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按照計(jì)劃，AMD將在這個(gè)月正式發(fā)布代號(hào)“Milan”(米蘭)的第三代霄龍7003系列數(shù)據(jù)中心處理器。

這款處理器基于7nm工藝、Zen3架構(gòu)，最多64核心128線程，支持八通道DDR4-3200內(nèi)存、128條PCIe 4.0通道。

而在第三代產(chǎn)品還沒(méi)有正式發(fā)布的時(shí)候，已經(jīng)有推特博主已經(jīng)了曝光了AMD第四代霄龍的核心規(guī)格：

AMD第四代霄龍的核心數(shù)量最多96個(gè)，線程數(shù)量最多196個(gè)，比現(xiàn)在增加整整50%，內(nèi)部仍是chiplet小芯片結(jié)構(gòu)，每顆8核心，總計(jì)12顆，另外繼續(xù)一顆IO芯片。內(nèi)存方面，第四代霄龍支持新一代DDR5，最高頻率達(dá)5200MHz，通道數(shù)也增加一半的達(dá)到12個(gè)。功耗設(shè)計(jì)最高320W，比現(xiàn)在增加40W，同時(shí)支持最高上調(diào)到400W(cTDP)。

接口首次更換為新的SP5 LGA6096，比現(xiàn)在的SP3 LGA4094增加多達(dá)2002個(gè)觸點(diǎn)。

可以看出，未來(lái)的處理器核心越來(lái)越多，帶寬通道越來(lái)越高。但是單個(gè)芯片的規(guī)格卻沒(méi)有增加。

處理器從單核心到多核心，到眾核，再到chiplet小芯片結(jié)構(gòu)，完成了一輪輪進(jìn)化。那么未來(lái)處理器會(huì)如何設(shè)計(jì)呢？我們來(lái)看一下。

單核頻率的極限

計(jì)算機(jī)最早出現(xiàn)，是用于軍事用途的科學(xué)計(jì)算，用來(lái)破解密碼，計(jì)算彈道，做的是單純的計(jì)算任務(wù)。相當(dāng)于一個(gè)大型的快速計(jì)算器。

后來(lái)，雖然計(jì)算速度越來(lái)越快，人們發(fā)現(xiàn)計(jì)算能力，可以應(yīng)用于商業(yè)辦公的字處理和信息管理，于是有了字處理軟件和數(shù)據(jù)庫(kù)軟件，為了運(yùn)行這些軟件，方便開(kāi)發(fā)（否則計(jì)算機(jī)得從底層一步步開(kāi)發(fā)一個(gè)軟件做字處理或者信息管理），就有了操作系統(tǒng)。

同時(shí)，計(jì)算機(jī)硬件也逐步進(jìn)化，從分開(kāi)的獨(dú)立元件，進(jìn)化成了一個(gè)超大規(guī)模集成電路，也就是我們所熟悉的CPU。古老的計(jì)算機(jī)是沒(méi)有CPU的，是一大堆電子元件來(lái)完成今天CPU的功能。后來(lái)集成電路發(fā)展，有了封裝技術(shù)，才有我們看到的芯片。

最初的CPU都是單核心的。后來(lái)為了提高性能，搞多路并行，一開(kāi)始是把一大堆單核心的大型計(jì)算機(jī)放到一起聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行。

后來(lái)，人們發(fā)明了多處理器的主板，在一塊電路板上放置多個(gè)CPU，在主板上實(shí)現(xiàn)互聯(lián)。

早期，處理器的進(jìn)化方向是提高頻率，改善微架構(gòu)。在摩爾定律下，這條道路最初很順利。處理器從早期的1MHZ，8MHZ很快就提升到66MHZ、100MHZ。

而此時(shí)計(jì)算機(jī)的用途越來(lái)越廣，操作系統(tǒng)、應(yīng)用軟件、網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)，讓計(jì)算機(jī)迅速?gòu)目茖W(xué)計(jì)算、字處理、信息管理擴(kuò)展到人類社會(huì)的各個(gè)層面。計(jì)算機(jī)字處理軟件替代紙筆、打字機(jī)，表格軟件替代手工制表，財(cái)務(wù)軟件替代手工記賬，數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)替代紙質(zhì)檔案……

需求的指數(shù)級(jí)別增長(zhǎng)，刺激技術(shù)快速發(fā)展，CPU從100MHZ到1Ghz只用了幾年。到了2Ghz也非?？?。

但是，很快頻率提升就遇到瓶頸，4Ghz再往上就功率越來(lái)越大，提升越來(lái)越難。提升單核頻率的路線到頭了。

100MHZ到1Ghz只用了幾年，而1Ghz到10Ghz至今看不到希望，如見(jiàn)最快的處理器就是官方睿頻5Ghz多一點(diǎn)，20年前奔騰4超頻記錄是7Ghz，單核頻率提升到頭了。

從多核心到眾核

在高性能計(jì)算領(lǐng)域，人們很早就用多處理器來(lái)提升性能，在操作系統(tǒng)和軟件層面完成了對(duì)多線程處理的優(yōu)化。

所以，在單核心頻率觸摸到天花板之后，處理器開(kāi)始了多核心的進(jìn)化。處理器搞多核心，比主板上搞多處理器更好，因?yàn)槠瑑?nèi)通訊比主板上多個(gè)處理器之間通信更快，延遲更低。

所以，很快CPU，就從單核發(fā)展到雙核、四核、八核。在進(jìn)化道路上，英特爾一度參考GPU的并行計(jì)算搞過(guò)眾核，把幾十個(gè)性能弱一些的小核心堆到一起來(lái)提升性能。在核心之間建立一套高速的網(wǎng)絡(luò)連接，達(dá)到強(qiáng)大的總體性能。

但是，這種模式的應(yīng)用范圍很窄，僅限于能大規(guī)模并行的科學(xué)計(jì)算，AI計(jì)算，普通服務(wù)需要強(qiáng)大的單核心性能，這種小核心提供不了。

而真正需要大規(guī)?？茖W(xué)計(jì)算和AI計(jì)算，人們會(huì)購(gòu)買更便宜，小核心更多，計(jì)算能力更強(qiáng)的GPU去算。

這種眾核就變成了積累，搞大規(guī)模并行不如GPU性價(jià)比高，搞傳統(tǒng)的服務(wù)器計(jì)算，單核心性能太弱小。

最后，英特爾停掉了眾核的產(chǎn)品線，把技術(shù)用到大核心的堆疊上面，這就是英特爾28核心的至強(qiáng)處理器。

雖然，比并行計(jì)算比不了GPU，是做傳統(tǒng)的服務(wù)器運(yùn)算，28核心還是很強(qiáng)大的。

chiplet小芯片的挑戰(zhàn)

理論上，多個(gè)核心堆到一塊芯片里面，各個(gè)核心的互聯(lián)最快，性能最好。但是多個(gè)核心堆到一個(gè)芯片里面，會(huì)大大增加芯片的面積。

而芯片的面積與良率和成本密切相關(guān)，越大的芯片，造起來(lái)越困難。因?yàn)橐粔K晶圓上的瑕疵是隨機(jī)分布的，單個(gè)芯片越大，中招的概率越大，合格的芯片越少。所以，大芯片的價(jià)格遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于小芯片。

AMD對(duì)于多核心的解決辦法是chiplet小芯片，一塊芯片上就放8個(gè)核心（Zen2是4個(gè)核心），需要多核心，我就把多塊小芯片封裝到一個(gè)基板上面，有些模塊不需要7nm工藝，用14nm便宜的工藝做，也封裝到一起。

在基板上面封裝，通信速度不如芯片內(nèi)，但是比在主板上要好很多。而單CPU主板，比多CPU主板要便宜很多，這種中庸的解決方案，性能適中，價(jià)格卻要便宜得多。

英特爾做高性能的28核心處理器，得專門設(shè)計(jì)一個(gè)28核心的架構(gòu)，測(cè)試流片，成本極高。

而AMD用小芯片，理論性能弱一點(diǎn)，但是從筆記本電腦到PC到服務(wù)器，只要測(cè)試生產(chǎn)一種核心就夠了。高端產(chǎn)品只要封裝多個(gè)核心，也有高性能，價(jià)格就便宜多了。

英特爾一看，當(dāng)然也就學(xué)乖了，它在今年底發(fā)布代號(hào)Sapphire Rapids的第四代可擴(kuò)展至強(qiáng)，用10nm Enhanced SuperFin制造工藝，Golden Cove CPU架構(gòu)，也是MCM多芯封裝，最多4顆小芯片、60核心120線程(64核心，屏蔽4個(gè)，提升良率)，集成最多64GB HBM2e高帶寬內(nèi)存，支持最多8通道DDR5-4800、80條PCIe 5.0，熱設(shè)計(jì)功耗最高400W，接口換成新的LGA4677-X。

所以，未來(lái)一段時(shí)間，我們看到的高性能處理器，都會(huì)走chiplet小芯片技術(shù)，在基板上堆小芯片，甚至把內(nèi)存也堆上去，提升性能，降低成本。

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