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淺談AMD執行緒撕裂者在高效能計算方面的優勢

從AMD推出執行緒撕裂者處理器的那一刻,便開始向多核心、高主頻、高快取漸入人們的視野。但在新撕裂者PRO處理器方面,AMD定義為工作站處理器。上升了一個級別,這意味著什麼?

筆者個人的理解或許比較片面,但我感覺這是一次質級飛躍。要想說清楚這個問題,我想先從說軟體定義儲存開始聊起,眾所周知,軟體定義儲存,是將軟體和硬體分離,可根據需求擴充套件儲存業務,不需要一味單純的增添硬體,有時候可能還會採用硬體降級的方式,這也大大增加了使用靈活性。帶來的好處包括簡化管理成本、易於維護、高靈活可擴充套件等等。

同樣,在X86架構處理器環境中,可以認為是軟體帶動了硬體發展,同樣CPU效能的提升,也帶動了軟體發展。舉個最簡單的例子:我們早期在用QQ的時候,安裝包非常小,但近些年,動輒百十來兆的軟體比比皆是,為什麼會有這種情況呢?膚淺的講,分析原因大致為:CPU的工藝水平隨著摩爾定律越來越高,可以在有限的單位體積內挖出更多的電晶體,電晶體數量的上升,帶來的是處理器執行效率的提高,軟體廠商深知這一點,不斷的增加他們軟體的自身功能,來壓榨處理器的效能。而處理器不像SDS(軟體定義儲存),節省成本體現在時間軸這個座標上,透過更高效的算力和精度,來達到節省處理時間的目的,兩者邏輯幾乎一致。

普通消費者在做一些日常辦公或娛樂的時候,幾乎所有在售處理器都可以滿足流暢的感官體驗。但我們有很多用於大型科研專案,處理器的算力通常不夠用,例如在數學計算的時候,並不是所有的方程都可以馬上算出結果,伴隨著要透過推算、反演等應用案例時,即便7nm時代頂尖處理器,一個任務跑完,也需要若干小時,甚至是若干天。這倒是好理解,一顆處理器,是由無陣列與或非門結合構成的,與或非門透過高低電平實現通斷,計算機得到1、0高低電平,用這兩個電平實現二進位制,這也是常常聽到的浮點計算的基礎概念之一。布林代數法作為邏輯運算集,可以以超高速方式執行,為我們現在用的二進位制計算機提供了非常重要的理論基礎。

淺談AMD執行緒撕裂者在高效能計算方面的優勢


與門、或門、非門

門或者說電晶體是最基礎的電子元件,無數細小的門疊加在一起,便形成了CPU。那麼在數學計算中簡單的加減乘除顯然是不夠的,但複雜的方程式往往最終還是會歸結於簡單原始的計算方法,浮點計算是對實數近似值的具體表現方法,這個實數由一個整數和尾數乘以基數的整數次冪得到具體結果,我們用越穩定的電壓給到電晶體,得到的結果便越來越趨向精準。

上邊囉嗦一大堆廢話,要闡述一個觀點:CPU的電晶體數量、電壓穩定等級、基礎邏輯演算法、單位週期等,才是CPU效能的體現。當然,包括暫存器等等,涵蓋的內容過於寬泛,我們一語帶過。

目前市面上的X86 CPU,無論是家用處理器、行動式處理器或是伺服器處理器,多核心、高主頻、高快取,幾乎無法魚熊兼備,家用處理器在高主頻方面有著優勢,設計無法達到7*24;伺服器處理器7*24是兼備到了,但為了穩定,大多數犧牲了高主頻。反觀我們淺談的執行緒撕裂者PRO,無論從設計之初,AMD定義為工作站級別,可以經受持續高頻計算,也可做到多核心多執行緒,這一點在很多影視後期製作公司得到了非常多寶貴的經驗。

我們本著“不要臉”的拿來主義,從影視後期公司的經驗中,移植到科學計算方面,例如在泛函理論量子力學的贗勢-平面波演算法時,這是一種假設方法,透過假設推斷全勢演算法的反饋精準程度,透過VASP軟體得到:浮點計算能力高達每秒2.1萬億次雙精度效能。

再例如,已有PWMatt軟體中,透過CUDA加速,能夠在Mstation上實現4000電子體系以上規模的模擬計算,約為對手6226R*2的6倍。這套計算方法結合了第一性原理,也就是說將計算過程縮至最簡最優,利用平面波基組和贗勢演算法進行的電子結構計算、分子動力模擬。

當然,我們近期測試的內容還包含了結構力學、流體力學等需要大規模計算的專案,成績都非常令人驚喜。

從匹配的主機板方面,執行緒撕裂者PRO對應的AMD WRX80晶片組不但擁有豐富的I/O,更多的版型加入BMC管理,應用到小叢集中,運維相對更加得心應手。

淺談AMD執行緒撕裂者在高效能計算方面的優勢


技嘉WRX80結構圖

淺談AMD執行緒撕裂者在高效能計算方面的優勢


超微WRX80結構圖

淺談AMD執行緒撕裂者在高效能計算方面的優勢

除了上面正在積極測試的專案以外,我們也在AMD官網的工作站處理器頁面,看到目前已經實測過的成熟案例:

淺談AMD執行緒撕裂者在高效能計算方面的優勢


適用於軟體開發

淺談AMD執行緒撕裂者在高效能計算方面的優勢


適用於資料科學

淺談AMD執行緒撕裂者在高效能計算方面的優勢


適用於3D建模與設計

淺談AMD執行緒撕裂者在高效能計算方面的優勢


適用於建築設計及視覺化

淺談AMD執行緒撕裂者在高效能計算方面的優勢


適用於最佳化製造工藝

淺談AMD執行緒撕裂者在高效能計算方面的優勢


適用於渲染

淺談AMD執行緒撕裂者在高效能計算方面的優勢


適用於影視後期製作

淺談AMD執行緒撕裂者在高效能計算方面的優勢


適用於VR/AR

這些行業客戶的開拓,越來越多的使用者體會到AMD的價值,還是在前文中我想表達的:以節省時間為軸,降低成本,實現高效高質生產。

淺談AMD執行緒撕裂者在高效能計算方面的優勢


執行緒撕裂者

淺談AMD執行緒撕裂者在高效能計算方面的優勢


EPYC 米蘭

淺談AMD執行緒撕裂者在高效能計算方面的優勢


EPYC 米蘭

執行緒撕裂者、執行緒撕裂者PRO和EPYC羅馬、米蘭同屬7nm工藝ZEN架構,同樣擁有4094管腳數量,CPU DIE的設計也近乎一致,雖然一個偏工作站,另一個偏伺服器,兩者的使用方向和場景同樣非常相近。上一代撕裂者的記憶體呼叫方式方面,前代撕裂者是2個CCD共用一條記憶體通道,所有訪問頻寬透過其相鄰的核去呼叫,因為頻寬限制,訪問記憶體時會產生延遲。新撕裂者的設計思路為減少記憶體訪問的延時,增加了1個I/O DIE,所有CCD都可以獨立訪問記憶體,也就提高了訪問速率。

目前也有不少媒體給出了下一代撕裂者的猜想,理論邏輯密度得到進一步提升,臺積電由N7升級至N5等等,我們靜觀其變。

結語:AMD是以技術為導向的Fabless,輕工廠、重技術,這樣做的好處是可以大大增加研發成本,而降低生產成本,打造出更強大、更貼近使用者需要的處理器。AMD近些年不僅僅在製程工藝方面快速崛起,同時也在其他領域突飛猛進,筆記本移動處理器、GPU、APU都有軟體適配團隊、調優團隊的積極配合,相信在蘇媽的帶領下,AMD會越來越強大。

文中有些表達可能不正確,或用詞不恰當,請看官多多理解與包涵。

分類: 教育
時間: 2022-01-12

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