上个月，Mercury Research公布了2021年第一季度的x86 CPU市场份额，AMD在服务器市场获得了自2006年以来最高的单季增长率——2006年第二季度，AMD以26.2%的（x86）服务器CPU市场份额达到了历史上的最高点。

有国外媒体分析，按照目前的增长趋势，大约只需要一年的时间，AMD可以重新达到25%左右的（x86服务器CPU）市场份额。

三代EPYC，延续创新

15年前的x86处理器在服务器市场上，远没有今天这么强的统治力。但正是当年AMD Opteron引领的技术转型，包括但不限于64位（AMD64）、多核、集成内存控制器……为x86 CPU战胜服务器市场上的众多强敌，打下了坚实的基础。

Opteron不仅助力美国互联网巨头们的数据中心发展，还见证了云计算的崛起——AWS赖以发家的S3（Simple Storage Service，简单存储服务）和EC2（Elastic Compute Cloud，弹性计算云），正是在2006年先后推出的。

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以EPYC重回服务器市场之后，统治全球和中国公有云市场的七大巨头，都已经是AMD的用户。预计在2021年内，基于EPYC处理器的云计算实例，类型将达到400个以上，大约是第三代EPYC推出之前的两倍。

自新冠疫情以来，像云计算一样把分散于各地的人们联结起来的热门应用，如腾讯会议、Zoom、微软Teams等，也构建于AMD EPYC CPU之上。其中，历史最短的腾讯会议，在2020年春节过后迅速崛起，离不开腾讯云星星海SA2云服务器在8天内增加100万核的扩容支持，第二代EPYC处理器“核多任性”的优势展露无遗。作为腾讯云首款自研服务器，星星海SA2服务器一战成名。原本，“星星海”只是腾讯云自研服务器中AMD产品线的代号，在2020年的高光表现之后，现在已升级为腾讯云自研服务器的对外品牌。

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EPYC家族继承了Opteron的创新精神，在架构上不断演进、完善，提高单核和多核的计算能力。

L3 Cache一体，CCD性能提升

为了在制程工艺进步放缓的大背景下，让CPU拥有更强的核芯和更多的核芯数，同时提高制造的良率、降低成本，EPYC系列采用了多die组合的模块化设计。

从代号Naples的第一代EPYC，到代号Rome的第二代EPYC，架构上最大的变化是从4个同构的14nm CCD（Core Complex Die），变成8个7nm CCD环绕居中14nm IOD（I/O Die）的“8+1”异构布局：CCD增加一倍，所以核芯数从32到64；每CCD的L3 Cache（三级缓存）也增加一倍，所以总的L3 Cache从64MB跃升至256MB。

今年3月，AMD发布代号Milan的第三代EPYC（7003系列），继承了上一代8个CCD和1个IOD的Chiplet（小芯片）设计，主要的变化发生在CCD内部。

首先，CPU核芯更为强大，通过Load/Store、前端、微操作Cache、分支预测、执行引擎、Cache预取等多个环节的累积改进，每时钟周期指令（Instruction Per Clock，IPC）的性能提升达到19%。

其次，CCD更像一个整体了，为什么这么说呢？

前两代EPYC处理器，每个CCD都由2个CCX（Core Complex，核芯复合体）组成，每个CCX包括4个核芯及其共享的8MB（7001系列）或16MB（7002系列）L3 Cache。2个CCX之间通过片上的Infinity Fabric（IF On-Package，IFOP）互连，跨CCX访问L3 Cache会增加时延（latency），不利于有大量数据需要在更多核芯之间共享的应用。

EPYC 7003系列消除了CCD内部的壁垒（用某位AMD员工的话说就是“打通了隔断”），直接将CCX扩展到8个核芯，CCD（≈ CCX）内部的32MB L3 Cache形成一个整体，每个核芯直接访问的L3 Cache倍增，加速了核芯与L3 Cache的通信，可以有效降低内存延迟。

在TDP（Thermal Design Power，热设计功耗）不变的条件下，EPYC 7003系列的CPU加速频率比EPYC 7002系列有5～10%的提升；为单核性能优化的高频型号从24核扩展到32核，TDP也达到顶级的280W。

伴随着EPYC 7003系列的发布，腾讯云推出了基于自研星星海服务器的SA3实例。在SA2这代，腾讯云选择的48核定制款第二代EPYC处理器，基频（Base Frequency）达到2.6GHz，明显高于公开发售的48核型号（2.2～2.3GHz）；SA3升级到64核第三代EPYC处理器，最大实例规格从SA2的180 vCPU、464GB内存提高到232 vCPU、940GB内存，分别提高近30%和一倍，可见腾讯云对其寄予的厚望。

根据腾讯云官网的数据整理的SA3与SA2实例对比，可以看到SA3在主频基本保持不变的情况下，多了很多高规格实例，总的实例数量增加近50%

高性能计算（High Performance Computing，HPC）是计算皇冠上的明珠，也是AMD重点发力的领域之一。在2020年11月公布的TOP500榜单中，两套基于AMD EPYC 7002系列CPU的超算系统名列前10，代号Milan的EPYC 7003系列能创下怎样的佳绩呢？

3D V-Cache，再上层楼

本月初在Computex的主题演讲上，AMD CEO苏姿丰（Lisa Su）介绍了与台积电在3D封装技术上的合作，将Chiplet封装技术与芯片堆叠技术相结合，开发出3D芯片堆叠技术，实现3D V-Cache（3D垂直缓存）。展示的原型设计基于与EPYC 7003系列同样采用Zen 3架构的Ryzen 5000系列处理器，通过在一个CCD上方直接堆叠一个64MB的7nm SRAM，将L3 Cache容量原地增加2倍，达到96MB。3D缓存直接与Zen 3的CCD结合，通过硅通孔（Through Silicon Via，TSV）在堆叠的芯片间传递信号和电能，支持超过2TB/s的带宽。

3D V-Cache真是直接在CCD的L3 Cache上方“盖楼”，两边核芯所在区域上方用结构硅填平。不难想见，这种3D Chiplet技术还有进一步的发展空间

采用这种混合结合的方法，TSV技术能够提供的互连密度是2D Chiplet的200多倍，是其他3D堆叠方案的15倍以上。不仅集成效率更高、密度更大，Die之间的接口采用铜到铜的直接结合，没有任何形式的焊接凸点，极大的改善了热设计、晶体管密度和互连间距，而且单位信号的能耗只有微凸点3D法的三分之一。

这个技术如果应用于EPYC 7003系列，每CPU最大L3 Cache容量将达到768MB，对访存密集型应用是重大利好。苏姿丰表示，3D V-Cache将于今年年底前投入生产。

无独有偶，AMD与HPE旗下Cray合作的E级超算系统“Frontier”也将在今年晚些时候安装。据猜测，这套算力达到1.5 exaflops的超级计算机将采用定制的Milan芯片，核芯与EPYC 7003系列相同，但是改用新的I/O和内存芯片（IOD？），如果能加上3D V-Cache，无疑是如虎添翼。

三重安全，SEV保障

除了性能之外，当代以及未来数据中心越来越关注安全，不管是公有云，还是企业内部私有云，用户都希望获得更高级别的安全隔离，或者更高等级的敏感数据保护。

在发布第一代EPYC处理器的时候，AMD就将数据安全问题提升到极高的层次，在EPYC处理器中有一颗专用于安全的芯片，因为其硬件安全特性，比如分页架构保护，可防范Meltdown（熔断）、Foreshadow（预兆）及其变种等漏洞造成的数据泄露风险。

从Naples到Rome，再到现在的Milan，AMD不断在EPYC处理器设计了诸多防范功能，比如信任根、能够完全透明、用户无感知地进行直接内存加密；当用户将EPYC用以支撑虚拟化环境，并创建应用之后，虚拟机与虚拟机之间实现内存页表加密之后，能够极好地防范黑客攻击或非授权访问。这也是在云或虚拟化环境中，用户对安全性的一大诉求。

在Milan上市时，AMD就宣布系统安全性也是Zen 3架构中调整最大的部分，可以保证用户数据的安全性，确保系统的安全可用。

具体来说，Zen 3架构对SEV进行改进，限制中断的注入，限制恶意管理程序注入SEV-ES访客中断/异常类型，能够将调试寄存器添加到交换状态中。

另外，Zen 3架构还新引入了SNP安全嵌套分页，在现有SEV-ES对虚机（VM）内存和虚机寄存器进行加密保密的基础上，增加了系统完整性保护，防止恶意管理程序通过重放、损坏、重新映射进行攻击。

Zen 3架构提供的CET Shadow Stack（CET影子栈），以此来防止ROP编程攻击，更好地确保系统安全性。Zen 3架构持续运用了AMD在安全处理器核心上的设计，把安全处理器集成到IO die上。同时，为密钥生成、密钥管理提供了加密功能，并通过启用硬件验证实现了以硬件信任更为基础的平台安全。

当然，优秀的处理器还需要全面的生态系统支持才能发挥出更重要的作用，基于性能强劲的EPYC处理器，AMD加速构建了一个全面的生态系统，涵盖了硬件、平台、操作系统以及应用等多个领域。这两年，AMD加快与ISV合作伙伴的合作，通过与生态伙伴共同构建基于场景的解决方案，现在随着第三代EPYC处理器的推出，AMD的可用解决方案数量增加了一倍以上，让目标市场、终端用户内获得更高计算效能，帮助利用最新的技术，实现追求极致的业务回报。

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