧？”“罗马核心已经是性能天花板了，新一代米兰表现会如何？”
同样地，笔者也觉得上一代“罗马”过于优秀，已经成为行业的天花板，那么这一代“米兰”呢？
根据以往经验来看，一般有两种情况：
1、性能小幅度提升，挤下牙膏，继续赚钱；
2、性能依然保持较大幅度提升，捅破天花板。
在其发布之前，笔者就有一种预感：作为向来勇往直前的挑战者AMD，应该会选择后者！
Zen3架构EPYC发布，带来新性能革命
果不其然，2021年3月15日，AMD正式发布了代号为“米兰”的第三代EPYC。心中的种种疑惑也被一一解开。第三代Zen3架构EPYC（霄龙）处理器，早已被行业人士期盼已久，它将为行业带来三大改变。第一、单核性能提升19%，整体性能依然会保持非常高的世界纪录，继续领先。第二、对于市场和行业用户而言，将带来更高的单位成本性能，这也是用户最为期待的重点。
第三、继续建设生态，通过更高的效率推动绿色节能。
工艺制程与上一代“罗马”相同，能够沿用上一代主板，那么“米兰”是如何将IPC提升19%的呢？可以说“米兰”的设计非常巧妙，在上一代产品优良的基因之下，进一步优化了前端单元、载入/存储单元，以及执行引擎、缓存预取单元、微操缓存单元、分支预测单元。核心方面，与上代相比，“米兰”提供了两倍的L1、更大的分支预测器带宽、更快的预测错误恢复、更快的操作缓存拾取、更精细的操作缓存流水线切换。此外，还提供了独立的分支预测存储单元、更低的指令延迟、6宽度拾取与分发、更快的浮点FMAC等。在载入与存储方面提升比较大，载入带宽由Zen2的两个变为3个、存储带宽由1个变2个、更灵活的载入/存储指令、更好的内存检测等等。在内存通道支持方面，Zen3架构“米兰”显得更加灵活，能够支持4、6和8通道内存，满足用户的各种需求。
L3缓存优化，释放更强大的能量
有了如此系统性地优化，使得“米兰”在诸多企业级应用中再次刷新性能纪录。本文后面会讲到性能评测与对比，接下来谈谈CCX和共享L3缓存。
“小核心”的设计是AMD EPYC系列处理器的一大特征，它的灵活性很高，并且更容易将核心做多。CCX称为单元模块，一般被设计为8核、16线程，如果处理器是16核心，那么则需要两组CCX。
在上一代Zen2架构中，每个CCX中的CPU核心被分为两组，每组4个共用一组L3缓存，每个CCX中有两组16MB的L3缓存。
最新的Zen3架构则是将CCX中的8颗核心放在一起，共用32MB的L3缓存。所带来的优势在于缓存总量不变的情况下，每颗核心在大多数情况下都可以使用更多的L3缓存空间。
我们举个例子，8核心的Zen2“罗马”处理器，1~4核心为第一组CCX，5~8核心为第二组CCX，他们的缓存相互隔离，如果1核心想读5核心缓存的数据，只能通过IO间接调取，会明显增加延迟。
相比之下在Zen3“米兰”处理器中，8颗核心位于同一组CCX并共享32MB的L3缓存，任意一颗核心均可直接调取缓存数据，快速而直接。
据AMD方面介绍，正是由于“米兰”采用了这种设计，使得所有核心之间的交互更加便利，能够让需要占据较大缓存空间的应用性能提升明显。
在同样的固定频率、核心数量配置下，综合数十个应用负载测试结果，Zen3架构的IPC相比于Zen2提升了至少19%！
继续增强硬件级安全加密
此次，AMD还将AVX2扩展至256位，能够加速加密和解密算法。另外值得关注的就是SEV-ES了，在去年底，VMware让vSphere 7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。企业级用户非常关注安全和数据加密，而这一功能在AMD EPYC的支持下得以实现。更重要的是，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。此次AMD再次增强了SEV-ES，能够限制中断和恶意程序的注入，还可以调试寄存器到交换状态中。传承了上一代的安全功能，此次AMD对密钥的生成和管理提供了加密功能，构建了以硬件级为基础的安全平台。在操作系统内核执行BIOS代码之前，先由安全处理器加载ROM，并对BIOS进行验证，同时执行秘钥管理，待验证通过之后再开始启动步骤。进一步降低安全风险。总的来看，就是从硬件到软件，都能够保障虚拟机、内存以及整个系统的安全，并且得到了VMware、AWS等企业级服务商认可。
性能，依然保持压倒性优势
谈了这么多改进与增强，Zen3架构“米兰”的实战表现到底如何呢？上一代EPYC表现太过抢眼，至今仍保持着数十项世界纪录，也同样将竞争对手远远甩下。因此AMD第三代EPYC挑战的并不完全是竞争对手Intel，也包括上代EPYC产品。我们先来看看HPC性能测试。参测产品为定位相同的Intel Xeon Gold 6258R，28核心56线程，主频2.7GHz，最高可睿频至4GHz，构建的双路系统。第二套平台：AMD第二代EPYC，Zen2的7H12，64核心128线程，主频2.6GHz，最大加速频率3.3GHz。第三套平台为：AMD第三代EPYC，Zen3的7763，64核心128线程，主频2.45GHz，最大加速频率3.5GHz。
高性能计算测试，重点考察于浮点运算能力，第三代EPYC的7763比竞争对手6258R性能高106%，呈现出压倒性优势。就在今年，美国能源部宣布的全球最快超级计算机Frontier将正式建成。它是由芯片厂商AMD和超级计算机制造商Cray为田纳西州橡树岭国家实验室建造。预计Frontier将有超过1.5 exaflops的处理能力，相当于排名靠后的160台最快超级计算机的算力总和。橡树岭国家实验室将安排Frontier用于一系列任务，重点是核能开发和气候研究等领域。
接下来是云计算相关应用性能测试，主要测试整数性能，测试对象不变，Zen3的7763依然保持着一倍以上的性能。在2020年，包括AWS、腾讯云都大量部署了基于AMD EPYC的服务器实例，在更低的成本下表现出了优异的性能，并且在安全性、能耗以及服务器占用空间等方面更具优势。
最后是企业级应用性能测试，此次选择了JAVA相关项目，测试对象换成了Intel Xeon Platinum 8280，这可是一颗上万美元的顶级产品哟！AMD EPYC方面则没有变化。相比之下Zen3的7763性能依然高出Xeon 8280一倍有余，也就是说EPYC依然可以“单路打双路”或“双路打四路”。也正是因为更高密度的计算能力，让EPYC在市场中受到了超融合、裸金属等厂商的青睐。第三代EPYC的问世，让AMD为企业级用户带来了每核心最高性价比的产品；最优化的总体拥有成本；通过与合作伙伴的密切合作，可以帮助客户更快地部署服务器，享受更高价值。AMD EPYC对于企业级用户而言，从第一代的观望，到第二代的积极部署，再到第三代上市之前的期待，它仅用几年的时间就在激烈竞争的市场中脱颖而出，与其强大的硬实力密不可分。
国际货币基金组织（IMF）预计，2021年世界经济实际GDP增速将达到5.5%，较2020年增长回升9个百分点，而中国经济将实现6%以上的增长。数字经济、在线办公等新经济呈现出蓬勃发展之势。5G、人工智能、生物技术、能源技术也将带来新的智能革命，数据中心依然是支撑新经济、新革命的重要基础建设，发展势头迅猛。可谓“潮平两岸阔，风正一帆悬”。
2021也正是AMD EPYC最关键的一年，相信更多核心、更高IPC的“米兰”将为整个“数字革命”的发展写下浓重的一笔！
