هل عصر خوادم ARM قادم؟

اللوحة الأم SynQuacer E-Series لخادم ARM ذو 24 نواة على معالج ARM Cortex A53 مع 32 جيجابايت من ذاكرة الوصول العشوائي، ديسمبر 2018 سنوات

لسنوات عديدة، سيطرت معالجات مجموعة التعليمات المخفضة (RISC) من ARM على سوق الأجهزة المحمولة. لكنهم لم يتمكنوا أبدًا من اقتحام مراكز البيانات، حيث لا تزال Intel وAMD تسودان بمجموعة التعليمات x86. من وقت لآخر، تظهر الحلول الغريبة الفردية، مثل خادم ARM ذو 24 نواة على منصة Banana Piلكن لا توجد مقترحات جادة حتى الآن. بتعبير أدق، لم يكن الأمر كذلك حتى هذا الأسبوع.

أطلقت AWS معالجاتها ARM ذات 64 نواة في السحابة هذا الأسبوع الجرافيتون 2 عبارة عن نظام على شريحة بنواة ARM Neoverse N1. تدعي الشركة أن Graviton2 أسرع بكثير من معالجات ARM من الجيل السابق في مثيلات EC2 A1، وهنا هو الاختبارات المستقلة الأولى.

إن أعمال البنية التحتية تدور حول مقارنة الأرقام. في الواقع، لا يهتم عملاء مركز البيانات أو الخدمة السحابية بالبنية التي تمتلكها المعالجات. إنهم يهتمون بنسبة السعر / الأداء. إذا كان التشغيل على ARM أرخص من التشغيل على x86، فسيتم اختيارهم.

حتى وقت قريب، كان من المستحيل القول بشكل لا لبس فيه أن الحوسبة على ARM ستكون أكثر ربحية من x86. على سبيل المثال، يعد الخادم ARM Cortex A24 ذو 53 نواة نموذجًا سوسيونكست SC2A11 تبلغ تكلفته حوالي 1000 دولار، ويمكنه تشغيل خادم ويب على Ubuntu، ولكنه كان أقل أداءً بكثير من معالج x86.

ومع ذلك، فإن كفاءة الطاقة المذهلة لمعالجات ARM تجعلنا ننظر إليها مرارًا وتكرارًا. على سبيل المثال، يستهلك SocioNext SC2A11 5 وات فقط. لكن الكهرباء تمثل ما يقرب من 20% من تكاليف مركز البيانات. إذا أظهرت هذه الرقائق أداءً لائقًا، فلن يكون لدى x86 أي فرصة.

المجيء الأول لـ ARM: مثيلات EC2 A1

وفي نهاية عام 2018، قدمت AWS مثيلات EC2 A1 على معالجات ARM الخاصة بنا. وكان هذا بالتأكيد إشارة إلى الصناعة حول التغييرات المحتملة في السوق، ولكن النتائج القياسية كانت مخيبة للآمال.

ويبين الجدول أدناه نتائج اختبار الإجهاد مثيلات EC2 A1 (ARM) وEC2 M5d.metal (x86). تم استخدام الأداة للاختبار stress-ng:

stress-ng --metrics-brief --cache 16 --icache 16 --matrix 16 --cpu 16 --memcpy 16 --qsort 16 --dentry 16 --timer 16 -t 1m

كما ترون، كان أداء A1 أسوأ في جميع الاختبارات باستثناء ذاكرة التخزين المؤقت. في معظم المؤشرات الأخرى، كان ARM أدنى بكثير. وهذا الفارق في الأداء أكبر من فرق السعر البالغ 46% بين A1 وM5. بمعنى آخر، لا تزال المثيلات الموجودة على معالجات x86 تتمتع بنسبة سعر/أداء أفضل:

اختبار
EC2 A1
EC2 M5d.ميتال
فرق

مخبأ
1280
311
311,58%

icache
18209
34368
-47,02٪

البخور
77932
252190
-69,10٪

وحدة المعالجة المركزية
9336
24077
-61,22٪

com.memcpy
21085
111877
-81,15٪

com.qsort
522
728
-28,30٪

طب الأسنان
1389634
2770985
-49.85٪

مؤقت
4970125
15367075
-67,66٪

وبطبيعة الحال، لا تظهر المعايير الدقيقة دائما صورة موضوعية. ما يهم هو الفرق في أداء التطبيق الفعلي. ولكن هنا تبين أن الصورة ليست أفضل. قام الزملاء من Scylla بمقارنة مثيلات a1.metal وm5.4xlarge بنفس عدد المعالجات. في اختبار القراءة القياسي لقاعدة بيانات NoSQL في تكوين عقدة واحدة، أظهر الاختبار الأول 102 عملية قراءة في الثانية، والثاني 000. في كلتا الحالتين، يتم استخدام جميع المعالجات المتاحة بنسبة 610%. وهذا يعادل انخفاضًا في الأداء بمقدار ستة أضعاف تقريبًا، وهو ما لا يعوضه انخفاض السعر.

بالإضافة إلى ذلك، تعمل مثيلات A1 ​​فقط على EBS دون دعم أجهزة NVMe السريعة مثل المثيلات الأخرى.

بشكل عام، كان A1 خطوة في اتجاه جديد، لكنه لم يرق إلى مستوى توقعات ARM.

المجيء الثاني لـ ARM: مثيلات EC2 M6

لقد تغير كل ذلك هذا الأسبوع عندما قدمت AWS فئة جديدة من خوادم ARM، بالإضافة إلى عدد من المثيلات على المعالجات الجديدة الجرافيتون 2بما فيه M6g و M6gd.

تظهر مقارنة هذه الحالات صورة مختلفة تمامًا. في بعض الاختبارات، كان أداء ARM أفضل، وأحيانًا أفضل بكثير، من x86.

فيما يلي نتائج تشغيل نفس أمر اختبار التحمل:

اختبار
EC2 M6g
EC2 M5d.ميتال
فرق

مخبأ
218
311
-29,90٪

icache
45887
34368
33,52%

البخور
453982
252190
80,02%

وحدة المعالجة المركزية
14694
24077
-38,97٪

com.memcpy
134711
111877
20,53%

com.qsort
943
728
29,53%

طب الأسنان
3088242
2770985
11,45%

مؤقت
55515663
15367075
261,26%

هذا أمر مختلف تمامًا: M6g أسرع بخمس مرات من A1 عند إجراء عمليات القراءة من قاعدة بيانات Scylla NoSQL، وتعمل مثيلات M6gd الجديدة على تشغيل محركات أقراص NVMe السريعة.

هجوم ARM على جميع الجبهات

يعد معالج AWS Graviton2 مجرد مثال واحد على استخدام ARM في مراكز البيانات. لكن الإشارات تأتي من اتجاهات مختلفة. على سبيل المثال، في 15 نوفمبر 2019، قامت الشركة الأمريكية الناشئة Nuvia اجتذبت 53 مليون دولار من تمويل المشروع.

تأسست الشركة الناشئة على يد ثلاثة مهندسين بارزين شاركوا في إنشاء المعالجات في Apple وGoogle. يعدون بتطوير معالجات لمراكز البيانات التي ستتنافس مع Intel و AMD.

في المعلومات المتاحةصممت Nuvia نواة معالج من الألف إلى الياء يمكن بناؤها فوق بنية ARM، ولكن دون الحصول على ترخيص ARM.

كل هذا يشير إلى أن معالجات ARM جاهزة لغزو سوق الخوادم. بعد كل شيء، نحن نعيش في عصر ما بعد الكمبيوتر الشخصي. وانخفضت الشحنات السنوية لرقاقات x86 بنسبة 10% تقريبًا منذ ذروتها في عام 2011، في حين ارتفعت رقائق RISC إلى 20 مليارًا. اليوم، 99% من معالجات 32 و64 بت في العالم هي RISC.

نشر جون هينيسي وديفيد باترسون الحائزان على جائزة تورينج مقالًا في فبراير 2019 "عصر ذهبي جديد لهندسة الكمبيوتر". وهنا ما يكتبون:

قام السوق بتسوية نزاع RISC-CISC. على الرغم من أن CISC فازت بالمراحل اللاحقة من عصر الكمبيوتر الشخصي، إلا أن RISC تفوز الآن مع وصول عصر ما بعد الكمبيوتر الشخصي. لم يتم إنشاء معايير ISA جديدة لـ CISC منذ عقود. ولدهشتنا، فإن الإجماع على أفضل مبادئ ISA للمعالجات ذات الأغراض العامة اليوم لا يزال يميل لصالح RISC، بعد مرور 35 عامًا على اختراعه... في الأنظمة البيئية مفتوحة المصدر، ستظهر الرقائق المصممة جيدًا تقدمًا مقنعًا وبالتالي تسريع الاعتماد التجاري . من المرجح أن تكون فلسفة المعالج للأغراض العامة في هذه الرقائق هي RISC، والتي صمدت أمام اختبار الزمن. توقع نفس الابتكار السريع الذي حدث خلال العصر الذهبي الأخير، ولكن هذه المرة من حيث التكلفة والطاقة والسلامة، وليس فقط الأداء.

وخلص الباحثون إلى أن "العقد القادم سيشهد انفجارًا كمبريًا في بنيات الكمبيوتر الجديدة، مما يشير إلى أوقات مثيرة لمهندسي الكمبيوتر في الأوساط الأكاديمية والصناعة".

المصدر: www.habr.com