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AMD祭出杀手锏，首个百亿亿级GPU
2021-11-11 09:46:00
AMD祭出杀手锏，首个百亿亿级GPU
在不久前结束的 “加速数据中心”发布会上，AMD正式公开了下一代服务器CPU Milan-X和GPU加速卡Instinct MI200。这两大产品系列不仅面向数据中心，也将面向一系列HPC和超算应用，把通用计算和AI性能推向极致。Instinct MI200作为GPU加速卡，更是成为超级计算机百亿亿级（Exascale）的算力的基本构成单元。
在市场合作上，AMD更是开始了新一轮的攻城略地，前不久刚和腾讯联合发布了星星海服务器产品后，如今Azure等一众公有云厂商也开始部署基于Milan-X的服务器，甚至将刚改名为Meta的Facebook也被拉拢至AMD阵营，宣布将在其数据中心部署AMD的服务器产品。
Milan-X：6nm的大缓存怪兽
继上一代Milan处理器推出后不到一年，AMD就发布了该芯片的6nm改进版Milan-X。今年上半年通过融合Chiplet和Die堆叠两大技术，在Ryzen桌面处理器上做了3D Chiplet架构的演示。如今第三代Epyc处理器Milan-X，将成为首个使用该技术的服务器产品。通过在Chiplet上堆叠缓存，Milan-X的L3缓存是Milan的三倍，达到了可怕的768MB。
MilanX / AMD
与英特尔一样，AMD在正式发售前并没有公布Milan-X的具体性能细节，而是通过合作伙伴的测试来展示了Milan-X在EDA和公有云应用中表现。在新思的VCS功能验证中，Milan-X在1小时内完成了40.6项任务，而同样核心数的Milan仅完成了24.4项。微软在基于Milan-X的Azure服务器中进行了早期测试，无论是在航天模拟，还是在汽车碰撞测试建模中，Milan-X都做到了50%以上的性能提升。
除此之外，AMD CEO苏资丰博士还透露了下一代5nm Epyc处理器Genoa的情报。基于Zen 4架构的Genoa将具备2倍的晶体管密度和2倍的能效，性能可以达到上一代的1.25倍以上。Genoa最高支持96个Zen 4核心，同时也将加入一系列新标准的支持，比如DDR5、PCIe 5.0和CXL。AMD还将推出基于5nm的Zen 4C核心的处理器Bergamo，专门针对要求多核多线程的云原生计算，最高核心数将达到128核，晚于Genoa发布。
Genoa计划在2022年量产和发布，届时很可能就是英特尔的Sapphire Rapids和AMD的Genoa在通用计算领域争雄了。
Instinct MI200：GPU终于迎来MCM时代了？
除了Milan-X之外，发布会的最大亮点其实是全球首个MCM GPU，Instinct MI200。同样基于台积电的6nm工艺，Instinct MI200系列单芯片的晶体管数目达到580亿，最高集成了220个计算单元。作为首个采用AMD CDNA2架构的服务器GPU，Instinct MI200的目标很明确，那就是将计算能力推向ExaScale级。
在CDN2架构和第二代HPC&AI专用矩阵核心的支持下，Instinct MI200实现了远超竞品的性能表现。数据对比环节，AMD选择拿Nvidia目前最强的A100加速卡开刀。MI250X的FP64向量计算能力达到47.9TF，FP64矩阵计算能力达到95.7TF，均为A100的4.9倍。而在AI领域常用的FP16和BF16矩阵计算中，MI250X的算力也达到了383TF，是A100的1.2倍。即便两者都用上了HBM2E，MI200的内存带宽也达到了3.2TB/s，远超A100的2TB/s。不过MI250X的功耗确实要高出不少，峰值状态下的功耗可以达到560W，而A100的峰值功耗为300W。
与英特尔这种IDM厂商不同，AMD在封装上基本吃透了与台积电合作带来的技术红利，尤其是台积电的3D Fabric封装技术集合，而Instinct MI200则是这些技术的集大成之作。作为首个采用多Die设计的GPU，Instinct MI200选用了两个SoC+8个HBM2E的方案，AMD在发布会上宣称这一设计的实现要归功于2.5D的Elevated Fanout Bridge（EFB）架构。
从图解上来看，AMD的EFB与台积电的InFO-L 2.5D封装技术可以说是从一个模子里刻出来的。在专门用于HBM集成的方案，目前可以做到这种规模的异构似乎也只有台积电的InFO-L和CoWoS-L，利用LSI（本地硅互联）芯片，为SoC到SoC与SoC到HBM提供高布线密度的互联。
其实英特尔也有类似的2.5D封装方案EMIB，只不过该方案是在基板内放入一个硅桥die。而反观AMD的EFB和台积电的LSI方案则是将其至于基板的模具中，模具内分布着一系列铜柱。相较之下，EMIB虽然可以做到更低的寄生电感，却也对于基板的加工提出了很高的要求，这也是为何只有英特尔这个基板大厂才使用EMIB的原因之一。不过随着IDM 2..0模式的展开，英特尔也将公开提供自己的制程、IP和封装技术，未来也许会有其他厂商的芯片开始用上EMIB。但目前来看，虽然增加了高度控制的挑战，但为了使用标准的基板降低成本，EFB和LSI明显是最优解。
在外观尺寸上，AMD选择了OAM和PCIe两种形式。OAM为开放计算项目（OCP）定下的通用加速器模组标准，对于想要规模化部署GPU或其他加速器来说，OAM可以提供更大的带宽。作为Facebook和微软共同推行的公开标准，OAM已经在服务器领域有了不小的规模，不仅是英特尔、AMD和英伟达这些半导体厂商，浪潮、联想、百度和阿里巴巴等其他服务器与公有云厂商也开始支持这一标准。
目前OAM的MI250和MI250X已经进入可交付阶段，从今年第三季度起，AMD就已经在为美国能源部的橡树岭国家实验室持续交付MI250X GPU了，用于组成美国首个ExaScale级别的超级计算机Frontier。除了OAM模组外，AMD也将在不久提供PCIe版本的MI210，用于非密集运算的场景。
结语
随着英特尔、三星和台积电在2.5D/3D封装技术上的逐渐成熟，服务器芯片将成为受益最大的产品，未来2+8甚至3+8的MCM GPU可能更加常见。英伟达、AMD与英特尔三家在服务器/数据中心市场上的动向，也侧面体现了IDM与Fabless厂商之间在技术选择上的差异。英特尔如果不能尽快在制程和封装上超越台积电这样的晶圆代工厂，在服务器市场的优势可能会越来越小。
在不久前结束的 “加速数据中心”发布会上，AMD正式公开了下一代服务器CPU Milan-X和GPU加速卡Instinct MI200。这两大产品系列不仅面向数据中心，也将面向一系列HPC和超算应用，把通用计算和AI性能推向极致。Instinct MI200作为GPU加速卡，更是成为超级计算机百亿亿级（Exascale）的算力的基本构成单元。
在市场合作上，AMD更是开始了新一轮的攻城略地，前不久刚和腾讯联合发布了星星海服务器产品后，如今Azure等一众公有云厂商也开始部署基于Milan-X的服务器，甚至将刚改名为Meta的Facebook也被拉拢至AMD阵营，宣布将在其数据中心部署AMD的服务器产品。
Milan-X：6nm的大缓存怪兽
继上一代Milan处理器推出后不到一年，AMD就发布了该芯片的6nm改进版Milan-X。今年上半年通过融合Chiplet和Die堆叠两大技术，在Ryzen桌面处理器上做了3D Chiplet架构的演示。如今第三代Epyc处理器Milan-X，将成为首个使用该技术的服务器产品。通过在Chiplet上堆叠缓存，Milan-X的L3缓存是Milan的三倍，达到了可怕的768MB。
MilanX / AMD
与英特尔一样，AMD在正式发售前并没有公布Milan-X的具体性能细节，而是通过合作伙伴的测试来展示了Milan-X在EDA和公有云应用中表现。在新思的VCS功能验证中，Milan-X在1小时内完成了40.6项任务，而同样核心数的Milan仅完成了24.4项。微软在基于Milan-X的Azure服务器中进行了早期测试，无论是在航天模拟，还是在汽车碰撞测试建模中，Milan-X都做到了50%以上的性能提升。
除此之外，AMD CEO苏资丰博士还透露了下一代5nm Epyc处理器Genoa的情报。基于Zen 4架构的Genoa将具备2倍的晶体管密度和2倍的能效，性能可以达到上一代的1.25倍以上。Genoa最高支持96个Zen 4核心，同时也将加入一系列新标准的支持，比如DDR5、PCIe 5.0和CXL。AMD还将推出基于5nm的Zen 4C核心的处理器Bergamo，专门针对要求多核多线程的云原生计算，最高核心数将达到128核，晚于Genoa发布。
Genoa计划在2022年量产和发布，届时很可能就是英特尔的Sapphire Rapids和AMD的Genoa在通用计算领域争雄了。
Instinct MI200：GPU终于迎来MCM时代了？
除了Milan-X之外，发布会的最大亮点其实是全球首个MCM GPU，Instinct MI200。同样基于台积电的6nm工艺，Instinct MI200系列单芯片的晶体管数目达到580亿，最高集成了220个计算单元。作为首个采用AMD CDNA2架构的服务器GPU，Instinct MI200的目标很明确，那就是将计算能力推向ExaScale级。
在CDN2架构和第二代HPC&AI专用矩阵核心的支持下，Instinct MI200实现了远超竞品的性能表现。数据对比环节，AMD选择拿Nvidia目前最强的A100加速卡开刀。MI250X的FP64向量计算能力达到47.9TF，FP64矩阵计算能力达到95.7TF，均为A100的4.9倍。而在AI领域常用的FP16和BF16矩阵计算中，MI250X的算力也达到了383TF，是A100的1.2倍。即便两者都用上了HBM2E，MI200的内存带宽也达到了3.2TB/s，远超A100的2TB/s。不过MI250X的功耗确实要高出不少，峰值状态下的功耗可以达到560W，而A100的峰值功耗为300W。
与英特尔这种IDM厂商不同，AMD在封装上基本吃透了与台积电合作带来的技术红利，尤其是台积电的3D Fabric封装技术集合，而Instinct MI200则是这些技术的集大成之作。作为首个采用多Die设计的GPU，Instinct MI200选用了两个SoC+8个HBM2E的方案，AMD在发布会上宣称这一设计的实现要归功于2.5D的Elevated Fanout Bridge（EFB）架构。
从图解上来看，AMD的EFB与台积电的InFO-L 2.5D封装技术可以说是从一个模子里刻出来的。在专门用于HBM集成的方案，目前可以做到这种规模的异构似乎也只有台积电的InFO-L和CoWoS-L，利用LSI（本地硅互联）芯片，为SoC到SoC与SoC到HBM提供高布线密度的互联。
其实英特尔也有类似的2.5D封装方案EMIB，只不过该方案是在基板内放入一个硅桥die。而反观AMD的EFB和台积电的LSI方案则是将其至于基板的模具中，模具内分布着一系列铜柱。相较之下，EMIB虽然可以做到更低的寄生电感，却也对于基板的加工提出了很高的要求，这也是为何只有英特尔这个基板大厂才使用EMIB的原因之一。不过随着IDM 2..0模式的展开，英特尔也将公开提供自己的制程、IP和封装技术，未来也许会有其他厂商的芯片开始用上EMIB。但目前来看，虽然增加了高度控制的挑战，但为了使用标准的基板降低成本，EFB和LSI明显是最优解。
在外观尺寸上，AMD选择了OAM和PCIe两种形式。OAM为开放计算项目（OCP）定下的通用加速器模组标准，对于想要规模化部署GPU或其他加速器来说，OAM可以提供更大的带宽。作为Facebook和微软共同推行的公开标准，OAM已经在服务器领域有了不小的规模，不仅是英特尔、AMD和英伟达这些半导体厂商，浪潮、联想、百度和阿里巴巴等其他服务器与公有云厂商也开始支持这一标准。
目前OAM的MI250和MI250X已经进入可交付阶段，从今年第三季度起，AMD就已经在为美国能源部的橡树岭国家实验室持续交付MI250X GPU了，用于组成美国首个ExaScale级别的超级计算机Frontier。除了OAM模组外，AMD也将在不久提供PCIe版本的MI210，用于非密集运算的场景。
结语
随着英特尔、三星和台积电在2.5D/3D封装技术上的逐渐成熟，服务器芯片将成为受益最大的产品，未来2+8甚至3+8的MCM GPU可能更加常见。英伟达、AMD与英特尔三家在服务器/数据中心市场上的动向，也侧面体现了IDM与Fabless厂商之间在技术选择上的差异。英特尔如果不能尽快在制程和封装上超越台积电这样的晶圆代工厂，在服务器市场的优势可能会越来越小。
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