在6月的ISC 2020大會上，TOP500官方宣布了新一屆全球最強超算的排名。這次的TOP500榜單有很多亮點，去年發布的第二代AMDEPYC（霄龍）處理器在前50名中占據四席，並助力Selene超算斬獲第七名，這也是TOP500中首次使用64核128線程的處理器。
64核EPYC處理器在TOP500超算中初露鋒芒，代表着x86處理器在HPC高性能計算中的新生，這也是AMD超算逆襲的開始。因為過不了多久，基於EPYC處理器的新一代超算將征戰百億億次性能，毫無疑問會成為TOP500超算新冠軍。
泰坦超算退役 從16核到64核 AMD全新高性能計算架構接棒
EPYC處理器進入超算位列也頗具歷史意義，因為一年前AMD歷史上最強的超算Titan退役了。位於美國橡樹嶺國家實驗室ORNL的Titan泰坦超算拿下過2012年的TOP500第一，它使用的是AMD皓龍6274處理器，這是x86處理器中首款16核服務器CPU，助力超算性能登上2.7億億次。
AMD用16核處理器將HPC高性能計算推上了億億次時代，如今超算要挑戰的是百億億次性能，百倍的性能提升同時還要有更高的能效，這對高性能計算提出了嚴峻的挑戰。不過AMD最終還是交出了滿意的答卷，這就要靠近年來橫空出世的全新EPYC處理器了。
2017年，AMD正式推出第一代EPYC（霄龍）處理器，一下子就做到了32核64線程。不過，32核開只是開胃菜。AMD在2019年又推出了第二代EPYC處理器，做到了64核128線程，並帶來了PCIe 4.0等全新一代技術。
64核128線程不僅創造了x86多核處理器的新紀錄，更是一舉將原本擠牙膏式發展的高性能計算市場往前推了一大步，AMD表示，數據中心的性能在2年時間里直接提升了一倍，
在當前的時代里，人們對AI人工智能、深度學習、生命科學、藥物合成、石油勘探、天文計算等領域的算力要求已經大幅提升，第二代AMD EPYC超過一倍的性能提升使得它在HPC領域大顯身手，開始全面接棒新一代超算平台。
高性能算力哪里來？AMD創新7nm Zen2/Zen3+IF總線+小芯片設計
在半導體行業，大家都知道最近十年來摩爾定律一直在放緩。算力提升不是一件簡單的事，那AMD又是如何做到2年間算力翻倍的呢？這還得從第二代EPYC處理器的諸多創新算起。
首先是全新的架構，第一代EPYC使用了14nm工藝及Zen架構，做到了32核64線程，這已經是x86中的創舉，但當前在用的第二代EPYC則是升級到了7nm Zen2架構，使得IPC性能提升了15%。
與第一代Zen架構相比，Zen2架構優化了L1指令緩存、操作緩存容量翻倍、浮點單元數據位寬翻倍，同時L3緩存翻倍到16MB，64核EPYC處理器輕松擁有128MB L3緩存，遠高於對手標準。
在這樣的改進下，Zen2架構的性能相比前代有了明顯提升，同時憑借7nm工藝帶來的高能效優勢降低了功耗，同樣在225W TDP下也能做到64核128線程，提高了HPC高性能計算的能效。AMD六年前定下的25×20能效目標提前就完成了，7nm Zen2功不可沒。
此外，AMD的CPU路線圖是一以貫之的。2019年是7nm Zen2，今年還會有Zen3架構，雖然官方還沒公布具體數據，但性能可期。
在今年5月份的財務分析師大會上，AMD又正式宣布了Zen4架構，面向未來的5nm工藝，預計會在2022年問世，首發用於第四代EPYC處理器Genoa（熱那亞），這將會是新一代超算的又一個重要選擇。
光是先進的工藝和架構也不行，支撐第二代EPYC處理器提升到64核128線程的還有全新的Chiplet小芯片設計，這也是AMD在x86處理器上的一個創舉——將CPU核心與IO核心分離，前者使用7nm工藝製造，後者使用14nm工藝製造，集成了不同數量的DDR主控、PCIe主控、IF總線等IO單元。
這樣一來，EPYC處理器就可以擺脫之前的束縛，超多核心極具靈活性，從8核到64核處理器就像是搭積木一樣，1個IO模塊可以連接多個CPU模塊，64核只要1個IO模塊、8個CPU模塊即可。
Zen2架構與小芯片設計完成之後，AMD的高性能EPYC還欠一股東風，那就是Infinity Fabric總線技術。它是CPU核心之間、CPU與IO核心之間的關鍵，從第一代的10.7GT/速率提升到了18GT/，4路插槽並行的話可獲得202GB/的超高帶寬，是64核EPYC處理器發揮性能的關鍵之一。就好像高速公路一樣，有了它，超級能裝的EPYC處理器才能跑得更快，運載的「數據」越多。
EPYC處理器沖刺新一代超算 搶占2百億億次性能制高點
上面所說的EPYC三大性能改進還只是AMD高性能架構中的一部分，其他的還有PCIe 4.0，第二代EPYC是首個面向PCIe 4.0技術而生的高性能處理器，總計128條PCIe 4.0通道，不論數量還是帶寬，這賦予了高性能計算極高的擴展性，搭配新一代計算卡、FPGA及網絡芯片都是如虎添翼。
基於這些全面性的提升，AMD的EPYC處理器很快就獲得了各大超算中心的青睞，這兩年來使用EPYC芯片的超算不下於20多台，今年進入TOP500的就有10台，而且這個名單還在不斷地擴大中。
在這些超算中，最強大的兩台是Frontier及El Capitan，前者是AMD聯合Cray公司為美國能源部橡樹嶺實驗室打造的超算系統，浮點性能可達150億億次，而El Capitan則是AMD聯合HPE為勞倫斯利弗莫爾國家實驗室（LLNL）打造的，浮點性能可達200億億次。
這兩台超算的性能都超過了百億億次，El Capitan甚至翻倍到了200億億次，是人類有史以來最強大的超算，它們使用的都是新一代EPYC處理器，前者預計在2021年問世，El Capitan預計在2023年問世，屆時無疑會改寫TOP500超算排名。
總之，在HPC高性能計算領域，隨着AI時代的到來，人們對算力的需求是無窮無盡的。現在的矛盾是如何高效率地提升算力，而AMD EPYC處理器憑借先進的工藝、架構、小芯片設計及PCIe 4.0的領先，已經領先業界一步，將超級計算機的算力推向了百億億次時代。未來在算力提升的道路上，AMD EPYC將如何改寫市場格局，無疑是非常值得期待的。
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