AMD祭出殺手锏，首個百億億級GPU

在不久前結束的 “加速數據中心”發布會上，AMD正式公開了下一代服務器CPU Milan-X和GPU加速卡Instinct MI200。這兩大產品系列不僅面向數據中心，也將面向一系列HPC和超算應用，把通用計算和AI性能推向極致。Instinct MI200作為GPU加速卡，更是成為超級計算機百億億級（Exascale）的算力的基本構成單元。

在市場合作上，AMD更是開始了新一輪的攻城略地，前不久剛和騰訊聯合發布了星星海服務器產品后，如今Azure等一眾公有云廠商也開始部署基于Milan-X的服務器，甚至將剛改名為Meta的Facebook也被拉攏至AMD陣營，宣布將在其數據中心部署AMD的服務器產品。

Milan-X：6nm的大緩存怪獸

繼上一代Milan處理器推出后不到一年，AMD就發布了該芯片的6nm改進版Milan-X。今年上半年通過融合Chiplet和Die堆疊兩大技術，在Ryzen桌面處理器上做了3D Chiplet架構的演示。如今第三代Epyc處理器Milan-X，將成為首個使用該技術的服務器產品。通過在Chiplet上堆疊緩存，Milan-X的L3緩存是Milan的三倍，達到了可怕的768MB。

MilanX / AMD

與英特爾一樣，AMD在正式發售前并沒有公布Milan-X的具體性能細節，而是通過合作伙伴的測試來展示了Milan-X在EDA和公有云應用中表現。在新思的VCS功能驗證中，Milan-X在1小時內完成了40.6項任務，而同樣核心數的Milan僅完成了24.4項。微軟在基于Milan-X的Azure服務器中進行了早期測試，無論是在航天模擬，還是在汽車碰撞測試建模中，Milan-X都做到了50%以上的性能提升。

除此之外，AMD CEO蘇資豐博士還透露了下一代5nm Epyc處理器Genoa的情報。基于Zen 4架構的Genoa將具備2倍的晶體管密度和2倍的能效，性能可以達到上一代的1.25倍以上。Genoa最高支持96個Zen 4核心，同時也將加入一系列新標準的支持，比如DDR5、PCIe 5.0和CXL。AMD還將推出基于5nm的Zen 4C核心的處理器Bergamo，專門針對要求多核多線程的云原生計算，最高核心數將達到128核，晚于Genoa發布。

Genoa計劃在2022年量產和發布，屆時很可能就是英特爾的Sapphire Rapids和AMD的Genoa在通用計算領域爭雄了。

Instinct MI200：GPU終于迎來MCM時代了？

除了Milan-X之外，發布會的最大亮點其實是全球首個MCM GPU，Instinct MI200。同樣基于臺積電的6nm工藝，Instinct MI200系列單芯片的晶體管數目達到580億，最高集成了220個計算單元。作為首個采用AMD CDNA2架構的服務器GPU，Instinct MI200的目標很明確，那就是將計算能力推向ExaScale級。


在CDN2架構和第二代HPC&AI專用矩陣核心的支持下，Instinct MI200實現了遠超競品的性能表現。數據對比環節，AMD選擇拿Nvidia目前最強的A100加速卡開刀。MI250X的FP64向量計算能力達到47.9TF，FP64矩陣計算能力達到95.7TF，均為A100的4.9倍。而在AI領域常用的FP16和BF16矩陣計算中，MI250X的算力也達到了383TF，是A100的1.2倍。即便兩者都用上了HBM2E，MI200的內存帶寬也達到了3.2TB/s，遠超A100的2TB/s。不過MI250X的功耗確實要高出不少，峰值狀態下的功耗可以達到560W，而A100的峰值功耗為300W。


與英特爾這種IDM廠商不同，AMD在封裝上基本吃透了與臺積電合作帶來的技術紅利，尤其是臺積電的3D Fabric封裝技術集合，而Instinct MI200則是這些技術的集大成之作。作為首個采用多Die設計的GPU，Instinct MI200選用了兩個SoC+8個HBM2E的方案，AMD在發布會上宣稱這一設計的實現要歸功于2.5D的Elevated Fanout Bridge（EFB）架構。

從圖解上來看，AMD的EFB與臺積電的InFO-L 2.5D封裝技術可以說是從一個模子里刻出來的。在專門用于HBM集成的方案，目前可以做到這種規模的異構似乎也只有臺積電的InFO-L和CoWoS-L，利用LSI（本地硅互聯）芯片，為SoC到SoC與SoC到HBM提供高布線密度的互聯。

其實英特爾也有類似的2.5D封裝方案EMIB，只不過該方案是在基板內放入一個硅橋die。而反觀AMD的EFB和臺積電的LSI方案則是將其至于基板的模具中，模具內分布著一系列銅柱。相較之下，EMIB雖然可以做到更低的寄生電感，卻也對于基板的加工提出了很高的要求，這也是為何只有英特爾這個基板大廠才使用EMIB的原因之一。不過隨著IDM 2..0模式的展開，英特爾也將公開提供自己的制程、IP和封裝技術，未來也許會有其他廠商的芯片開始用上EMIB。但目前來看，雖然增加了高度控制的挑戰，但為了使用標準的基板降低成本，EFB和LSI明顯是最優解。

在外觀尺寸上，AMD選擇了OAM和PCIe兩種形式。OAM為開放計算項目（OCP）定下的通用加速器模組標準，對于想要規模化部署GPU或其他加速器來說，OAM可以提供更大的帶寬。作為Facebook和微軟共同推行的公開標準，OAM已經在服務器領域有了不小的規模，不僅是英特爾、AMD和英偉達這些半導體廠商，浪潮、聯想、百度和阿里巴巴等其他服務器與公有云廠商也開始支持這一標準。

目前OAM的MI250和MI250X已經進入可交付階段，從今年第三季度起，AMD就已經在為美國能源部的橡樹嶺國家實驗室持續交付MI250X GPU了，用于組成美國首個ExaScale級別的超級計算機Frontier。除了OAM模組外，AMD也將在不久提供PCIe版本的MI210，用于非密集運算的場景。

結語

隨著英特爾、三星和臺積電在2.5D/3D封裝技術上的逐漸成熟，服務器芯片將成為受益最大的產品，未來2+8甚至3+8的MCM GPU可能更加常見。英偉達、AMD與英特爾三家在服務器/數據中心市場上的動向，也側面體現了IDM與Fabless廠商之間在技術選擇上的差異。英特爾如果不能盡快在制程和封裝上超越臺積電這樣的晶圓代工廠，在服務器市場的優勢可能會越來越小。