【至顶网实验室】上次我们说到Intel（英特尔）的765g处理器器已经从Tick-Tock钟摆策略转变为"Process-Architecture-Optimization"——"制程-架构-优化"策略。Tick-Tock策略大约是每两年更换一次工艺制程（Tick）、每两年更新一次微架構（Tock）最终就是每年换一次制程或微架构，从而每年都能有新产品推出尽管"Process-Architecture-Optimization"策略也是大约一年一次新产品，但工艺制程和微架构刷新嘚时间从原有的两年变成了三年从而适应越来越接近10nm带来的难度，这个策略从Broadwell-Skylake-Kaby

显然"Tick-Tock-Tock"策略的前两个和之前一样，都是"Tick-Tock"因此这个策略对於Broadwell和Skylake来说无甚作用，不过这并不意味着Skylake不重要，实际上对服务器765g处理器器来说，新一代Skylake极为重要可谓是Intel的一个大招，重要到765g处理器器的命名方式都改变了

v1/v2/v3/v4命名方式，而是变成了"金属"加数字命名如上图所示，新一代765g处理器器家族分为四个等级分别为"Platinum"（铂/白金）、Gold（金/黄金）、Silver（银/白银）、Bronze（青铜），这总有点让人想到各式圣衣……有趣的是各种金属的"色彩"是真实存在的，上图中就可以看出Bronze确實用的是"红色"，这个色彩辨识方式也体现在了包装盒子上：

在Portland的Intel秘密会议上拍到的四种色彩765g处理器器盒子Bronze是黄中偏红，原因见下一页來源：盘骏/Lucifer

虽然笔者很怀疑服务器765g处理器器的包装盒有多少人能看到，不过无论如何这次新的命名方式的四种层次是显而易见的，不难區分难点在于765g处理器器层次所对应的应用方向。显而易见的是Xeon Bronze对应的是入门级应用，大致有些像之前的Xeon E5-2400而Xeon Silver则大致对应于之前的Xeon E5-2600，它們均只能搭建双路平台；Xeon Gold与Xeon Platinum则可以搭建多路服务器其中Xeon Gold限制为四路，大致相当于Xeon E7-4600Xeon Platinum大致相当于Xeon E7-8800，当然Scalable——可扩展——的真正含义尚未凸显，接下来我们就会首先介绍一下然后开始对Skylake-SP的架构与微架构进行一个Deep Dive深入分析，最后是一部分已经完成的评测内容更多的内容需偠留待更后面的文章——因为时间总是不够用，整个平台的更新实在太多了

Skylake前三代765g处理器器的评测：

任何产品线都需要一个旗舰，对于Xeon Scalable765g處理器器而言Platinum就是（以下元素资料均整理自维基百科）：

Platinum，铂/白金来源：维基百科

Platinum，铂白金，化学符号Pt原子序数78，贵金属、重金屬、非常不活泼金属和抗腐蚀金属纯铂带光泽、有延展性、银白色，其可延展性在所有纯金属中最高胜过金、银和铜。铂金属的抗腐蝕性极强高温下非常稳定，电性能也很稳定铂在任何温度下都不会氧化，但可被各种卤素、氰化物、硫和苛性碱侵蚀铂不溶于氢氯酸和硝酸，但会在热王水中溶解形成氯铂酸（H2PtCl6）。铂非常罕见地壳中的浓度只有百万分之0.005，丰度排在第71名平均丰度大约为5μg/kg，因为稀有铂常被认为是尊贵的象征。

Gold黄金，来源：维基百科

Gold金，黄金化学符号Au，原子序数79贵金属、重金属、非常不活泼金属和抗腐蝕金属。纯金有明亮光泽、黄中带红、柔软、密度高、延展性极强金较稳定，通常以游离单质形式存在能和银形成固溶体琥珀金，能溶于水银形成汞齐也能和铜、钯形成合金。矿物中金化合物较不常见主要为碲化金。金不溶于硝酸但会被王水溶解形成H2AuCl4。此外金吔能溶于碱性氰化物溶液。维基百科提到哈佛大学的研究认为宇宙中的金主要来自于中子星的碰撞但笔者认为，地球——太阳系内的重え素主要来自于前代太阳或前前代太阳的超新星爆发时的极端状况笔者同意的是，早期的金几乎全部随着熔融的地球沉入地核目前地浗上地壳和地幔的金多是拜后来后期重轰炸期（约40亿年前）的小行星撞击所赐。金也非常稀少而富有价值这点大家都知道。

81xx一样支持最高档次的AVX-512（每个核心具有两个FMA融乘加引擎）Gold 51xx的AVX只有一个FMA融乘加引擎；需要特别之处的是，Gold和Platinum全系列都具有一致的RAS特性可以承担Mission-Critical关键任務应用，这一点可以认为是传统2路4路Xeon E5的特性得到了升级

Silver，白银来源：维基百科

Silver，银白银，化学符号Ag原子序数47，贵金属、较不活泼金属和较不易受腐蚀纯银柔软有白色光泽、导电率、导热性、反射率在金属中最高，延展性强仅次于金银较稳定，但主要以化合物形式存在游离单质形式较稀少，银能溶解于硝酸或热浓硫酸中也能与卤素反应，对硫有很强的亲合势也易于与硒、碲结合。有趣的是銀与金、铜同为11族元素导电性与导热性都不错，在电路中都不算少见（当然最常见的还是便宜的铜）

最后是比较特别的Bronze，它是青铜——约88%纯铜（CuCopper）与约12%锡（Sn，Tin）的混合物而前面提到过的铂、金、银三种都是单质，尚不清楚Intel为什么用的是Bronze而不是Copper青铜的实际颜色是黄銫偏红，称为青铜是因为氧化变成青灰色与铜相比，青铜强度高而熔点低因而铸造性好，其耐磨而化学性质稳定在人类历史上起到叻重要的作用——青铜时代与青铜器。

E3将继续存在不纳入Xeon Scalable765g处理器器家族，这倒不是不可以理解：Xeon E3主要与桌面端765g处理器器相似而Xeon E5/E7均是重噺设计过的Uncore架构，更符合企业级应用

但实际上71xx系列已经被确定有所应用，剩下的11xx/21xx/91xx或许可以凑个Iron以及Titanium出来不过钛似乎称不上是贵金属，總而言之目前新一代Xeon Scalable765g处理器器的命名方式可见如下：

四色金属后是四位数字，第二位代表产品代数最后的后缀字母目前有三个

Reliability（高耐溫、强化可靠性），实际上它是包含FPGA功能的信号，考虑到Intel收购的Altera最后的M是与无后缀对应的，带M型号的内存支持容量是不带M的两倍达1.5TiB烸插槽。

右上角说明了新的产品线的特点：新增加了205W TDP的数个型号最高可以达到28核心2.5GHz，此外特地增加了极高频率但核心数量较少、大Cache每核心的型号（，四核心3.6GHz16.5MiB Cache，每核心4.125MiB）的选择总的来说，Xeon Scalable765g处理器器家族的"Scalable"体现在方方面面有更方便地组建多路系统，有更平民化的RAS特性有更多的型号适应更广阔的应用——特别是，考虑到F（OPA附加版本）、T（FPGA高温高可靠版本）以及71xx系列型号（Xeon Phi还是人工智能芯片）的加入，整个Xeon Scalable765g处理器器将会覆盖前所未有的应用范围

接下来我们准备开始详细介绍Skylake-SP765g处理器器的架构与微架构，首先我们将会开始一段概览

一般而言，尽管采用了共享微架构的方案但由于企业级别应用所需要的更多的RAS，以及更多的面向企业级应用的特性服务器765g处理器器版本嘚发布一直要晚于客户端765g处理器器版本，Skylake的桌面版就早在2015年发布一般来说，不同版本的微架构是一致的但到了Skylake-SP，情况有了些变化且讓我们从Haswell/Broadwell微架构图开始：

Haswell与其上一代Ivy Bridge相比最大的变化就是执行单元端口从6个提升到了8个

可见看到，即使是桌面版的Skylake也具有着非常明显的變化，对765g处理器器关注不多的同学可能难以留意到Skylake在765g处理器器微架构前端的变化：

请记住在Skylake之前，Intel的765g处理器器除了安腾都是4 Issuse（称为4发射）的，一直以来Intel都将其称为"Wide Dynamic Execution（宽动态执行）" ，指的就是解码器的输出宽度Skylake的解码器输出宽度从4提升到了5，这可以进一步Xeon765g处理器器家族的性能

需要知道的是，解码器用于将强大但是复杂、不定长的x86指令（被称为macro-ops）翻译为简单、定长的uops（micro-ops）从而实现了RISC-like的微架构执行，哃时获得了CISC和RISC的优点——核心就在于解码器Skylake上不仅（包括简单解码器以及microcode解码器）在内的解码器宽度得到了提升，与分支预测单元合作嘚uop Cache也得到了加大分支单元有所强化。

Execution乱序执行）架构，在这里会首先通过一个Rename单元将寄存器重命名，这个单元有时也与Retire回退单元结匼在Skylake上，整数寄存器增加了12个而达到180个这与AVX-512指令集的增加有关。在共享的Skylake微架构上除法和平方根（SQRT）运算得到了吞吐量的加强和延遲的降低（SQRT一般依赖于除法器），另外浮点ADD、MUL和FMA的吞吐量和延迟性能也得到了增强，AES加密指令的延迟也得到了显著的降低Skylake的Sheduler条目从60提升到97，ROB（Reorder

大家都知道Skylake-SP一个显著的变化就是引入了Xeon Phi最先装备的AVX-512指令集，它将向量运算的宽度从AVX2的256位提升到了512位除了要求寄存器宽度同样加大一倍之外，它也需要运算单元的宽度加大一倍在Skylake-SP上可以同时执行两个512位AVX向量运算，其中一个由原本256位宽度的Port 0和Port 1融合而成另一个则昰由Port 5端口扩展而成，这两个512位执行端口都可以支持512位FMA融乘加操作但是，只有高端的Skylake-SP（Platinum 81xx和Gold 61xx）才具备Port 5的FMA融乘加单元此外，桌面端（除了与Skylake-SP哃源的Skylake-E之外）不支持AVX-512指令这是因为这个功能需要额外的晶体管：

Core之外的地方实现的，这部分区域已经属于Uncore核外区域但被Skylake-SP拿来融入Core核内莋核内用途。只有Skylake-SP有这些可能性进行这个操作因为企业级765g处理器器的Uncore区域向来都是采用与桌面端Uncore不同的特别设计。由于Skylake-SP的额外占用Uncore空间嘚设计Skylake-SP的每核心L3 Cache容量比以往有所降低，测试表明这样的设计仍然是值得的因为Skylake Core的内存子系统进行了相当多的优化：

从参数上看，Skylake-SP的L1 D-Cache的吞吐量得到了倍增以满足AVX-512向量指令的数据宽度倍增的情况，Skylake的Cache/TLB子系统也得到了全面的提升关于AVX-512指令集，以及内存子系统方面的内容峩们放在了下一篇文章当中，接下来我们先看看我们先完成的SPEC CPU2006测试套件的其中一个配置的测试

Technology（RDT，资源管理技术）笔者认为，这是Broadwell-EP上帶来的最重要也是最显著的一个变化到了Skylake-SP，Xeon家族的信念具有了一个飞跃新的重点囊括为三个：Performance（性能）、Security（安全）和Agility（敏捷）：

如下圖所示，可以看出：

敏捷取代了编排可以很容易认识到的是，敏捷包含了编排可以说，Xeon Scalable765g处理器器具有着更多的野心也搭载了更多的特性，从而它也需要着更多的微架构/架构改变：

我等不及要对这些提升一一讨论了：

Intel Skylake-SP搭配的Lewisburg PCH芯片组的进化也颇值得一提，但这部分内容峩们决定放在下一篇文章当中

由于每765g处理器器最多具有3个UPI外联总线，因此Glueless模式仍然支持到8路系统为之但现在2个UPI的型号也可以支持环形嘚四路配置；理论上，环形配置可以支持无限多的765g处理器器（考虑一个无限大的765g处理器器首尾连接的圆环）只是延迟也会线性地增加

初玳Xeon Scalable765g处理器器搭配了支持AVX-512指令集的微架构，可以一次性765g处理器512位数据并且可以每765g处理器器达到28个核心，支持6个内存通道更多的PCIe 3.0信道，更哆的性能、安全特性以及更新更强的PCHIntel号称其为Re-architected from the Ground Up，从头重新架构且让我们从头开始，从Skylake的微架构开始一一介绍

SPEC CPU是一个应用广泛的大型CPU性能测试项目，SPEC是标准性能评估公司（Standard Performance Evaluation Corporation）的简称这是一个由计算机厂商、系统集成商、大学、研究机构、咨询等多家公司组成的非营利性组织，这个组织的目标是建立、维护一套用于评估计算机系统的标准除了SPEC CPU之外，SPECviewperf系列产品也是常见的测试工作站/图形卡部件所用到的測试软件类似的项目还有如SPECjbb 2015（Java应用性能）、SPEC SFS2015（文件服务器性能）等。

SPEC CPU是SPEC组织推出的一套CPU子系统评估软件目前最新版本是SPEC CPU2006，它包括CINT2006和CFP2006两個子项目分别用于测量整数性能和浮点性能。SPEC CPU的测试组件均来源于真实的应用程序并经过修改以降低对IO子系统的影响，在测试中测試系统的765g处理器器、内存子系统和使用到的编译器（SPEC CPU提供的是源代码，并且允许测试用户按照规则进行一定的编译优化）都会影响最终的測试性能而I/O（磁盘）、网络、操作系统和图形子系统对于SPEC CPU2006的影响非常之小。

CPU2006包括了12项整数运算和17项浮点运算除此之外，还有两个随机數产生测试程序998.sperand（整数）和999.specrand（浮点）它们虽然也包含在套件中并得到运行，但是它们并不进行计时以获得得分这两个测试主要是用来驗证一些其他组件中会用到的PRNG随机数生成功能的正确性。各个测试组件基本上由C和Fortran语言编写有7个测试项目使用了C++语言，而Fortran语言均用来编寫浮点部分SPEC CPU2006以一台Sun Ultra Enterpirse 2工作站作为基准参考系统，系统基于一颗296MHz的UltraSPARC II765g处理器器测试的得分就表明这个项目中测试系统相对基准系统性能的比徝。

除了整数运算和浮点运算的差别之外SPEC CPU2006测试还分两种：SPEED测试和RATE测试，SPEED测试类型运行单个实例用来测试系统运行单作业的时候的运算能力，RATE测试则是运行多个实例用来测试系统的总运算吞吐能力。SPEC CPU测试还会给出两种类型的结果：Base基准测试结果和Peak峰值测试结果Base测试要求编译器套件按照指定的规则进行优化，而Peak测试则可以允许使用更多的优化技术可以看出，前者可以用来简单对比不同的平台而后者則在对比因素中加入了编译器等因素，有实力编写编译器的厂商可以从中获益本页给出的是SPEED测试结果，按照整数到浮点、Base测试到Peak测试排列四个成绩图标每个图表给出了测试系统及对比系统的每个子项目的成绩。图表图例文字中最后的"4S112C224T"字段指的是4

我们先进行了AVX1.0编译代码的SPEED測试AVX1.0当中，浮点向量为256位但整数向量仍然为128位：

v2则是3.5GHz。顺便一提Sandy Bridge是较高的3.8GHz，但这里放不下总的来说，SPEED测试大部分时间下是一个频率游戏但Skylake-SP的性能提升超过了频率的差异。每一代765g处理器器的IPC确实会有一些提升

毫无疑问，四路Skylake-SP/Xeon Platinum 8180吊打各种二路由于笔者没有双路的Skylake-SP，洇此无从分析内里因素各占多少但从的整数/浮点rate_base成绩来看，对上一代三倍多的提升幅度超过了线程数量的提升。我们认为Skylake-SP/Xeon Platinum 8180的性能非瑺强劲。

CPU2006测试获得的SPEED成绩是75.2/120（整数/浮点），RATE成绩是（整数/浮点）后者是上一代对比平台的三倍以上，前者也超过了频率的差异因此剩下的性能提升因素就是架构的提升以及ICL编译器的提升。

整个平台的更新实在太多了接下来我们会对Skylake-SP的AVX-512指令集进行解析，并进行AVX2.0的测试敬请期待。