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編者按：本文來自微信公眾號DoNews（ID： ilovedonews），作者maomaobear，創(chuàng)業(yè)邦經授權轉載。

按照計劃，AMD將在這個月正式發(fā)布代號“Milan”(米蘭)的第三代霄龍7003系列數據中心處理器。

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

而在第三代產品還沒有正式發(fā)布的時候，已經有推特博主已經了曝光了AMD第四代霄龍的核心規(guī)格：

AMD第四代霄龍的核心數量最多96個，線程數量最多196個，比現(xiàn)在增加整整50%，內部仍是chiplet小芯片結構，每顆8核心，總計12顆，另外繼續(xù)一顆IO芯片。內存方面，第四代霄龍支持新一代DDR5，最高頻率達5200MHz，通道數也增加一半的達到12個。功耗設計最高320W，比現(xiàn)在增加40W，同時支持最高上調到400W(cTDP)。

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

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

處理器從單核心到多核心，到眾核，再到chiplet小芯片結構，完成了一輪輪進化。那么未來處理器會如何設計呢？我們來看一下。

單核頻率的極限

計算機最早出現(xiàn)，是用于軍事用途的科學計算，用來破解密碼，計算彈道，做的是單純的計算任務。相當于一個大型的快速計算器。

后來，雖然計算速度越來越快，人們發(fā)現(xiàn)計算能力，可以應用于商業(yè)辦公的字處理和信息管理，于是有了字處理軟件和數據庫軟件，為了運行這些軟件，方便開發(fā)（否則計算機得從底層一步步開發(fā)一個軟件做字處理或者信息管理），就有了操作系統(tǒng)。

同時，計算機硬件也逐步進化，從分開的獨立元件，進化成了一個超大規(guī)模集成電路，也就是我們所熟悉的CPU。古老的計算機是沒有CPU的，是一大堆電子元件來完成今天CPU的功能。后來集成電路發(fā)展，有了封裝技術，才有我們看到的芯片。

最初的CPU都是單核心的。后來為了提高性能，搞多路并行，一開始是把一大堆單核心的大型計算機放到一起聯(lián)網運行。

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

早期，處理器的進化方向是提高頻率，改善微架構。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。

而此時計算機的用途越來越廣，操作系統(tǒng)、應用軟件、網絡的出現(xiàn)，讓計算機迅速從科學計算、字處理、信息管理擴展到人類社會的各個層面。計算機字處理軟件替代紙筆、打字機，表格軟件替代手工制表，財務軟件替代手工記賬，數據庫系統(tǒng)替代紙質檔案……

需求的指數級別增長，刺激技術快速發(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再往上就功率越來越大，提升越來越難。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，如見最快的處理器就是官方睿頻5Ghz多一點，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

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

所以，在單核心頻率觸摸到天花板之后，處理器開始了多核心的進化。處理器搞多核心，比主板上搞多處理器更好，因為片內通訊比主板上多個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。在進化道路上，英特爾一度參考GPU的并行計算搞過眾核，把幾十個性能弱一些的小核心堆到一起來提升性能。在核心之間建立一套高速的網絡連接，達到強大的總體性能。

但是，這種模式的應用范圍很窄，僅限于能大規(guī)模并行的科學計算，AI計算，普通服務需要強大的單核心性能，這種小核心提供不了。

而真正需要大規(guī)?？茖W計算和AI計算，人們會購買更便宜，小核心更多，計算能力更強的GPU去算。

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

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

雖然，比并行計算比不了GPU，是做傳統(tǒng)的服務器運算，28核心還是很強大的。

chiplet小芯片的挑戰(zhàn)

理論上，多個核心堆到一塊芯片里面，各個核心的互聯(lián)最快，性能最好。但是多個核心堆到一個芯片里面，會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，越大的芯片，造起來越困難。因為一塊晶圓上的瑕疵是隨機分布的，單個芯片越大，中招的概率越大，合格的芯片越少。所以，大芯片的價格遠遠高于小芯片。

AMD對于多核心的解決辦法是chiplet小芯片，一塊芯片上就放8個核心（Zen2是4個核心），需要多核心，我就把多塊小芯片封裝到一個基板上面，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，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，得專門設計一個28核心的架構，測試流片，成本極高。

而AMD用小芯片，理論性能弱一點，但是從筆記本電腦到PC到服務器，只要測試生產一種核心就夠了。高端產品只要封裝多個核心，也有高性能，價格就便宜多了。

英特爾一看，當然也就學乖了，它在今年底發(fā)布代號Sapphire Rapids的第四代可擴展至強，用10nm Enhanced SuperFin制造工藝，Golden Cove CPU架構，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，提升良率)，集成最多64GB HBM2e高帶寬內存，支持最多8通道DDR5-4800、80條PCIe 5.0，熱設計功耗最高400W，接口換成新的LGA4677-X。

所以，未來一段時間，我們看到的高性能處理器，都會走chiplet小芯片技術，在基板上堆小芯片，甚至把內存也堆上去，提升性能，降低成本。

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