CDNA（マイクロアーキテクチャ）

AMD CDNA

発売日	2020年11月16日 （4年前） ( 2020-11-16 )
デザイン：	アム
製造工程	TSMC N7 TSMC N6 TSMC N5 [1]
歴史
前任者	AMD ファイアプロ
変異体	RDNA（消費者、プロフェッショナル）

CDNA ( Compute DNA ) は、AMDがデータセンター向けに設計したコンピューティング中心のグラフィックス プロセッシング ユニット(GPU)マイクロアーキテクチャです。主にAMD Instinctシリーズのデータ​​センター グラフィックス カードで使用される CDNA は、 Graphics Core Next (GCN) マイクロアーキテクチャの後継です。もう 1 つの後継は、コンシューマー グラフィックスに重点を置いたマイクロアーキテクチャであるRDNA (Radeon DNA) です。

CDNAの第一世代は2020年3月5日に発表され、^[2] 2020年11月16日に発売されたAMD Instinct MI100に搭載されました。^[3]これはCDNA 1の唯一の生産製品であり、TSMCのN7 FinFETプロセスで製造されています。

CDNAラインの2番目のイテレーションでは、前身のモノリシックアプローチとは異なるマルチチップモジュール（MCM）アプローチが実装されました。AMD Instinct MI250XとMI250に搭載されたこのMCM設計では、ダイを接続するためにエレベーテッドファンアウトブリッジ（EFB） ^[4]が使用されました。これら2つの製品は2021年11月8日に発表され、11月11日に発売されました。CDNA 2ラインには、モノリシック設計を使用した後発のMI210も含まれています。^{[5] MI250XとMI250は、} Open Compute Project （OCP）のOCPアクセラレータモジュール（OAM）ソケットフォームファクタを使用した最初のAMD製品でした。より低ワット数のPCIeバージョンも利用可能です。

CDNA の 3 番目のイテレーションでは、複数のノードで製造されたさまざまなチップレットを利用する MCM 設計に切り替わります。現在 MI300X と MI300A で構成されているこの製品は、15 個の独自のダイを備え、高度な 3D パッケージング技術で接続されています。MI300 シリーズは 2023 年 1 月 5 日に発表され、2023 年後半に発売されました。

CDNAファミリは、 Arcturusという 1 つのダイで構成されています。ダイは 750 平方ミリメートルで、256 億個のトランジスタを含み、TSMC の N7 ノードで製造されています。[ ^6] Arcturus ダイは 120 個のコンピューティング ユニットと 4096 ビットのメモリ バスを持ち、4 つのHBM2配置に接続されており、ダイに 32 GB のメモリと 1200 GB/s を超えるメモリ帯域幅を提供します。前身と比較して、CDNA はグラフィックス アクセラレーションに関連するすべてのハードウェアを削除しました。削除されたのは、グラフィックス キャッシュ、テッセレーション ハードウェア、レンダリング出力ユニット(ROP)、ディスプレイ エンジンなどです。CDNA は、HEVC、H.264、VP9デコード用のVCNメディア エンジンを保持しています。 ^{[7] CDNA は、} NvidiaのVolta アーキテクチャで追加されたものと同様の専用のマトリックス コンピューティング ハードウェアも追加しました。

120 個のコンピューティング ユニット (CU) は 4 つの非同期コンピューティング エンジン (ACE) に編成され、各 ACE は独自の独立したコマンド実行とディスパッチを維持します。CU レベルでは、CDNA コンピューティング ユニットは GCN ユニットと同様に編成されます。各 CU には 4 つの SIMD16 が含まれており、それぞれが 4 サイクルにわたって 64 スレッドのウェーブフロント (Wave64) を実行します。

CDNA は HBM のクロックを 20% 向上させ、Vega 20 (GCN 5.0) と比較して約 200 GB/s の帯域幅増加を実現しています。ダイには 4 MB の共有 L2 キャッシュがあり、CU に 1 クロックあたり 2 KB を出力します。CU レベルでは、各 CU に独自の L1 キャッシュ、CU あたり 64 KB のローカル データ ストア (LDS)、およびすべての CU で共有される 4 KB のグローバル データ ストア (GDS) があります。この GDS は、制御データやリダクション操作を保存したり、小さなグローバル共有サーフェスとして機能したりするために使用できます。^{[7] [8]}

2022年10月、サムスンはMI100のProcessing-In-Memory（PIM）特化バージョンをデモしました。2022年12月、サムスンは96個の改造されたMI100のクラスターを披露し、さまざまなワークロードの処理スループットの大幅な向上と消費電力の大幅な削減を誇っていました。^[9]

個々の計算ユニットはGCNと非常によく似ていますが、CUごとに4つの行列ユニットが追加されています。より多くのデータ型のサポートが追加され、BF16、INT8、INT4が追加されました。^[7]行列ユニットと新しいデータ型を利用した操作の詳細なリストについては、CDNA ISAリファレンスガイドを参照してください。

CDNAと同様に、CDNA 2もAldebaranという1つのダイで構成されています。このダイは790平方ミリメートルと推定され、TSMCのN6ノードで製造され、280億個のトランジスタが含まれています。^[12] Aldebaranダイには112個のコンピューティングユニットのみが含まれており、Arcturusから6.67％減少しています。前世代と同様に、このダイには4096ビットのメモリバスが含まれており、容量が最大64 GBまで倍増したHBM2eを使用しています。CDNA 2の最大の変更点は、2つのダイを同じパッケージに配置できることです。MI250Xは、2つのAldebaranダイ、220個のCU（ダイあたり110個）、および128 GBのHBM2eで構成されています。これらのダイは4つのInfinity Fabricリンクで接続され、ホストシステムによって独立したGPUとしてアドレス指定されます。^[13]

112個のCUはCDNAと同様に、4つの非同期計算エンジンに分かれており、各エンジンには前世代の30個のCUではなく28個のCUが搭載されています。CDNAと同様に、各CUには4サイクルにわたって64スレッドのウェーブフロントを実行する4つのSIMD16ユニットが含まれています。4つのマトリックスエンジンとベクターユニットはフルレートFP64のサポートを追加し、前世代に比べて大幅な向上を実現しています。^[14] CDNA 2では複数の内部キャッシュも改良され、帯域幅が全体的に2倍になっています。

CDNA 2のメモリシステムは、全面的に改善されています。HBM2eへの移行から始まり、容量が64 GBに倍増し、帯域幅が約3分の1（約1200 GB/秒から1600 GB/秒）増加しました。[ ^13] キャッシュレベル。各GCDには、32のスライスに分割された16ウェイ、8 MBのL2キャッシュがあります。このキャッシュは、クロックあたり4KB、スライスあたりクロックあたり128 Bを出力します。これは、CDNAからの帯域幅の2倍です。^[13] さらに、4KBのグローバルデータストアが削除されました。^[14] L2とLDSを含むすべてのキャッシュに、FP64データのサポートが追加されました。

CDNA 2は、同じパッケージに複数のGPUを搭載した最初の製品です。2つのGPUダイは4つのInfinity Fabricリンクで接続されており、双方向帯域幅の合計は400GB/sです。^[14]各ダイには8つのInfinity Fabricリンクが含まれており、それぞれが16レーンのInfinity Linkで物理的に実装されています。AMDプロセッサとペアリングすると、これはInfinity Fabricとして機能します。他のx86プロセッサとペアリングすると、16レーンのPCIe 4.0にフォールバックします。^[14]

最大の先行変更は、すべてのコンピューティング要素にわたるフルレート FP64 サポートの追加です。これにより、FP64 マトリックス計算が 4 倍に増加し、FP64 ベクトル計算が大幅に増加します。^{[13]さらに、'} V_PK_FMA_F32 ' や ' V_PK_MUL_F32 'などのオペコードを使用して、パックされた FP32 操作のサポートが追加されました。^[15]パックされた FP32 操作により、最大 2 倍のスループットが可能になりますが、コードの変更が必要です。^[13] CDNA と同様に、CDNA 2 操作の詳細については、CDNA 2 ISA リファレンス ガイドを参照してください。

CDNA 3は、以前のモデルとは異なり、 AMDのZen 2、3、4製品ラインと同様に、マルチチップシステムで使用される複数のダイで構成されています。MI300パッケージは比較的大規模で、 5nmで製造された9つのチップレットが4つの6nmチップレットの上に配置されています。^[16]これはすべて、8つのHBM配置を使用して128GBのHBM3と組み合わされています。^[17]このパッケージには、推定1460億個のトランジスタが含まれています。これは、Instinct MI300XとMI300Aの形で提供され、後者はAPUです。これらの製品は2023年12月6日に発売されました。^[18]

• AMD インスティンクト
• ラデオンプロ

• 公式ウェブページ
• AMD CDNA アーキテクチャのホワイトペーパー
• AMD CDNA 2 アーキテクチャのホワイトペーパー
• AMD CDNA 3 アーキテクチャのホワイトペーパー