Каліфарнійская кампанія ампер прадставіла першы ў галіны 80-ядзерны серверны ARM-працэсар на 64-бітнай архітэктуры Ампер Альтра.

Ужо некалькі гадоў адмыслоўцы прагназуюць, што платформа ARM складзе канкурэнцыю x86 у дата-цэнтрах, але гэтага ніяк не адбываецца. Па выніках 2019 года там дамінуе Intel з доляй 95,5%, у AMD – 4,5%.

Аднак новы ARM-працэсар у цэлалікім бенчмарку SPECrate 2017 паказвае больш высокую прадукцыйнасць, чым самы хуткі 64-ядзерны AMD EPYC або топавы 28-ядзерны Xeon сямейства Cascade Lake. Гэта ўжо сур'ёзная заяўка (хоць вынікі бенчмарку крыху «падкручаныя», гл. ніжэй).

Галоўная перавага ARM – энергаэфектыўнасць, з якой па вызначэнні не могуць параўнацца працэсары x86 з-за асаблівасцяў архітэктуры. У 80-ядзернага Ampere Altra паказчык TDP складае 45-210 Вт, тактавая частата – 3 Ггц.

Ampere лічыць, што адзін струмень на ядро ​​замест двух спрыяе больш высокай бяспецы, паколькі такі дызайн лепш абараняе асобныя ядры ад нападаў па іншых каналах тыпу Meltdown і Spectre.

Працэсар прызначаны для серверных прыкладанняў, такіх як аналітыка дадзеных, штучны інтэлект, базы дадзеных, сховішчы, тэлекамунікацыйныя стэкі, памежныя вылічэнні, вэб-хостынг і хмарныя прыкладанні. Адмыслова для прыкладанняў машыннага навучання на апаратным узроўні рэалізаваная падтрымка фарматаў дадзеных FP16 (лікі паловай дакладнасці) і INT8 (аднабайтнае паданне цэлага ліку). Ёсць таксама апаратнае паскарэнне хэшавання AES і SHA-256.

Мікрасхемы вырабляюцца на заводзе TSMC па тэхпрацэсе 7 нм. Першыя ўзоры CPU ужо адпраўленыя патэнцыйным кліентам, а масавую вытворчасць плануецца пачаць у сярэдзіне 2020 гады.

Выканаўчы дырэктар Ampere і былы прэзідэнт Intel Рэнэ Джэймс (Renée James) заснавала кампанію Ampere Computing у кастрычніку 2017 года на падмурку збанкрутавалай карпарацыі Applied Micro Circuits (1979-2017), якая таксама займалася праектаваннем серверных ARM-працэсараў. У прыватнасці, у 2011 годзе яна прадставіла 64-бітную платформу X-Gene на базе ARMv8-A.

Цяпер Джэймс сумяшчае пасады выканаўчага дырэктара і старшыні рады дырэктараў Ampere Computing з пасадай намесніка старшыні Нацыянальнага кансультатыўнага камітэта па бяспецы тэлекамунікацый (National Security Telecommunications Advisory Committee), які кансультуе прэзідэнта Злучаных Штатаў.

Цікава, наколькі паспяховай будзе новая спроба вывесці ARM-працэсары на серверны рынак.

«Мы выпусцілі працэсар з самай вялікай колькасцю ядраў на рынку, - кажа Джэймс. — Цяпер мы адправілі яго [для тэсціравання] некаторым з найбуйнейшых пастаўшчыкоў хмарных паслуг у галіны… Думаю, людзі будуць здзіўлены. [На змену папярэднім тэхналогіям] заўсёды прыходзіць нешта новае. І калі не ад дзейнай кампаніі, то ад новай. Вельмі цікава працаваць над тым, што я лічу наступным этапам развіцця індустрыі».

Аб 64-бітных серверных чыпах ARM шмат казалі ў мінулыя гады, калі падобныя працэсары спрабавалі выпускаць AMD і вышэйзгаданая Applied Micro. Але гэтыя кампаніі пацярпелі няўдачу. AMD закрыла свой ARM-праект, а актывы Applied Micro былі прададзены кампаніі Macom. У 2017 годзе Carlyle Group купіла ў яе падраздзяленне ARM-працэсараў. Здзелку закрылі ў канцы 2019 года, а Джэймс заняла пасаду генеральнага дырэктара ў новай кампаніі, пакінуўшы сваю пасаду аперацыйнага дырэктара ў Carlyle Group.

Дзве серверныя платформы Ampere: Mt. Jade і Mt. Snow

Аднаструменевыя ядра Ampere Altra і "шчыльныя энергаэфектыўныя серверы", якія можна будаваць на такіх CPU, дазволяць кліентам "максымізаваць колькасць сэрвісаў, якія яны могуць разгарнуць у воблаку", гаворыцца ў паведамленні кампаніі.

Працэсар Ampere Altra заснаваны на платформе ARM Neoverse N1. Дадатныя водгукі аб новых серверах атрыманы ад інжынераў Microsoft Azure, Oracle, Canonical, VMware, Kinvolk, Packet, Lenovo, Gigabyte, Wiwynn і Micron, усе яны цытуюцца ў прэс-рэлізе.

Сервер Mt. Jade на два працэсара (160 ядраў): аналітыка дадзеных, БД, вэб

Кампанія кажа, што праграмнае забеспячэнне гатова для працы з Ampere Altra: "Самае важнае цяпер тое, што калі вы паглядзіце на ўсе ўзроўні, узровень АС, усё – ад Linux да BSD і Windows – усё падтрымліваюць ARM", – кажа Джэф Вітыч (Jeff Wittich), старэйшы віцэ-прэзідэнт па прадуктах Ampere. - Па віртуалізацыі ў нас ёсць падтрымка Kubernetes, Docker, VMware і KBM. Там усё падтрымліваецца. На ўзроўні дадаткаў усё, што сёння працуе ў воблаку, ужо працуе і ў нас».

Сервер Mt. Snow на адзін працэсар: межавыя вылічэнні, тэлекамунікацыйныя сэрвісы, вэб, захоўванне дадзеных

Спецыфікацыі

• Падсістэма працэсара
  • 80 ядраў ARM v8.2+ 64 біта з тактавай частатой да 3,0 Ггц з Sustained Turbo, дададзены некаторыя паляпшэнні ад ARM v8.3 і v8.4
  • I-кэш L1 64 KБ, D-кэш L1 64 КБ на кожнае ядро, кэш L2 1 МБ на кожнае ядро, агульны кэш сістэмнага ўзроўню 32 МБ (SLC)
  • Струмень кароткіх інструкцый SIMD (Single Instruction, Multiple Data) падвойнай шырыні (128 біт)
  • Кагерэнтныя міжзлучэнні ў mesh-сеткі
• Сістэмная памяць
  • 8x 72-бітных каналаў DDR4-3200
  • ECC, Symbol-based ECC, DDR4 RAS
  • Да 16 модуляў DIMM і 4 ТБ на сокет
• Сістэмныя рэсурсы
  • Поўная віртуалізацыя перапыненняў (GICv3)
  • Поўная віртуалізацыя I/O (SMMUv3)
  • Надзейнасць RAS (Reliability, Availability, Serviceability) карпаратыўнага сервернага класа
• сетка
  • 128 ліній PCIe Gen4
    • 8 x8 PCIe + 4 x16 PCIe/CCIX з падтрымкай Extended Speed ​​Mode (ESM) для перадачы даных на 20/25 ГТ/с (гігатранзакцый у секунду)
    • 48 кантролераў для падтрымкі да 32 x2 злучэнняў
  • 192 ліній у канфігурацыі 2P
  • Падтрымка некалькіх сокетаў
  • 4 лініі x16 CCIX
• тэмпературны дыяпазон – ад 0°C да +90°C
• Харчаванне
  • CPU: 0,80 У, DDR4: 1,2 У
  • I/O: 3,3 У/1,8 У, SerDes PLL: 1,8 У
• Упраўленне харчаваннем – Дынамічная ацэнка, Turbo Gen2, абарона ад падзення напругі
• корпус - 4926-пінавы FCLGA
• Вытворчасць - Тэхналогія FinFET 7 нм

Арыенціры

Джэф Вітыч кажа, што ў тэстах працэсар Ampere паказвае вынік на 4% лепш, чым самы хуткі працэсар EPYC ад AMD, і спажывае на 14% менш энергіі. Гаворка ідзе пра 64-ядзерны працэсар EPYC
7742 з TDP 225 Вт і коштам $6950. Гэта самы магутны ў сямействе працэсараў EPYC 2 на мікраархітэктуры Zen 2. Сямейства прадстаўлена ў жніўні 2019 года.

Вітыч таксама прывёў параўнанне з 28-ядзерным працэсарам Xeon сямейства Cascade Lake. Працэсар Ampere Altra перасягнуў яго "у 2,23 разы па прадукцыйнасці і ў 2,11 разы па энергаэфектыўнасці". Тут паказчыкі параўноўваліся з 28-ядзерным Xeon Platinum 8280 (205 Вт), а энергаэфектыўнасць вылічалася з разліку на адно ядро.

Як паведамляецца, у цэлалікім бенчмарку SPECrate 2017 працэсар Ampere Altra паказвае вынік больш за 259. табліцы вынікаў гэта саступае пікавай прадукцыйнасці ASUS RS720A-E9 (KNPP-D32) Server System (2.20 GHz, AMD EPYC 7601) і ASUS RS500A-E10 (KRPA-U16) Server System 2.25 GHz, AMD EPYC 7742.

Аднак у параўнанні прадукцыйнасці Ampere ужыла да вынікаў AMD каэфіцыент 0,85 з-за выкарыстанні пакета кампілятараў AMD64 для кампіляцыі кода бенчмарку ў параўнанні з GCC 8.2, які выкарыстала сама, паколькі кампілятар AMD C/C++ вырабляе больш аптымізаваны код, чым GCC для ARM.

Нягледзячы на ​​такія «падкруткі» бенчмарку, Ampere Altra выглядае вельмі уражліва па прадукцыйнасці і энергаэфектыўнасці. У стандартную серверную стойку 42U з падачай харчавання 12,5 квт можна "спакаваць" каля 3500 працэсарных ядраў, атрымаўшы эканомію з разліку ват на ядро.

І гэта толькі пачатак. Джэф Вітыч сказаў, што праз год на рынку з'явіцца яшчэ адзін прадукт пад кодавай назвай Mystique, у якім Ampere яшчэ больш павялічыць колькасць ядраў.

Mystique будзе падтрымліваць той жа раз'ём, так што замена матчыных поплаткаў не спатрэбіцца. На 2022 год запланаваны выпуск наступнага пакалення Siryn SoC.

У апошнія гады мы назіралі некалькі спроб выпусціць серверныя ARM-працэсары ад розных кампаній: Broadcom/Cavium/Marvell, Calxeda, Huawei, Fujitsu, Phytium, Annapurna/Amazon і AppliedMicro/Ampere. Большасць гэтых спробаў былі няўдалымі. Але ёсць прыкметы, што сітуацыя мяняецца. У снежні 2019 года Amazon выкаціла ў прадакшн серверы з 64-ядзернымі ARM-працэсарамі Graviton2 - гэта сістэма-на-крышталі на такім жа ядры ядры ARM Neoverse N1. У некаторых тэстах інстансы на ARM (M6g і M6gd) выявілі сябе лепш, а часам нашмат лепш, чым x86.

У лістападзе 2019 года паведамлялася, што амерыканскі стартап Nuvia прыцягнуў $53 млн венчурнага фінансавання. Стартап заснавалі тры вядучыя інжынеры, якія займаліся стварэннем працэсараў у Apple і Google. Яны таксама абяцаюць распрацаваць серверныя працэсары, якія складуць канкурэнцыю Intel і AMD. Па наяўнай інфармацыі, Nuvia спраектавала з нуля працэсарнае ядро, якое можа быць пабудавана «па-над» архітэктурай ARM, але без атрымання ліцэнзіі ARM.

Усё гэта паказвае на тое, што працэсары RISC могуць знайсці ўжыванне не толькі ў мабільных прыладах, але і ў серверах, а таксама ў настольных кампутарах і наўтбуках. Дарэчы, ходзяць чуткі, што і будучыя наўтбукі Apple MacBook таксама выйдуць на ARM-працэсарах.

Па сутнасці, апошнія мадэлі iPad Pro з ARM-працэсарамі A12X амаль не саступаюць па прадукцыйнасці 15-цалевым MacBook Pro з працэсарамі Core i7 і Core i9, так што такі апгрэйд стане суцэль лагічным.

Крыніца: habr.com