Milan X mit 3D V-Cache: AMDs Epycs werden 50 Prozent schneller

Bis zu 64 Kerne mit 512 MByte zusätzlichem Zwischenpuffer: Die Epyc-CPUs erhalten ein Update mit 3D V-Cache, die Leistung steigt signifikant.

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Epyc alias Milan X mit 3D V-Cache
Epyc alias Milan X mit 3D V-Cache (Bild: AMD)

AMD hat erste Epyc mit 3D V-Cache angekündigt, intern als Milan X bezeichnet. Es handelt sich dabei um Server- und Supercomputer-CPUs, welche einer erweiterte Variante der bisherigen Epyc 7003 (Milan) darstellen. Unter 3D V-Cache versteht AMD einen verdreifachten L3-Puffer, der die Performance bei Cache-lastigen Workloads enorm erhöht.

In dafür ausgelegten Anwendungen wie Ansys Fluent 2021.1 und Ansys CFX 2021.R2 (beides Numerische Strömungsmechanik) sowie Altair Radioss 2021 (allgemeine Numerik) soll die durchschnittliche Leistung um 50 Prozent steigen. In Synopsys VCS, einer Anwendung zur RTL-Verifizierung von Chip-Designs, soll der 3D V-Cache gar bis zu 66 Prozent bringen. Die Milan X sind für das erste Quartal des kommenden Jahres geplant.

Der schnelle Zwischenspeicher wurde im Juni 2021 für die Ryzen-CPUs angekündigt, die Anfang 2022 erscheinen sollen. Weil Desktop- und Server-Prozessoren ein modulares Chiplet-Design verwenden, nutzt AMD diese Basis, um den Ansatz voranzutreiben. Geplant war das Vorgehen von Anfang an, entsprechende Verbindungen sind bei den CPUs längst aufgebracht.

Chiplet-Design mit SRAM-Die on top

Hintergrund ist, dass Epyc wie Ryzen ein zentrales 12-nm-I/O-Die samt DDR4-Speichercontroller sowie PCIe-Gen4-Lanes und multiple 7-nm-Compute-Cache-Dies mit den eigentlichen CPU-Kernen sowie Zwischenpuffer aufweisen. Die CCDs haben acht Cores mit privatem L1/L2-Cache, zudem 32 MByte L3-Cache für alle zusammen. Wie es die Bezeichnung bereits impliziert, wird der 3D V-Cache vertikal auf die Compute-Dies geschichtet.

  • Aufbau des 3D V-Cache (Bild: AMD)
  • Milan X soll bei Numerik durchschnittlich 50 Prozent ... (Bild: AMD)
  • ... und bei RTL-Verifikation gar 66 Prozent schneller rechnen. (Bild: AMD)
Aufbau des 3D V-Cache (Bild: AMD)

Konkret hat AMD ein eigenes 7-nm-Die mit 64 MByte Kapazität entwickelt, welches mittels TSMCs CoW (Chip-on-Wafer) auf den abgeflachten (thinning) CCD gesetzt wird. Die Kontrolllogik des 3D V-Cache sitzt im Compute-Die; überdies erreicht AMD dank optimierten SRAM-Bibliotheken eine sehr hohe Packdichte, weshalb die externen 64 MByte ähnlich kompakt ausfallen wie die internen 32 MByte.

Hierfür setzt der Hersteller auf TSVs: Das steht für Through Silicon Vertical Interconnect Access und beschreibt hauchdünne Metallstäbe, welche Signale und Strom leiten. Diese Durchkontaktierung von 3D V-Cache zu CCDs wird durch eine Kupferschicht statt Micro-Bumps unterstützt, was Vorteile bei Effizienz und Temperatur bringen soll. Links und rechts des Chiplets gibt es "totes" Silizium zur Stabilisierung und zur Vermeidung von Höhenunterschieden.

Da sich der 3D V-Cache über dessen L3-Cache und nicht über den Kernen samt L1/L2 befindet, gäbe es auch keine thermischen Probleme. Weil mehr L3-Hits zu erwarten sind und der DRAM weniger oft angefragt wird, soll die Leistungsaufnahme einer CPU mit 3D V-Cache kaum höher ausfallen als ohne; außerdem gibt es Power Gating. Zur Latenz sagte AMD, dass diese nicht nennenswert schlechter sei als beim internen L3.

Nachtrag vom 9. November 2021, 8:21 Uhr

Zu den ersten Kunden von Milan X gehört Microsoft Azure mit den HBv3-Instanzen für HPC. Wie die hauseigenen Benchmarks zeigen, beschleunigen die CPUs wenig überraschend speicherlimitierte Anwendungen teils extrem. Die relative Performance steigt Microsoft zufolge in HPC-Workloads zwischen 19 und 78 Prozent.

Überdies hat Meta - ehemals Facebook - angekündigt, künftig in seinen Rechenzentren auf die regulären Epyc 7003 zu setzen.

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