На конференции International Solid-State Circuits Conference производители полупроводников традиционно демонстрируют свои достижения за прошедшие несколько лет. AMD прочитала доклад о кристалле Zeppelin. Напомним, что данный кристалл используется во всех современных процессорах в разных стадиях масштабирования: Ryzen, Ryzen Threadripper и Epyc.
Для AMD кристалл Zeppelin - очень важный компонент. На конференции ISSCC были представлены некоторые подробности, часть из них была известна и ранее, но есть и новости. Ключевые спецификации кристалла Zeppelin известны давно: восемь ядер Zen, 4 Мбайт кэша L2 и 16 Мбайт кэша L3. Память подключена через двухканальный интерфейс с поддержкой ECC. На каждый канал памяти поддерживаются два слота DIMM и емкость до 256 Гбайт памяти на канал. Для связи компонентов кристалла используется интерконнект Infinity Fabric.
Все становится более интересным, если рассмотреть несколько кристаллов Zeppelin в многочиповой упаковке. Чтобы соединения внутри упаковки и к внешним компонентам ввода/вывода были как можно более короткими, AMD пришлось располагать отдельные кристаллы на подложке по-разному. Например, два кристалла из четырех в процессоре Epyc развернуты на 180°, чтобы вывести контроллеры памяти DDR.
Интерконнект Infinity Fabric располагается в четырех слоях подложки. AMD разделила интерконнект на IFIS (Infinity Fabric Inter Socket) для подключения упаковки к сокету и IFOP (Infinity Fabric On Package) для подключения компонентов в упаковке. На рентгеновских снимках процессоров Ryzen Threadripper и Epyc, которые были получены Романом Хартунгом под ником "der8auer", подобные диагональные соединения хорошо видны в разных слоях подложки. AMD теперь более подробно пояснила соединения IFIS и IFOP, а также привела их раскладку в подложке.
Преимущества MCM
AMD вновь подчеркнула преимущества упаковки MCM (multi-chip module) по сравнению с одночиповым дизайном. Например, дизайн MCM с 4 кристаллами (Epyc) имеет площадь 852 мм² (4x 213 мм²). Одночиповый дизайн имел бы площадь 777 мм², что позволило бы AMD сэкономить порядка 10% площади.
Но подобная экономия привела бы к 40% увеличению расходов на разработку. По информации AMD, себестоимость 32-ядерного процессора увеличилась бы на 70%, а доля выхода годных кристаллов была бы на 17% меньше. Поэтому для AMD преимущества модульного и масштабируемого дизайна перевешивают недостатки. И дизайн MCM должен раскрыть свой потенциал при производстве процессоров.
AMD также видит преимущества дизайна MCM по гибкости подсистемы питания. AMD может более гибко управлять напряжениями, чем в случае одночипового дизайна. Для каждого ядра AMD указывает точность ±25 мВ при 470 млн. точек измерения в секунду. Архитектура Zen в кристалле Zeppelin и, в целом, в упаковке MCM, оптимизирована под данную структуру, поэтому обеспечивает приличную эффективность.
Поскольку ядра Zeppelin являются основной для всех современных продуктов, AMD показала три-четыре реализации.
Две упаковки 4-Chip (Epyc):
- До 64 ядер
- 128 линий PCI Express
- 2x 8-канальных интерфейсов памяти
- До 2x 200 Вт TDP
Упаковка 4-Chip (Epyc):
- До 32 ядер
- 128 линий PCI Express
- 8-канальный интерфейс памяти
- До 200 Вт TDP
Упаковка 2-Chip sTR4 (Ryzen Threadripper):
- До 16 ядер
- 64 линии PCI Express
- 4-канальный интерфейс памяти
- До 180 Вт TDP
Упаковка 1-Chip AM4 (Ryzen):
- До восьми ядер
- 24 линии PCI Express
- 2-канальный интерфейс памяти
- До 95 Вт TDP
Данный подход в обозримом будущем не изменится. Новое поколение Ryzen на основе Zen+ с небольшими улучшениями уже объявлено, первые процессоры в линейке Ryzen 2000 выйдут в апреле. AMD продолжит выпускать процессоры MCM, хотя меньший техпроцесс Zen 2 позволит увеличить число ядер на кристалле. Но Zen 2 вряд ли появится раньше 2019 года. Впрочем, с процессорами Ryzen Threadripper из линейки 2000 AMD может увеличить число ядер до 24 или даже 32, опираясь на архитектуру Zen+.