[转帖]intel发布会之前，漫谈CPU核心架构：CCX、Ring Bus、Mesh

intel发布会之前，漫谈CPU核心架构：CCX、Ring Bus、Mesh

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intel和amd的架构特点

喻拓

发布时间：18-08-0116:41优质原创作者

从Ryzen 开始，CPU的核心数仿佛失去了控制。不到一年，主流的四核心处理器直接被“安排的明明白白”。不久之后，AMD就将发布首款民用级32核处理器，使用改进后的CCX，降低了L3缓存的延迟。而intel即将发布自己的首款消费级8核心处理器，使用Ring Bus架构。

把CPU圈在一起的Ring Bus

Ring Bus这个词很形象，就像一个环形一样，连通各自的CPU和缓存部分，下图就是intel在Xeon E5 V4中的双Ring架构。

Ring架构的提出和硬件设备核心数的增长无不相关，由于核心数的提高，传统的星形结构已经不能满足性能和延迟的要求。

Ring Bus设计了两圈高速总线，将CPU、L3 Cache、外围和其他Ring联系起来。Ring有两种运行方法，一种为顺时针，一种为逆时针。

Ring的设计有很多优点，首先它的延迟极低，带宽极大，运行速度很快，这也是为什么intel的Cache和内存性能比AMD高的原因之一。同时它的设计非常方便，只需要核心排成2个序列，然后其他外围对称挂在两边就可以了。如果需要添加核心，直接挂在Ring上，或者直接再加一个Ring就可以了。

虽然Ring是一个好设计，但伴随Xeon系列核心数的增加，Ring的长度和数量的增加，跨核心访问的延迟将越来越高，每增加一个核心都会拖累Ring的整体延迟，在单边超过6核心时，性能会严重下降，缓存之间也更难以保持其一致性。

虽然intel在低核心产品中保留了Ring，但已经在其skylake-SP产品中更新了全新的架构。

二维棋盘，Mesh

在新的架构下，intel将核心排布为棋盘状，比Ring架构自由的多，并支持连接更多的核心。不过因为架构的原因，其缓存速度较Ring慢，intel自己的说法，会增加10%延迟，但是实现了更低的功耗。intel也在搭载Mesh的skylake - SP中加入了更大的L2缓存。

在Ring架构中，访问其他核心的缓存，最多需要十二个周期，平均时间在六个周期，并且能轻易达到非常高的频率和速度，提高整体表现。而在Mesh中，如果需要访问周围的一个核心的缓存，周期要额外多一个，如果需要跨过DDR4部分则需要三个周期，远远慢于Ring。最上和最下的核心访问需要四个周期，而水平的访问最大则为九个周期，对角的访问是最坏的情况，将消耗十三个周期。

虽然损失了部分核心的延迟，但显然平均延迟基本是一个水平，还能连接更多的核心。相比以前的跨Ring访问和多路跨Die访问依然来的更快些。但对于游戏来说，目前Ring架构，虽然L2变大，命中率提高，但其周期仍然太长，更适合服务器和HEDT平台使用。

高级胶水，CCX和infinity fabric

和intel不同，AMD对于自己的模块化设计，有一番独到的见解。在Ryzen中，AMD将每个模块称之为CCX（core complex），CPU之间互联的部分为infinity fabric总线。

CCX在zen1和zen+中被设计为方形结构，核心位于CCX的四角，L2和L3则被排布到四个核心的正中间，L3大小为8MB，四个核心内部共享，速度同步于最高的核心。同时四个core之间都可以随意和其他core共享通讯，周期极低。

而Ryzen的8核心产品中，不仅仅只有一个CCX，而是两个，核心之间以infinity fabric之间互联。

不过AMD对此的描述含糊其辞，不过其原理基本和intel类似，它是一个高速的总线和缓存接口，不过它可以连接非常多的设备，和Ring一样但是更多，甚至可以用在电源管理控制器和主板接口之间。

infinity fabric的互联是有损失的，在每颗32核心epyc处理器中，使用了4个CCX设计，之间的连接就损失了一些PCIE通道。不过由于其优点，AMD即使因为瑕疵屏蔽对称核心之后，依然能共享对方的8MB大缓存，达成总共16MB的L3。在APU中，AMD使用其连接了vega核显。可以预见的是，在定制市场，infinity fabric将带来更多的精彩，而不是简单作为片上集成。

随着8月的到来，各家的发布会的消息已基本落实。Threadripper二代的32核心，但是由于主板的问题，并不支持epyc上更多的pcie通道和八通道内存。intel将发布自己的9900K消费级八核处理器，据消息来看，是将两颗四核Ring架构处理器连接起来。而nVidia则悄悄发布新的显卡，吹起了新一代游戏体验的号角。

下一个硬件竞赛，即将开始。