研究人員詳解AMD的3D垂直緩存設計,Zen 3架構處理器早已準備使用

在今年的Computex 2021主題演講上,AMD首席執行官蘇姿豐博士展示了採用3D垂直緩存(3D V-Cache)技術的Zen 3架構桌面處理器。這項創新的技術可以為每個CCX帶來額外的64MB 7nm SRAM緩存,使得處理器的L3緩存容量由32MB增加到96MB,容量增加到原來的三倍。

近日,高級技術研究員Yuzo Fukuzaki 發表 了一篇文章,闡明瞭AMD的這項技術在處理器緩存層次結構中的最合理位置。顯然通過3D垂直緩存技術,可以擴展處理器的L3緩存,而不是作為所謂“L4緩存”使用,而16核心的Ryzen 9 5950X處理器共擁有192MB的L3緩存。

作為一顆SRAM芯片,3D垂直緩存芯片採用了7nm工藝製造,尺寸為6×6 m㎡。據推測,3D垂直緩存芯片大約有2300個硅通孔(TSV),單孔直徑約17μm,讓底層CCX與3D垂直緩存芯片緊密相連。Zen 3架構處理器應該在設計之初就考慮到使用3D垂直緩存芯片的可能性,這説明AMD在該技術上已開發多年。

根據此前AMD的官方介紹,3D垂直緩存技術是基於台積電的SoIC技術。作為一種無損芯片堆疊技術,意味着不使用微凸點或焊料來連接兩個芯片,兩個芯片被銑成一個完美的平面。底層CCX與頂層L3緩存之間是一個完美的對齊,硅通孔可以在沒有任何類型的粘合材料的情況下進行匹配。

其CCX做了翻轉(由面向頂部改為面向底部)處理,然後削去了頂部95%的硅,再將3D垂直緩存芯片安裝在上面,讓緩存和核心之間的距離縮短了1000倍,減少了發熱、功耗和延遲。

Yuzo Fukuzaki表示,為了應對Memory Wall(內存牆)問題,處理器的緩存設計非常重要。更大容量的緩存在高端處理器上早已成為一種趨勢,而3D垂直緩存技術有助於提供處理器的性能,同時可以解決低良品率問題,更好地控制成本。