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8,34 Milliarden Transistoren: Ein Rome-IOD zeigt seine Details

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matisse-ccd-dieMit dem Chiplet-Design der aktuellen Ryzen-, Ryzen-Threadripper- und EPYC-Prozessoren ist es AMD zusammen mit einer stetigen Weiterentwicklung der µArchitektur gelungen in fast allen Bereichen wieder ein echter Gegenspieler zum Konkurrenten Intel zu sein. Bereits mehrfach hatten wir über die Details des Designs berichtet. So haben wir uns die CCDs und IODs der neuen Ryzen-Prozessoren in detailreichen Chipshots bereits angeschaut. Auch die Komplexität der Chips wird in Anbetracht von Milliarden von Transistoren auf ein paar hundert Quadratmillimetern erst dann deutlich, wenn man einen genaueren Blick darauf wirft.

Unser Forenmitglied OC_Burner ist meist der Lieferant solcher Chip- oder Dieshots und hat sich nun ein Engineering Sample eines aktuellen EPYC-Prozessores besorgt und diesen unter das Mikroskop gelegt. Zunächst einmal hat er sich auf eine Durchleuchtung mittels Nahinfrarotlicht beschränkt, denn schon dann gibt das Silizium, welches für solche Wellenlänge teilweise transparent ist, erste Details preis. Wie gesagt, die CCDs und IODs der neuen Ryzen-Prozessoren kennen wir bereits. Noch keinen Blick konnten wir allerdings auf den IOD eines EPYC-Prozessors werfen. Nun schon:

Die CCDs, also die Chips in denen sich die CPU-Kerne und die Caches befinden, sind alle gleich. Für die CCDs der Matisse- (Ryzen) und Rome-Prozessoren (EPYC) gilt eine Chipfläche von 74 mm² bei 3,9 Milliarden Transistoren. Die IODs unterscheiden sich allerdings. Ein IOD eines Ryzen-Prozessors kommt auf 2,09 Milliarden Transistoren bei einer Fläche von 125 mm². Der IOD eines EYPC- und bald auch Ryzen-Threadripper-Prozessors bringt es auf 416 mm² und 8,34 Milliarden Transistoren – ist also gut viel mal so groß.

Vergleich der Fertigung, Größe und Anzahl der Transistoren
  Die-Größe Transistoren
Zen (Zeppelin) 212 mm² 4,8 Milliarden
Zen+ (Zeppelin) 212 mm² 4,8 Milliarden
CCD (Matisse & Rome) 74 mm² 3,9 Milliarden
IOD (Matisse) 125 mm² 2,09 Milliarden
IOD (Rome) 416 mm² 8,34 Milliarden
Matisse insgesamt: 2x CCD + IOD

273 mm²

9,89 Milliarden
Rome insgesamt: 8x CCD + IOD 1.008 mm² 39,54 Milliarden

Doch nun zu den weiteren Details, die erkennbar sind:

Der Twitter-Nutzer @Locuza hat sich den IOD schon einmal genauer angeschaut und ist dabei auf Strukturen gestoßen, die wir schon von den IODs der Ryzen-Prozessoren kennen. Obiges Bild zeigt den IOD für die Client-Prozessoren, der einmal neben bzw. auf den IOD der aktuellen EPYC-Prozessoren gelegt wurde. Die türkisen Strukturen finden sich als als dunkelblau eingefärbte Bereiche mehrfach wieder.

Der mittlere Bereich des IODs besteht vermutlich hauptsächlich aus SRAM und einem Crossbar-Switch, bzw. nicht jedes Detail lässt sich hier auf die Schnelle zuordnen. In den Randbereichen ist dies hingegen recht einfach möglich. So sehen wir lila eingefärbt die acht DDR4-Speicherinterfaces. Gelb eingefärbt zu erkennen sind die PCI-Express-4.0-Controller mit ihren ingesamt 128 + 4 PCI-Express-Lanes. Die türkis eingefärbten Bereiche gehören zum GMI (Global Memory Interconnect). Jeder dieser Komponenten stellt den Interconnect zu jeweils einem CCD des EPYC-Prozessors her. Für die auf Zen basierten Prozessoren bezeichnet AMD diesen Interconnect als Infinity Fabric (IF).

Mit 8,34 Milliarden Transistoren besitzt der IOD eines EPYC-Prozessors in etwa so viele Transistoren wie ein XCC-Die eines aktuellen Intel-Prozessors – zum Beispiel ein Intel Xeon 8280 auf Basis von Cascade Lake-SP. Hinzu kommen dann noch acht CCDs mit den eigentlichen Rechenkernen. Bei den EPYC- und Ryzen-Threadripper-Prozessoren sind immer acht CCDs verbaut, aber je nach Modell nicht immer alle aktiv. Durch das Chiplet-Design wird AMD allerdings in die Lage versetzt solche komplexe Strukturen in gewisser Weise aufzuteilen und kann dies über kleine Desktop-Prozessoren bis zu den Serverprozessoren entsprechend hochskalieren.

Mehr Die-Shots von OC_Burner gibt es in seinem Flickr-Fotostream.