AMD，YES！

   AMD，真香！  

如果你關(guān)注CPU，這兩句話想必再熟悉不過了吧

的確，AMD近幾年在CPU領(lǐng)域

可謂是大放異彩

不僅是消費級和企業(yè)級市場

在資本市場也備受熱捧

其股價六年翻了近20倍

并創(chuàng)下20年新高

作為一家芯片制造商

AMD的異軍突起

必然和自家芯片脫離不了關(guān)系

今天，我們就來談點干貨

聊一聊芯片設(shè)計

在10nm及以下的硅制程工藝的推動下，CPU核心數(shù)量，高速I/O通道，DDR通道，嵌入式內(nèi)存和其他功能的增長速度遠(yuǎn)超歷史。使用傳統(tǒng)的單片CPU芯片（Monolithic die）架構(gòu)和實施，從產(chǎn)量和成本的角度來看將越來越難。

業(yè)界需要新的硅和基板封裝方法可以確保未來的CPU能夠經(jīng)濟(jì)地擴(kuò)展。盡管多芯片模塊（MCM）已經(jīng)存在了好幾代，但通常用于將封裝內(nèi)的多個分立器件管芯連接在一起，以節(jié)省空間或改善信號完整性。并且芯片間互連的寬度受到限制，需要大功率I/O驅(qū)動器或SerDes。

如今芯片和封裝方面的改進(jìn)允許設(shè)備或元素（例如服務(wù)器CPU“管腳”或“SOC”）由多個子CPU硅芯片組成，通常稱為小芯片（chiplets），從而彌補(bǔ)了以往明顯的性能或功耗缺點，成為近年來的大熱門。

CPU芯片設(shè)計的演進(jìn)如下圖所示▼

? 近年來最成功的Chiplet設(shè)計，無疑就是AMD的第二代EPYC服務(wù)器CPU（代號“羅馬”）。一個IO芯片（IOD）和多達(dá)八個8核CPU高速緩存芯片（CCD）布置在CPU封裝基板上，從而實現(xiàn)了互連。

因為CPU是由單個整體式芯片制成，CCD和IOD不會對CPU造成任何明顯的延遲或帶寬影響。同時，由于單個CCD和IOD芯片的尺寸只是等效單片芯片的尺寸的一小部分，因此可以實現(xiàn)芯片成品率的大幅提高。

此外，這種“小芯片”方法允許CCD使用比IOD更先進(jìn)的硅工藝，從而節(jié)省更多成本。

? 另一個例子是英特爾最近宣布的EMIB（嵌入式多管芯互連橋）和Foveros（2D和3D管芯封裝和堆疊）技術(shù)。

EMIB只需要一個小的嵌入式硅片連接，即可將兩個小芯片綁在一起，并具有高帶寬和短距離。如今，EMIB已用于英特爾的FPGA和Kaby Lake-G中，從而將GPU連接至封裝內(nèi)的高帶寬內(nèi)存。

而Foveros是一種硅堆疊技術(shù)，它使用TSV（通過硅通孔），例如，可以有效地連接獨立的IO，內(nèi)核和內(nèi)存芯片。

隨著CPU以及GPU，F(xiàn)PGA，AI/ML芯片繼續(xù)集成大量的計算元素，異構(gòu)計算元素，封裝內(nèi)存（如DRAM、HBM、SCM等）和IO技術(shù)，對"小芯片"式封裝的需要已成為提高產(chǎn)量、上市時間、開發(fā)風(fēng)險和更多線性計算成本的必要條件，這將推動客戶采用。

但是針無兩頭利，“小芯片”設(shè)計在帶來可擴(kuò)展性和經(jīng)濟(jì)性的同時，也復(fù)雜化了NUMA問題。非均勻的內(nèi)存訪問（NUMA）是計算機(jī)體系架構(gòu)永恒的的話題，下圖簡單描述了該問題

針對該問題，各種軟件調(diào)優(yōu)措施應(yīng)運(yùn)而生：調(diào)BIOS，調(diào)OS，調(diào)應(yīng)用軟件。

如下圖服務(wù)器BIOS設(shè)置▼

但是！但是！很多人甚至軟件專家都忘了，軟件NUMA調(diào)優(yōu)的前提是：平衡的內(nèi)存配置。合理的CPU/內(nèi)存配比才是后續(xù)軟件調(diào)優(yōu)的基礎(chǔ)！不然再怎么調(diào)也于事無補(bǔ)。

我們還是以AMD羅馬CPU為例▼

第二代AMD EPYC 7002 CPU的硅封裝由9個MCM組成。其中的8個MCM分為4個象限，每個象限最多具有2個CCDs。所有4個象限的CCD通過1個中央I/ODie（IOD）的IO模塊通信。單個象限CCDs上的所有內(nèi)核共享兩條最近的內(nèi)存通道。其余的內(nèi)存通道需穿過IOD，有較高的內(nèi)存延遲（NUMA問題）。

根據(jù)第二代EPY CCPU的設(shè)計理念，滿配16條同樣的內(nèi)存無疑會取得叫佳性能，第二選擇是占據(jù)每個通道的8條同色系的同樣內(nèi)存，如下圖的A1-A8。

上述兩種情況是較優(yōu)配置。所謂的平衡內(nèi)存配置是除上述兩種情況之外的次優(yōu)配置，其宗旨是用足本象限內(nèi)的兩條內(nèi)存控制器以取得較佳的本地內(nèi)存訪問性能，不考慮遠(yuǎn)端內(nèi)存訪問以減少內(nèi)存數(shù)量。

不同CPU有不同的推薦，推導(dǎo)過程留給感興趣的朋友，這里直接給出結(jié)論▼

為便于大家理解還是貼出了最后三行所列CPU的架構(gòu)圖如下，你品，你細(xì)品。

看明白了那是真搞明白了Chiplet帶來的NUMA新問題。

相對，這代的Intel至強(qiáng)（SP2）還是傳統(tǒng)的單個大芯片（Monolithic die）設(shè)計，NUMA問題要簡單的多，較佳/平衡的內(nèi)存配置是12/6條內(nèi)存/CPU，不論CPU是鉑金，金還是銀銅。很多用戶只關(guān)心內(nèi)存的容量而忽略了數(shù)量的重要性。

舉個例子，4條16GB內(nèi)存的配置在絕大多數(shù)場景性能是要大大優(yōu)于單條64GB內(nèi)存的，原因是占據(jù)更多的內(nèi)存通道并且部分規(guī)避了NUMA問題。你要問非平衡的內(nèi)存配置性能有多差，Intel給出了下圖。