由 dawei 副标题#e#
2019年5月，AMD迎来了自己的50岁生日。在X86这个行业，她只比老大哥Intel小一岁，后者去年迎来了自己的50周岁纪念日。50年来，这两家企业几乎主宰了全球半导体市场的风云变化，基本上Intel占主导地位，而AMD扮演挑战逆袭者的角色。
AMD的最近一次逆袭，还得从5年前更换CEO说起。2014年10月份，即将发布Q2季度财报的AMD公司宣布CEO罗瑞德退位，这个职务将由时任COO的苏姿丰博士（Lisa Su）接任。那时候的她，刚刚加入AMD公司2年而已。
彼时的AMD仍然处于蛰伏阶段。在CPU及GPU领域，AMD的两大对手Intel、NVIDIA已是如日中天，而当时的AMD并没有能足够与之博弈的处理器和显卡产品——如今给AMD带来巨大转机的Zen处理器当时还在开发当中。不过，CEO苏姿丰是标准的女强人，AMD不服输的血性是刻在骨子里的。
刚刚接任CEO没多久，苏姿丰就在接受媒体采访时表态——“我们不会活在Intel阴影下”，这句话不是苏姿丰担任CEO之后AMD才做的，多年来AMD实际上一直在这样做。AMD希望寻求一条不同于Intel的发展之路。
太远的不说，从X86处理器进入64位时代开始，AMD首次在64位指令集上做到了胳膊拧过大腿——大家津津乐道的K8大锤处理器最关键的成功不是架构，而是抢先了64位指令集，如今我们在用的X86_64指令集的名字是AMD64，Intel后来也遵从了这一指令集。
在这之后，AMD在X86处理器发展上一直在走自己的路。2011年，AMD推出了推土机Bulldozer架构，这款处理器的设计思路非常先进，2个整数单元+1个弹性浮点单元的设计迎合了AMD收购ATI之后意图打造的CPU+GPU协同发展的理念，这种模块化设计是X86发展的一个里程碑。
推土机首发桌面8核处理器
再后来，AMD推出了我们今天讨论的主角Zen核心，这一代的处理器架构设计可谓具有突破性的改进，也同时延续了AMD自己的特色。它的问世不但让AMD实现了逆袭，也给AMD打下了未来十年的基础，目前发展到了Zen2，从路线图上看，Zen4架构已经在研发了。
Zen架构实现52% IPC性能提升 模块化设计重出江湖
十年磨一剑，终成大器！2017年3月2日，AMD终于拿出了Zen核心的锐龙处理器，重返高性能处理器市场。Zen架构的到来，给了AMD扭转局势的机会。在K10、推土机两代架构之后，这是AMD再一次冲击X86市场，AMD也多次表态要再现辉煌，夺回失地。
关于第一代Zen架构的改进细节，这里就不一一赘述了。两年前发布的产品在网上已经有大量评测和解析了，我们只提AMD在重新设计了内核、SMT多线程、缓存、Infinity Fabric总线等单元之后，Zen架构实现的目标吧。
AMD之前宣称Zen架构实现了40%以上的IPC提升，不过最终发布时，AMD表示其实际IPC性能提升了52%，远超预期。相比以往的K10、推土机架构有了质的改变，比对手挤牙膏式的架构升级也是天翻地覆的变化。
在上述架构改变中，AMD重新设计的CCX（CPU Complex）架构是最重要的。每个CCX单元有4个CPU核心，每个核心各自有64KB L1 I-Cache（指令缓存）、32KB L1 D-Cache（数据缓存）、512KB L2缓存，L3缓存高达8MB，但是4个核心共享的。
这样4核CPU组合的CCX算是AMD Zen架构的一个模块，在第一代中桌面处理器最多8核16线程，里面是2个CCX单元，二者之间使用Infinity Fabric总线（简称IF总线）连接，而IF总线又是Zen架构的另一个仅次于CCX的创举。
桌面处理器锐龙7 1800X的物理核心如下图所示：
桌面版锐龙7 1800X处理器开盖后的核心
用于服务器版的Naples处理器最多32核64线程，也就是8组CCX单元，分配在4组CCD（Core Chiplet Die）单元中。不过这时候AMD还没有正式用CCD这个命名，直到现在的Zen2架构中才出现这个命名。
服务器版EPYC 32核（Naples）处理器开盖后的核心
桌面版因为最多8核，所以只有1个CCD单元，外面看起来跟原生8核没什么区别，而服务器版是32核，有4组CCD单元，可以更清晰地显示出AMD在Zen（改进型Zen+是一样的架构）的设计思路——那就是模块化。不过，这个模块化跟推土机的模块化不一样，属于创新模块，不是将内核模块，而是将CCD模块化，需要多少核心就配置相应的CCX/CCD核心即可。
摩尔定律放缓 AMD另辟蹊径：Zen2走向混合小芯片设计
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在14nm Zen及改进型的12nm Zen+这两个系列的产品中，AMD解决了高性能处理器的有无问题，52%的IPC性能提升彻底改变了AMD处理器的处境，不过Zen第一代的产品依然谈不上完美，AMD要在新一代的Zen2架构上解决两个问题。
一个问题是继续提升Zen的IPC性能，另一方面则是要继续扩展Zen处理器的并行性，也就是更多的CPU核心。尽管AMD在Zen一代上已经实现了桌面8核、服务器32核，核心数上继续领先，但这还没有达到AMD的目标，要大幅超出才行。
前一个问题要靠继续挖掘Zen架构的潜力，后一个问题就不只是架构设计的问题了。工程实现上难度更大，因为AMD在Zen2架构上要做64核128线程，并首发7nm工艺，将打造迄今为止最强大的X86处理器。
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在友商也只能做到28核的情况下，AMD做64核处理器最挑战的地方是什么？答案很简单，那就是成本，因为摩尔定律在最近几年中已经放缓了，AMD如果继续按照原有的思路做下去，那64核EPYC处理器的成本是难以想象的。
对于这一点，AMD有着清醒的认识，此前AMD CEO苏姿丰在2017年的一次会议中就对比过先进工艺对成本的影响。统一以250mm2的核心来算，45nm节点的成本算作1，32、28nm节点开始提升，20nm节点就变成2倍成本了，到了7nm成本跃升为4倍，未来的5nm更夸张，成本将是之前的5倍。
很显然，在Zen2架构确定要上7nm的时候，如果按照之前的路线走，后果就只有两种——要么造不出来，要么造出来成本极高，因为按照AMD之前估算的那样，如果是原生64核，那么核心面积接近800mm2了， 这几乎是现有193nm ArF光刻机的处理极限，制造难度太大了。
当然，我们现在都知道了Zen2架构不会采用这样的原始方式，因为AMD在这一代X86处理器上用了升级的Chiplets混合小芯片设计，这也是未来处理器的发展方向。它比第一代Zen的小芯片更为高明，让Zen2有了脱胎换骨的变化，以一种更巧妙的方式实现了首款64核128线程X86处理器。
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