在日前舉行的Computex 2018媒體發(fā)布會上，AMD有些出人意料地進(jìn)行了高規(guī)格的產(chǎn)品發(fā)布，公開的產(chǎn)品包括下一代使用7nm工藝的VEGA GPU,，以及使用7nm的Zen 2處理器。目前,，7nm VEGA GPU是全球第一個(gè)使用7nm工藝的GPU，現(xiàn)在已經(jīng)開始樣品出貨,，預(yù)計(jì)在今年下半年開始大規(guī)模出貨,。這比之前預(yù)期的時(shí)間表提前了不少,，也打了Nvidia一個(gè)措手不及,，讓AMD以迅雷不及掩耳之勢搶得了“全球第一塊7nm GPU”。
除了GPU之外,，AMD還公布了下一代使用7nm工藝的Zen 2處理器EPYC,，該處理器目前已經(jīng)完成流片正處于實(shí)驗(yàn)室測試中，預(yù)計(jì)將于2018年下半年進(jìn)入工程樣品階段并于2019年進(jìn)入大規(guī)模出貨階段,。
隨著桌面PC市場被移動(dòng)設(shè)備日漸蠶食，在本世紀(jì)初熱鬧非凡的Computex會議已經(jīng)幾乎被人遺忘,。而AMD此次在Computex會議上舉行的高規(guī)格產(chǎn)品發(fā)布無疑是為之前有些疲軟的計(jì)算機(jī)市場和Computex會議帶來了一陣新風(fēng),。這也釋放了一個(gè)重要信號：以數(shù)據(jù)中心為主要應(yīng)用場景的高性能計(jì)算市場正在接過PC的接力棒，將會成為計(jì)算機(jī)在下一個(gè)十年發(fā)展的主要?jiǎng)恿Α?/p>
數(shù)據(jù)中心的想象空間
隨著大數(shù)據(jù)和深度學(xué)習(xí)的高速發(fā)展,，數(shù)據(jù)正在成為新時(shí)代的原油而算力正在成為下一代的基礎(chǔ)設(shè)施,。AMD在發(fā)布會上指出，到2025年的數(shù)據(jù)將會增長50倍：可穿戴設(shè)備,、IoT,、5G設(shè)備正在普及，這些設(shè)備都會產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù),。除此之外,，我們對于這些數(shù)據(jù)的處理方式也越來越復(fù)雜，機(jī)器學(xué)習(xí)領(lǐng)域的新算法層出不窮,，能夠從數(shù)據(jù)中提取更多有用信息,，從而在智慧城市、醫(yī)療,、金融,、安保等領(lǐng)域引入革命性的變化。隨著數(shù)據(jù)量和算法復(fù)雜度的飛速提升,，對于算力的需求也在高速增長,。
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大數(shù)據(jù)算力的主要基礎(chǔ)設(shè)施在于數(shù)據(jù)中心。數(shù)據(jù)中心對于處理器的需求目前主要包括CPU和GPU,。CPU是傳統(tǒng)計(jì)算硬件,，可以支持通用計(jì)算，也是數(shù)據(jù)中心必不可少的一部分,。AMD此次公布的EPYC CPU每個(gè)socket至多可以支持32個(gè)核,。除了核心數(shù)多之外，CPU的內(nèi)存存取和CPU間通信在需要高效執(zhí)行分布式計(jì)算的數(shù)據(jù)中心也是重要要素,，而EPYC每個(gè)CPU能支持至多8個(gè)內(nèi)存通道和128條PCIe通道,，可謂性能強(qiáng)大。眾所周知，AMD在數(shù)據(jù)中心CPU領(lǐng)域并非傳統(tǒng)強(qiáng)項(xiàng),，在Intel牢牢把持著市場的情況下AMD如何打入數(shù)據(jù)中心CPU生態(tài)也就成了大家關(guān)注的要點(diǎn)之一,。在本次發(fā)布會上，AMD宣布了EPYC已經(jīng)進(jìn)入了CISCO,，HP和騰訊云等重要客戶的產(chǎn)品中,。雖然比起Intel在數(shù)據(jù)中心的市場份額來說AMD還有很大的差距，但是這也是個(gè)不錯(cuò)的出發(fā)點(diǎn),。
除了CPU之外,，GPU是數(shù)據(jù)中心想象空間更大的部分。在大數(shù)據(jù)時(shí)代,，CPU并不能高效支持所有運(yùn)算：在CPU的芯片上,，為了滿足通用算法的支持，有很大一部分芯片面積都用來做緩存和控制邏輯(如分支判斷等),，而用于計(jì)算單元的面積并不大,。而在大數(shù)據(jù)算法中，大量數(shù)據(jù)是可以并行處理的(例如來自不同設(shè)備產(chǎn)生的獨(dú)立數(shù)據(jù)就可以并行處理而不會互相影響),，因此大數(shù)據(jù)算法往往比較規(guī)整,，而CPU芯片上的許多控制邏輯對于大數(shù)據(jù)算法就顯得多余。這時(shí)候擅長并行計(jì)算處理的GPU就脫穎而出,。GPU的設(shè)計(jì)中控制邏輯比較簡單,，而絕大部分芯片面積都用來做計(jì)算單元，因此一個(gè)GPU往往包含了數(shù)千個(gè)計(jì)算核心,，可以提供超高效并行計(jì)算,，對于合適的大數(shù)據(jù)算法GPU的執(zhí)行速度比同代CPU要快兩到三個(gè)數(shù)量級。
GPU在數(shù)據(jù)中心中執(zhí)行大數(shù)據(jù)算法的標(biāo)志性事件是2012年的深度學(xué)習(xí)算法AlexNet的訓(xùn)練,。AlexNet是深度學(xué)習(xí)的標(biāo)志性算法,，其貢獻(xiàn)第一是證明在數(shù)據(jù)量足夠的情況下深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在圖像分類等任務(wù)中的性能遠(yuǎn)好于傳統(tǒng)的支持向量機(jī)(SVM)等算法，可謂是開啟了這一波深度學(xué)習(xí)熱潮;除此之外AlexNet還提出了使用GPU去訓(xùn)練深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò),，相比CPU可以將訓(xùn)練時(shí)間降低兩到三個(gè)數(shù)量級從而進(jìn)入合理的范圍(時(shí)間從數(shù)年下降到了幾天),。可以說以深度學(xué)習(xí)離不開GPU的支持,，而隨著深度學(xué)習(xí)的繼續(xù)普及,，數(shù)據(jù)中心對于GPU的需求也在持續(xù)上升。
深度學(xué)習(xí)的普及是GPU在數(shù)據(jù)中心需求量持續(xù)上升的一個(gè)要素,。除此之外,，深度學(xué)習(xí)以外的其他需要GPU的算法也在推動(dòng)GPU需求。眾所周知的是區(qū)塊鏈算法對于GPU也有很大的需求量,，在區(qū)塊鏈和加密貨幣最火的2017年各大礦場對于GPU的需求甚至讓GPU賣到斷貨(AMD從中也是獲利頗豐),，之后雖然加密貨幣逐漸回歸理性但是對于GPU的需求卻在穩(wěn)步上升,。除了區(qū)塊鏈之外，數(shù)據(jù)庫等傳統(tǒng)應(yīng)用也在逐漸擁抱GPU加速,?？梢哉f目前數(shù)據(jù)中心對于GPU的需求是以深度學(xué)習(xí)為首，而在其他領(lǐng)域也在逐漸跟上,。Nvidia目前在數(shù)據(jù)中心GPU市場幾乎是處于壟斷地位,，與之相應(yīng)數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)在Nvidia的財(cái)報(bào)中也越來越重要，2017財(cái)年的數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)增長高達(dá)245%,，在2018財(cái)年的增長也有233%,，收入接近20億美元。AMD當(dāng)然不會對數(shù)據(jù)中心這塊市場坐視不管,，這次搶先Nvidia發(fā)布7nm VEGA GPU以及Radeon Instinct數(shù)據(jù)中心加速卡也是對Nvidia一個(gè)強(qiáng)烈的挑戰(zhàn)信號,。
除了硬件之外，開發(fā)生態(tài)同樣重要
在數(shù)據(jù)中心市場,，事實(shí)上BAT等各大客戶也希望AMD能打破Nvidia的壟斷地位，從而讓高性能GPU的價(jià)格能回歸合理的范圍,。AMD這次發(fā)布的7nm VEGA GPU以及Radeon Instinct加速卡可謂性能強(qiáng)大,，Radeon Instinct加速卡使用了32GB HBM高速顯存，并且VEGA GPU對于人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)也加入了硬件支持,，具體性能值得期待,。
在硬件性能之外，開發(fā)者生態(tài)也是決定性因素,。Nvidia的戰(zhàn)略眼光極其深遠(yuǎn),，在絕大部分人對于GPU的認(rèn)識還局限于游戲圖形加速的時(shí)候，Nvidia就已經(jīng)看到了GPU在其他領(lǐng)域的潛力,，于是開始了GPGPU(通用GPU)戰(zhàn)略并開始了CUDA的開發(fā),。在經(jīng)過數(shù)年的開發(fā)積累之后，又遇到了深度學(xué)習(xí)的大熱,，Nvidia的CUDA憑借著穩(wěn)定的性能,，易用的API接口，完整的文檔和多年的開發(fā)者社區(qū)運(yùn)營成為了相關(guān)開發(fā)者的首選,，配合其GPU因此成為了數(shù)據(jù)中心的標(biāo)配,。另一方面，AMD對于GPGPU類的技術(shù)投入之前一直處于不溫不火的狀態(tài),，和高通等其他幾個(gè)合作廠商在推廣與CUDA相似的OpenCL但是其性能和易用性一直被開發(fā)者社區(qū)詬病,。除此之外AMD在GPGPU領(lǐng)域的另一個(gè)舉措是推出異構(gòu)系統(tǒng)架構(gòu)HSA(heterogeneous system architecture)，HSA的初衷是打通CPU和GPU的內(nèi)存空間,，用于解決CPU和GPU之間內(nèi)存互訪造成的性能損失,，然而至今HSA也只能說是普普通通并未引起太多波瀾,。
AMD當(dāng)然也認(rèn)識到了其開發(fā)生態(tài)不足造成的問題，因此在這次發(fā)布會上也特意提到了其GPGPU的最新舉措即Radeon Open Ecosystem,，可以支持TensorFlow,，PyTorch，Caffe,，MxNet等主流機(jī)器學(xué)習(xí)平臺并將提供優(yōu)化的庫支持,。然而，在開發(fā)生態(tài)領(lǐng)域AMD仍然是處于追趕地位,，尤其是在Nvidia在數(shù)據(jù)中心的生態(tài)已經(jīng)開始在探索GPU數(shù)據(jù)庫等藍(lán)海的情況下,，AMD如何迎頭趕上值得我們關(guān)注。
7nm提升有限,，封裝技術(shù)同樣重要
從芯片角度,，這次AMD的發(fā)布也讓我們看到了半導(dǎo)體制程發(fā)展的趨勢。
AMD發(fā)布了7nm VEGA GPU的數(shù)據(jù),。耐人尋味的是,，其性能相對于上一代14nm的VEGA僅僅提升了35%。在特征尺寸縮小一半加上設(shè)計(jì)也有改善的情況下,，其性能的提升幅度并不大：7nm半導(dǎo)體工藝節(jié)點(diǎn)中雖然特征尺寸縮小晶體管開關(guān)速度會加快但是金屬互聯(lián)線帶來的延遲也變大,，因此對于芯片性能的幫助有限。另一方面,，其晶體管密度和功耗改善有兩倍之多,，這基本延續(xù)了之前摩爾定律的勢頭。
在特征尺寸對于芯片性能提升幫助有限的情況下,，封裝技術(shù)將會成為芯片性能提升的另一個(gè)推力,。在本次發(fā)布會上，AMD發(fā)布的Radeon Instinct加速卡中一個(gè)最重要的關(guān)鍵詞就是32GB HBM內(nèi)存,。HBM使用高級封裝技術(shù),，將處理器和DRAM做在同一個(gè)封裝內(nèi)，可以大大降低走線長度,，增加走線密度和總線寬度,，從而提供遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)DDR標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)存帶寬。事實(shí)上,，目前內(nèi)存帶寬已經(jīng)成為了阻礙處理器完全發(fā)揮峰值計(jì)算能力的重要瓶頸,，因此HBM內(nèi)存將會成為處理器性能提升的重要技術(shù)。
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此外,，AMD還宣布將會在7nm VEGA GPU中使用Infinity Fabric,。Infinity Fabric與Nvidia的NVLink有相似也有不同的地方，NVLink主要是用于加速多塊GPU間的數(shù)據(jù)通信,，而Infinity Fabric則即可以用于片上網(wǎng)絡(luò)(NoC),，也可以用于封裝內(nèi)的互聯(lián)或者片外互聯(lián),。除了在VEGA GPU內(nèi)使用之外，AMD還將在其CPU中搭配Zeppelin架構(gòu)使用Infinity Fabric,。Zeppelin是AMD今年在ISSCC會議上發(fā)布的新架構(gòu),，通過高級封裝技術(shù)和Infinity Fabric互聯(lián)技術(shù)可以在封裝內(nèi)高效集成多塊芯片，從而實(shí)現(xiàn)靈活的集成模式,，根據(jù)需求可以集成多塊處理器芯片或者是多塊不同的芯片,。在高級封裝領(lǐng)域，AMD非常重視,，在幾年前的GPU中用上了HBM內(nèi)存,，而隨著Zeppelin架構(gòu)的發(fā)展我們看到AMD正在往封裝方向繼續(xù)深挖潛力。當(dāng)然,，Intel也并不落后,，其EMIB高級封裝技術(shù)也處于領(lǐng)先位置。AMD,、Intel和Nvidia在高級封裝領(lǐng)域的競爭,，我們還將繼續(xù)關(guān)注追蹤。
結(jié)語
AMD此次在Computex上發(fā)布的7nm產(chǎn)品彰顯了其進(jìn)軍數(shù)據(jù)中心應(yīng)用的決心,，而數(shù)據(jù)中心應(yīng)用可望能接過PC的大旗成為計(jì)算機(jī)市場的下一個(gè)發(fā)展動(dòng)力,。在芯片技術(shù)方面，7nm工藝提供的優(yōu)勢主要在于集成度和功耗,，對于性能的提升除了特征尺寸縮小之外還得依靠封裝技術(shù),。