让阿里云AnalyticDB提升30%性能 AMD EPYC9004有什么细节值得关注

云计算服务正在成为新时代不可或缺的“水电煤”，“上云”无疑成为实施数字化转型升级的必经之路。但随着云技术发展渐深，企业对于快速提升算力和能效的需求也越来越强劲，导致平台面临的能效、成本、灵活性、安全隐私问题愈发突出。

可以说，如果不对现有的数据中心进行转型，可能会付出高昂的代价，导致需要反复改造和投资，并且会因安全问题而威胁供应链的正常运作。

如今，AMD第四代EPYC系列处理器家族已全面发布，其中的EPYC 9004系列处理器（代号Genoa）是通用计算和企业计算的理想之选，已得到业界广泛采用。这其中，就包括阿里云。

综合性能提升30%：进行真正的数据中心转型

阿里云瑶池旗下汇集了云原生关系型数据库PolarDB、云原生数据仓库AnalyticDB、云原生多模数据库Lindorm等多款核心自研产品，其中云原生数仓AnalyticDB for PostgreSQL就被全新的第四代EPYC提升了30%的综合性能，成功实现数据中心转型。

在此过程中，第四代EPYC主要提供了三方面的能力，使得阿里云的全自研计算引擎及行列混合存储实现性能全面升级：

第一，芯片性能大幅提升。EPYC 9004系列是首个使用5nm工艺的企业级CPU产品，支持高达360W的TDP，最多支持96核心，内存通道数提高50%。这一超强核心数量和工艺下，配合全新设计的Zen 4架构，IPC性能相比上代有着14%的提升，在前端、加载/存储、分支预测、执行引擎和缓存方面均有一定加强，整体架构平均延迟有所降低，同时实现了对AVX-512指令集的支持。

第二，计算能效大幅提升。更高的效率意味着更大的灵活性，EPYC 9004系列可以在更少的服务器下来完成同样工作。在相同的核心数下，新一代服务器比搭载双路64核AMD EPYC 9534和双路64核的AMD EPYC 7763的服务器整数性能提升约24%，浮点性提升约52%。据估算，AMD EPYC解决方案使用的服务器数量减少了89%，功率减少了57%，三年内可节省约516,633千瓦时的电力，相当于每年94英亩森林的碳吸收量。

第三，安全性能大幅提升。AMD EPYC处理器内置 AMD Infinity Guard。它是一整套安全功能，可带来芯片级别的安全防护，能够有效应对各种内部和外部安全威胁，确保数据安全无虞，同时对系统性能的影响微乎其微。

经过测试，采用国际标准TPC-H测试集以及在同等运行环境下，AnalyticDB for PostgreSQL采用AMD EPYC服务器较比常规主流服务器平均性能提升32.7%。

可以说，实现这样的成绩，阿里云对数据库内核的优化和强大的处理器加持，二者缺一不可。

EPYC 9004:不只是代号上的变化

对于EPYC Genoa，AMD采用EPYC 9004作为系列的基础代号，或原始命名。这串数字背后代表着什么？

第一位代表产品系列，AMD的前三代产品使用了EPYC 7001、EPYC 7002和EPYC 7003的代号。在第四代EPYC处理器上，AMD改用了EPYC 9004作为产品基础代号，以突出这一代产品的革命性。后面三位则依次代表核心数量、性能、代际。

通过对比，我们可以看到EPYC 9004相比EPYC 7003在核心数、TDP、L3缓存、制造工艺、内存、内存通道数有着全面的提升。

这些提升带动EPYC 9004在性能上全面突破。通过对比搭载96核AMD EPYC 9654 CPU与某客户当前平台的双路服务器，AMD EPYC的计算流体动力学性能提升了2.5倍，浮点吞吐量提升约2.5倍。MULTIJVM性能较前代旗舰提升约90%。此外，96核EPYC 9654处理器的云计算吞吐量是当前客户的双路平台的3倍。

更重要的是，EPYC 9004能够有效帮助客户服务器更新和整合，成为数据中心未来的升级方向。如果当前客户平台的服务器进行比较，在提供500个虚拟机且每个虚拟机分配8GB内存的情况下，预计可以减少81%的服务器数。

这些性能提升的背后，是诸多技术集合所造就的。

从Zen 3到Zen 4：性能翻倍提升

架构，无疑是EPYC 9004最大的变化。而Zen4架构核心升级点主要包括：改进分支预测增大OP指令作缓存、增大指令退役队列、增大整数/浮点寄存器文件、加深核心缓冲吞吐、浮点单元支持AVX-512指令、改进载入/存储单元、增大二级缓存。

分支预测方面，一级缓存BTB（分支目标缓冲）增加到1.5K条目、二级缓存BTB从6.5K增至7K，指令缓存（OpCache）增加至6.75K条目，每时钟周期完成宏指令增加1个。

指令退役队列方面，ROB（重排序缓冲）从256条目增大25%至320条目，整数寄存器从192个增至224个，浮点寄存器从160个增至192个。

载入/存储单元方面，载入队列从72个增大至88个（22%），二级缓存DTLB（数据页表缓冲）从2K条目增加50%至3K条目，同时减少了数据缓存端口的冲突几率。

L2缓存方面，容量翻番来到1MB，同时提升了速度至3k。

AVX-512指令集方面，AMD选择拆分成两个256-bit进行执行，从而节省芯片面积，避免执行AVX512指令时发热过大、频率下降。而在加入AVX-512指令集后，Zen4架构的FP32浮点推理多线程性能提升了1.31倍，VNNIINT8整数推理多线程性能提升了2.47倍。

在种种改进下，Zen4 lPC平均提升了13%，这是在固定4 GHz八核心情况下，通过22个项目对比Zen3得出的几何平均结果。此外，与上一代处理器相比，Zen 4核心的整数性能提高了2.1倍，浮点性能提高了2.2倍。

继续延续Chiplet设计：让EPYC 9004达到96核

AMD在Zen 2架构首次引入了Chiplet（小芯片）设计，并延续至今。AMD EPYC 9004架构，继续采用CCD（Compute）和IOD（IO Die）组合形式进行Chiplet功能拆解，形成完整的SoC。

其中，CCD部分从台积电7nm升级为台积电5nm工艺，IOD部分则从格罗方德12nm升级为台积电6nm。

CCD方面，每个集成8颗Zen 4 CPU核心、32MB L3缓存，也就是说在12 CCD + 1 IOD情况下，合计最多96核心、384MB L3缓存。

IOD方面，则集成了DDR5内存控制器、PCIe 5.0/CXL 1.1+控制器、第三代Infinity Fabric控制器、安全处理器。

内存方面，EPYC 9004系列支持12个DDR5内存通道，单路最大容量6TB（单条512GB）。最高4800MHz频率，峰值理论带宽可达460GB/s。

PCIe方面，EPYC 9004系列可提供128条PCIe 5.0、8条PCIe 3.0通道。

CXL（Compute EXpress Link）方面，协议为CXL.io、CXL.mem，支持内存缓冲，可扩展内存带宽与容量。

安全性：放心地把它放进数据中心

安全性总是数据中心优先考虑的第一要素。相比来说，AMD比竞争对手具有优势的多个核心和SoC级别的安全功能，主要包括两个方面：

第一，AMD Infinity Guard安全功能集。物理和虚拟化威胁会给整个组织带来风险，并进一步蔓延至客户。AMD Infinity安全功能基于Zen 4 CPU 核心的安全加固和专用嵌入式安全处理器之间的协同保护机制，能够帮助维持从开机到运行期间的安全计算环境。

EPYC 9004处理器新增了很多高级功能，如支持256位AES-XTS加密和安全多密钥加密（SMKE），使管理程序能够选择性地加密CXL所连接内存的地址空间范围。这使得现有的软件加密功能可以与CXL连接的内存无缝协同工作。利用不断增长的机密计算生态系统，通过在云计算和虚拟化环境中对正在使用的数据进行加密，重点解决敏感应用程序和数据迁移的特定安全问题。

第二，AMD安全处理器。集成的安全处理器支持机密计算，其功能包括安全信任根、安全内存加密（SME）和安全加密虚拟化（SEV）。它能够仔细检查启动过程，并帮助管理1006个只有安全处理器才知道的唯一加密密钥。将这些技术结合在一起有助于在软件启动、执行和处理关键数据时减少潜在的攻击面。由于AMD EPYC 9004处理器支持更大的物理内存，AMD增加了可加密的页表深度。

总之，EPYC 9004既能让客户满怀信心地进行投资，也能尽快锁定和管理当前一系列新的业务漏洞，保证业务不被安全问题所困扰。