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Auf der International Solid-State Circuits Conference zeigen die Halbleiterhersteller ihre Fortschritte der vergangenen Jahre. AMD hat sich in einem Vortrag auf den Zeppelin-Die konzentriert. Dieser kommt in allen aktuellen Prozessoren in unterschiedlichen Ausbaustufen zum Einsatz: Für Ryzen, Ryzen Threadripper und Epyc.
Der Zeppelin-Die ist für AMD also ein extrem wichtiger Baustein. Auf der ISSCC wurde er nun in einigen Details präsentiert, die wir teilweise bereits kennen, die teilweise aber auch neu sind. So kennen wir bereits die Eckdaten des Zeppelin-Die: Acht Zen-Kerne, 4 MB L2-Cache und 16 MB L3-Cache. Der Speicher ist über ein Dual-Channel-Interface mit ECC-Unterstützung angebunden. Pro Channel können zwei DIMM-Steckplätze mit jeweils 256 GB Gesamtspeicher pro Channel angesteuert werden. Über den Infinity Fabric wird ein Interconnect zwischen und innerhalb der Dies hergestellt.
Interessant wird es, wenn es um die Fertigung des Zeppelin-Dies selbst, aber auch des Multi-Chip-Modul-Packages geht. Um die Verbindungen innerhalb des Packages und zu den außerhalb liegenden I/O-Komponenten so kurz wie möglich zu halten, muss AMD die einzelnen Dies in bestimmten Ausrichtungen auf dem Substrat platzieren. So sind zwei der vier Dies eines Epyc-Prozessors um 180 ° gedreht, um die DDR-Speichercontroller entsprechend ausrichten zu können.
Der Infinity Fabric wird in vier Layern innerhalb des Subtrates ausgeführt. AMD teilt hier in den IFIS (Infinity Fabric Inter Socket) für Verbindungen zum Sockel und IFOP (Infinity Fabric On Package) für Verbindungen innerhalb des Packages auf. In den erst kürzlich von Roman Hartung alias "der8auer" gemachten Röntgenaufnahmen eines Ryzen-Threadripper- und Epyc-Prozessors sind diese diagonal verlaufenden Verbindungen in verschiedenen Ebenen im Substrat bereits sichtbar geworden. AMD erläutert die IFIS- und IFOP-Verbindungen nun etwas genauer und gibt das Routing innerhalb des Substrats an.
Vorteile eines MCM noch einmal hochgestrichen
AMD geht im Vortrag auch noch einmal genauer auf die Vorteile eines Multi-Chip-Modul-Packages (MCM) gegenüber eines Single-Chip-Designs ein. So nimmt ein 4-Die-MCM-Design (Epyc) 852 mm² (4x 213 mm²) an Chipfläche ein. Ein Single-Chip-Design hätte es auf 777 mm² gebracht, womit AMD 10 % an Diegröße einsparen hätte können.
Diese Einsparung steht allerdings 40 % höheren Entwicklungskosten gegenüber. Die Kosten für einen 32-Kern-Prozessor wären um 70 % höher gewesen, die Ausbeute der Fertigung um 17 % geringer – so AMDs eigene Zahlen. Für AMD stehen die Vorteile im modularen und damit skalierbaren Design in keinem Verhältnis zu den Risiken und geringen Einsparungen. Das MCM-Design soll seine Vorteile also bereits in der Fertigung voll ausspielen können.
Weitere Vorteile des MCM-Designs sieht AMD zudem in der Flexibilität in der Strom- und Spannungsversorgung. So sei es möglich, die Spannungen genauer anzusteuern, als dies in einem Single-Chip-Design der Fall gewesen wäre. Pro Kern spricht AMD von einer Genauigkeit von +/- 25 mV bei der Spannung mit 470 Millionen Messpunkten pro Sekunde. Aus diesem Umstand bezieht die Zen-Architektur im Zeppelin-Die und letztendlich im Prozessor-Design als MCM auch die recht ordentliche Effizienz.
Da der Zeppelin-Die als Basis aller aktueller Produkte eingesetzt wird, zeigt AMD auch noch einmal die drei bzw. vier Umsetzungen:
Dual 4-Chip Epyc Package (Epyc):
- bis zu 64 Kerne
- 128 PCI-Express-Lanes
- 2x Octa-Channel-Speicherinterface
- bis zu 2x 200 W TDP
4-Chip Epyc Package (Epyc):
- bis zu 32 Kerne
- 128 PCI-Express-Lanes
- Octa-Channel-Speicherinterface
- bis zu 200 W TDP
2-Chip sTR4-Package (Ryzen Threadripper):
- bis zu 16 Kerne
- 64 PCI-Express-Lanes
- Quad-Channel-Speicherinterface
- bis zu 180 W TDP
Single-Chip AM4-Package (Ryzen):
- bis zu acht Kerne
- 24 PCI-Express-Lanes
- Dual-Channel-Speicherinterface
- bis zu 95 W TDP
Bis auf absehbare Zeit wird sich an diesem Ansatz nichts ändern. Die nächste Ryzen-Generation auf Basis von Zen+ mit kleineren Verbesserungen wurde bereits angekündigt und die ersten Prozessoren der Ryzen-2000-Serie sollen im April erscheinen. Das MCM-Design wird AMD also weiter begleiten, wenngleich es durch eine kleinere Fertigung von Zen 2 möglich sein wird, die Anzahl der Kerne zu erhöhen. Dieses Thema wird aber erst für 2019 eine Rolle spielen. Bei den Ryzen-Threadripper-Prozessoren der 2000-Serie wäre aber denkbar, dass AMD die Anzahl der Kerne auf 24 oder gar 32 erhöht – auch schon bei Zen+.