AMD Zen2架构解析：采用7nm工艺加持 吞吐量翻倍

   2年前，AMD的第一代Zen架构处理器取得了空前成功，成功打了一个翻身杖。而在今年，AMD还将其优化为Zen+增强版，并有同样优化的12nm（Zen是14nm）工艺辅助。而现在，我们终于迎来了全新的第二代架构——Zen 2。并且，AMD将工艺近一步提升为了7nm！

   AMD原计划采用GlobalFoundries 7nm为自家新CPU、GPU代工，但后者已经放弃7nm及后续工艺，好在还有天字一号代工厂台积电，AMD 7nm CPU、GPU全都转移了过去，而且目前看起来很顺利，无论产品设计还是路线图都在按计划进行。

   根据台积电提供的数据，7nm相比于目前的14/12nm可以将晶体管密度提高一倍，同等频率下功耗可以降低一半，而同等功耗下性能提升可以超过25％。

   如果说12nm更多地是在“数字”上领先Intel 14nm，这一次7nm则是在技术上完全实现超越，也能稍微领先Intel仍在难产的10nm。

   更先进的制造工艺一直是Intel最强有力的武器，但这次竟然被AMD完全超越，实在是令人唏嘘，即便是Intel一再强调自己的10nm相当于其他家的7nm也无济于事，毕竟人家的产品马上就要出来了。

   回到Zen 2，这是世界上第一个7nm工艺的高性能x86 CPU，除了新工艺主要变化包括：CPU核心执行增强、更深入的安全增强、模块化设计灵活配置并降低制造难度。

   Zen 2实现了两倍于第一代的吞吐能力，这主要得益于执行流水下的改进、浮点单元和载入存储单元的翻番、核心密度的翻番、每操作功耗的减半。

   在前端设计上，Zen 2重点改进和优化了分支预测、指令预取、指令缓存、操作缓存。

   而在浮点方面，Zen 2将浮点宽度翻了一番达到256-bit，载入存储带宽同样翻了一番，并提升了分发/回退带宽，所有模块都保持着很高的吞吐。

   安全性方面，AMD重点强调了新架构可以在硬件层面免疫Spectre幽灵安全漏洞。

   Zen 2架构支持更多核心，但并不是单纯地增加核心数量，而是采用了特殊的组合结构：EPYC霄龙最多单路64核心128线程，分为八个Die，每个Die内八个物理核心，同时外部还有一个单独的I/O Die，集成内存控制器、Infinity Fabric高速总线、I/O输入输出，专门负责联络各个Die与物理核心。

   这种新的模块化设计更加灵活，可以单独针对每个模块进行优化、调配，同时借助I/O Die大大优化了整体延迟与功耗。

   不过注意，CPU Die部分用的是7nm工艺， I/O Die部分则还是14nm，因为后者大部分都是模拟电路，对新工艺并不敏感，即便上了7nm也不会带来集成度、性能、功耗的明显改善，成本却会明显增加，所以采用了这种混合工艺模块组合。

   事实上，Intel也正在同一颗芯片内尝试不同工艺的组合，都是出于同样的目的。

   以上说的都是Zen 2架构的理论部分，最终落实到EPYC霄龙、Ryzen锐龙产品上，还会有不同的表现，但可以预料，新架构新工艺，必然会带来明显更高的频率、更低的功耗，而且无论桌面还是服务器，AMD这几年都会保持前后代兼容。

   AMD还首次确认，Zen 4架构已经在设计中，将在7nm+ Zen 3之后面世，时间上估计至少会在2021年。