Uwaga całego IT skupiona na AMD. To epycki nokaut

Na początku chodziło o wizerunek. Wstyd było dużej korporacji nie prowadzić działań mających zmniejszyć emisję gazów cieplarnianych, czy nie wykorzystywać swoich środków do innej formy odnawiania środowiska. Z czasem zamieniło się to w politykę: realne zachęty finansowe (i sankcje karne) promujące firmy proekologiczne skłaniały do wprowadzania stosownych reform w działalności. Dziś jest to już pragmatyzm: energia staje się coraz droższa, więc korporacje jak tylko mogą szukają tanich i odnawialnych jej źródeł. A także próbują redukować jej zużycie jak tylko to możliwe.

Czytaj też:

Powyższy akapit jest prawdopodobnie oczywisty dla większości czytelników. Cywilizacja ludzi ma ekologiczno-polityczno-energetyczny problem, który w razie zaniedbania może doprowadzić do globalnej katastrofy. W tym, w ujęciu krótkoterminowym, do bankructwa licznych przedsiębiorstw. Między innymi z uwagi na rosnące ceny energii i brak skutecznej strategii na redukowanie tych kosztów. Nic więc dziwnego, że każde nowe rozwiązanie, które jest sprawniejsze energetycznie od poprzednika, z miejsca rodzi zainteresowanie.

Według danych z czerwca bieżącego roku centra danych konsumują rocznie około 400 terawatogodzin, co stanowi 2 proc. światowej konsumpcji elektryczności. Serwery odpowiadają też za 3 proc. rocznego śladu węglowego, czyli za tyle samo, co cała branża lotnicza. Centra danych to tkanka nowoczesnej informatyki. To za ich sprawą funkcjonują popularne usługi online i aplikacje konsumenckie. Stanowią one także fundament działalności niemal każdej większej firmy. Każde włączenie piosenki na Spotify to komunikacja z centrum danych. Każdy post na Instagramie pochodzi z centrum danych. Nawet niniejszy artykuł jest generowany przez centrum danych partnera Spider’s Web.

Wykorzystanie centrów i popyt na nie będzie wyłącznie rosnąć. To oznacza, że pracować będzie coraz więcej i więcej układów scalonych, oferujących możliwość obsłużenia coraz większej liczby użytkowników przy coraz wyższym standardzie - ale konsumujących coraz więcej coraz droższej energii. To zaczyna być problemem, na którego rozwiązanie nie mamy zbyt wiele czasu.

Branża serwerowa zaczęła romansować z procesorami o architekturze ARM. Stosowane w niemal wszystkich telefonach i tabletach chipy ARM w istocie cechują się najlepszą w branży sprawnością energetyczną. Problem w tym, że ARM zapewnia inne wyzwania, nie tylko związane z brakiem zgodności z powszechną w branży architekturą x86. I poza imponującym superkomputerem Fugaku, dominującym w stosownych rankingach, ARM funkcjonuje raczej w chmurowej niszy i na razie ma niewielkie szanse na przejście do mainstreamu.

AMD Epyc czwartej generacji jest układem bardzo unikalnym na rynku chipów serwerowych, ale o dziwo jego budowa ani architektura nie są szczególnie zaskakujące. Jest to bowiem owoc bardzo szerokiej strategii, pod którą przez ostatnie lata firma szykowała grunt i która obejmuje zarówno układy konsumenckie i do przetwarzania lokalnego, jak i te serwerowe. Jej najważniejszym elementem prawdopodobnie jest proces technologiczny. Po pierwsze, za sprawą współpracy z firmą AMD, znacznie precyzyjniejszy (5 nm) od tego, którym się posługuje rynkowy lider, jakim jest Intel. Po drugie, za sprawą chipletowej konstrukcji, która zapewnia AMD unikalną przewagę w formie możliwości relatywnie łatwego przeprojektowywania układu scalonego pod klienta z konkretnymi potrzebami.

Jaki jest sales pitch, czyli największy argument mający przekonać klientów do procesorów AMD? Najlepszą ilustracją jest powyższe zdjęcie z prezentacji dr Lisy Su, prezes AMD, której Spider’s Web miał okazję wysłuchać. Układy Epyc czwartej generacji są nie tylko szybsze od tych poprzedniej generacji oraz od odpowiadających im mniej więcej cenowo konkurentów. Są przede wszystkim znacznie sprawniejsze energetycznie. Według obietnic AMD postawienie na Epyc 4 to mniejsza liczba szybszych i zużywających mniej energii serwerów niż rozwiązanie budowane na chipach konkurencji.

Gdy osiem lat temu dr Lisa Su obejmowała rolę prezesa AMD, firma była w opłakanym stanie. Dziś walczy o pozycję lidera w niemal wszystkich segmentach rynkowych, na których d`ziała. Swoje ponowne narodziny AMD zawdzięcza w dużej mierze wizji swojej błyskotliwej, nowej prezes. Jedną z ważniejszych decyzji dr Su było całkowite zaniechanie samodzielnej produkcji układów scalonych.

Redukcja AMD do roli niemalże biura projektowego była bez wątpienia ryzykowna. Firma stała się bowiem zdana na łaskę partnerów zajmujących się produkcją układów scalonych. To jednak sprawiło, że firma nie tylko zrzuciła balast obowiązków związanych z utrzymaniem i rozwojem fabryk i procesów technologicznych, ale także na dodatek zapewniła jej stały dostęp do tych najnowocześniejszych.

Podczas gdy największy konkurent na rynku procesorów, firma Intel, nadal produkuje swoje procesory w 10-nanometrowym procesie technologicznym SuperFIN, AMD korzysta z procesów technologicznych i fabryk firmy TSMC, aktualnie oferujących proces 5 nm. Im precyzyjniejszy proces, tym więcej tranzystorów można zmieścić na danej powierzchni. Im wyższa gęstość tranzystorów, tym zazwyczaj wyższa sprawność energetyczna. Co przekłada się albo na wyższą wydajność, albo na niższe zużycie energii, albo na korzystniejszy kompromis pomiędzy oboma.

Nie jest niczym nowym fakt, że producenci i projektanci procesorów, chcąc uprościć produkcję i zwiększyć atrakcyjność cenową produktów, wykorzystują te same fundamenty chipów, modyfikując je pod różne zastosowania. Serwerowy Intel Xeon ma wiele wspólnego z Intel Core, dlatego też nie powinno nikogo dziwić, że AMD Epyc łączy wiele z AMD Ryzen.

Tym niemniej teraz jasno zaczyna być widoczny wielki technologiczny plan AMD, pozwalający do każdej rodziny procesorów dodawać nowe moduły tak szybko, jak tylko ma to sens. Podobnie jak serca PlayStation 5, laptopów z Ryzenem czy stacji roboczych z Threadripperem, również i sercem Epyców jest schemat Zen, aktualnie w swojej czwartej rewizji. Podobnie jak Ryzeny, również i Epyci są produkowane na tych samych, 5-nanometrowych liniach produkcyjnych. I z dokładnie tych samych względów zaczynają oferować parametry operacyjne, które u odpowiedników od Intela przestają być możliwe. Całość domyka wspomniana chipletowa konstrukcja, czyli duże ułatwienie projektowe, pozwalające na szybkie wdrożenie innowacji z jednej linii projektowej do drugiej.

Innymi słowy, Epyc może dziedziczyć zalety Ryzena, a Ryzen Epyca. Usprawnienia w chipach dla graczy mogą mieć, jeśli ma to sens, błyskawiczne przełożenie w chipach dla racków stanowiących budulec centrów danych. I odwrotnie, jeśli tylko ma to inżynieryjny bądź ekonomiczny sens. Widać to w najnowszych Epycach.

AMD przez pewien czas wręcz było nieobecne na niezwykle lukratywnym rynku chipów serwerowych. Intel go z niego skutecznie wykurzył, między innymi za sprawą znacznie większej mocy produkcyjnej, ale też z uwagi na fakt, że chipy AMD Opetron do najbardziej konkurencyjnych nie należały. Firma przez wiele lat ów rynek ignorowała, będąc prawdopodobnie zbyt słabą, by móc wprowadzić do niego cokolwiek sensownego.

Ignorowanie tego rynku to jednak w dzisiejszych czasach skazywanie się na agonię. To w centrach danych są największe pieniądze i to właśnie na tych klientach firmy takie jak Intel czy Nvidia budują swoją przyszłość. Bez pieniędzy z tego rynku było tylko kwestią czasu, kiedy AMD straciłoby możliwość rywalizacji na rynku konsumenckim. Prezes Su z pewnością zdawała sobie z tego sprawę. Konsumenckie chipy nowego AMD od samego początku były projektowane z pamięcią, że kiedyś pokrewne im konstrukcje będą pracować w serwerach.

Pierwszym efektem tego planu były mało imponujące układy Epyc 7001. Jednak już w 2019 r. to Epyc 7002 budziły największe zainteresowanie klientów. Nic dziwnego, bowiem były budowane na tych samych nowoczesnych liniach produkcyjnych, co gamingowe chipy AMD - podczas gdy serwerowa oferta Intela nadal była budowana w 14-nanometrowej technologii. Teraz odbyła się premiera układów Epyc czwartej generacji, które niebawem dostępne będą u wiodących dostawców chmur publicznych i w licznych serwerach.

Mówienie tu o rewolucji byłoby stanowczym nadużyciem. Epyc 4 nie oferuje żadnego przełomowego technicznego rozwiązania i korzysta z technologii całkiem nieźle już znanych. Ale przez to, że robi to jako jedyny, deklasuje konkurencję nie tylko tym jak szybko przelicza dane, ale też, o ile mniej zużywa energii i o ile tańsze jest jego odpowiednie schłodzenie.

Nowoczesny proces technologiczny umożliwił AMD i TSMC upakowanie aż 96 rdzeni CPU Zen 4 do jednego układu scalonego, którym towarzyszą fizyczne rdzenie konkretnych zastosowań, w tym chociażby do akceleracji obliczeń związanych z szyfrowaniem danych w ramach technologii AMD Infinity Guard. Układy pracują z pamięcią DDR5 i wykorzystują szynę danych PCIe Gen 5. Zużywają przy tym od 200 W (16-rdzeniowa wersja) do 400 W (96-rdzeniowa) energii.

Dodatkowe usprawnienia to, między innymi, rozszerzona pamięć podręczna, dodatkowy zestaw instrukcji, czy obsługa rozszerzania pamięci przez CXL 1.1+. Lista zmian jest bardzo długa. Liczą się jednak efekty, a AMD zapewniło bardzo szeroki przekrój testów i benchmarków. Większość wyników potwierdza ogólny przekaz: Epyc 4 jest (typowo) 2,8 raza szybszy od odpowiadającego mu Epyca 3 przy (do) 54 proc. zmniejszeniu zużycia energii. Układy dowolnego konkurenta są droższe w zakupie, droższe w utrzymaniu oraz... wolniejsze.

AMD jest nieustannie zależne od swojego chińskiego partnera, co może oznaczać w czasie kryzysu kłopoty innego rodzaju. Wystarczy sobie przypomnieć niedawne problemy z dostępnością konsol PlayStation 5 i Xbox Series X w sklepach. Te częściowo wynikały z niedoborów układów scalonych współprojektowanych przez AMD i produkowanych przez TSMC. Bo TSMC na skutek nadzwyczajnego popytu na układy scalone mogło zdecydować, że pierwszeństwo tym razem ma inny klient. Taki jak Apple, który u TSMC produkuje miliony chipów do iPhone’ów miesięcznie. W razie jakiegokolwiek rynkowego zawirowania AMD traci zdolność zapewniania podaży. Intel, mając własne fabryki i pełną nad nimi kontrolę, to dla dostawców pokroju Oracle Cloud, Google Cloud i Microsoft Azure pewniak. Zawsze wywiąże się z zamówienia.

Tyle że przedstawiciele Microsoftu, Oracle’a i Google’a pojawili się razem na premierze AMD Epyc 4, deklarując rychłą dostępność instancji chmur przez nich operowanych bazujących właśnie na układach AMD. Bo już abstrahując od tych wszystkich szczegółów technicznych i logistycznych, to sprawność energetyczna staje się dziś najbardziej kluczowym z parametrów, czy to w przypadku ogromnych centrów danych, czy też konsumenckich sprzętów domowych. Ekologia, ślad węglowy czy wreszcie tak prozaiczna rzecz, jak rachunek za prąd, stają się dziś jednym z kluczowych kryteriów zakupu. AMD wyraźnie to zrozumiało i jest gotowe tym walczyć na wszystkich frontach, jakie sobie obrało. Na razie, jak widać, skutecznie.