Идва ли ерата на ARM сървърите?

Дънна платка SynQuacer E-Series за 24-ядрен ARM сървър на ARM Cortex A53 процесор с 32 GB RAM, Декември 2018 г.

В продължение на много години ARM процесорите с намален набор от инструкции (RISC) доминират пазара на мобилни устройства. Но те така и не успяха да проникнат в центровете за данни, където Intel и AMD все още царуват с набора от инструкции x86. От време на време се появяват отделни екзотични решения, като напр 24-ядрен ARM сървър на платформата Banana Pi, но все още няма сериозни предложения. По-точно, чак тази седмица.

AWS пусна свои собствени 64-ядрени ARM процесори в облака тази седмица Гравитон2 е система върху чип с ядро ​​ARM Neoverse N1. Компанията твърди, че Graviton2 е много по-бърз от предишното поколение ARM процесори в екземпляри EC2 A1 и ето го първи независими тестове.

Инфраструктурният бизнес се свежда изцяло до сравняване на числа. Всъщност клиентите на център за данни или облачна услуга не се интересуват каква архитектура имат процесорите. Те се интересуват от съотношението цена/производителност. Ако работата на ARM е по-евтина от работата на x86, тогава те ще бъдат избрани.

Доскоро беше невъзможно да се каже недвусмислено, че изчисленията на ARM ще бъдат по-изгодни, отколкото на x86. Например сървър с 24 ядра ARM Cortex A53 е модел SocioNext SC2A11 струващ около $1000, който можеше да стартира уеб сървър на Ubuntu, но беше много по-нисък по производителност от x86 процесора.

Удивителната енергийна ефективност на ARM процесорите обаче ни кара да ги разглеждаме отново и отново. Например, SocioNext SC2A11 консумира само 5 W. Но електроенергията представлява почти 20% от разходите на центъра за данни. Ако тези чипове покажат прилична производителност, тогава x86 няма да има шанс.

Първото идване на ARM: EC2 A1 инстанции

В края на 2018 г. AWS представи EC2 A1 инстанции на нашите собствени ARM процесори. Това определено беше сигнал за индустрията за потенциални промени на пазара, но резултатите от бенчмарка бяха разочароващи.

Таблицата по-долу показва резултати от стрес тестове EC2 A1 (ARM) и EC2 M5d.metal (x86) екземпляри. Помощната програма беше използвана за тестване stress-ng:

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

Както можете да видите, A1 се представи по-зле във всички тестове с изключение на кеша. По повечето други показатели ARM беше много по-нисък. Тази разлика в производителността е по-голяма от 46% разлика в цената между A1 и M5. С други думи, копията на x86 процесори все още имат по-добро съотношение цена/производителност:

тест
EC2 A1
EC2 M5d.метал
разлика

скривалище
1280
311
311,58%

icache
18209
34368
-47,02%

матрица
77932
252190
-69,10%

CPU
9336
24077
-61,22%

memcpy
21085
111877
-81,15%

qsort
522
728
-28,30%

зъболечение
1389634
2770985
-49.85%

таймер
4970125
15367075
-67,66%

Разбира се, микробенчмарковете не винаги показват обективна картина. Това, което има значение, е разликата в действителната производителност на приложението. Но тук картината не се оказа по-добра. Колегите от Scylla сравниха инстанциите a1.metal и m5.4xlarge с еднакъв брой процесори. При стандартен тест за четене на NoSQL база данни в конфигурация с единичен възел, първият показа 102 000 операции за четене в секунда, а вторият 610 000. И в двата случая всички налични процесори се използват на 100%. Това се равнява на около шесткратно намаление на производителността, което не се компенсира от по-ниската цена.

Освен това екземплярите на A1 работят само на EBS без поддръжка за бързи NVMe устройства като други екземпляри.

Като цяло A1 беше стъпка в нова посока, но не оправда очакванията на ARM.

Второто пришествие на ARM: EC2 M6 инстанции

Всичко това се промени тази седмица, когато AWS представи нов клас ARM сървъри, както и редица екземпляри на нови процесори Гравитон2Включително и M6g и M6gd.

Сравнението на тези случаи показва съвсем различна картина. В някои тестове ARM се представя по-добре, а понякога и много по-добре от x86.

Ето резултатите от изпълнението на същата команда за стрес тест:

тест
EC2 M6g
EC2 M5d.метал
разлика

скривалище
218
311
-29,90%

icache
45887
34368
33,52%

матрица
453982
252190
80,02%

CPU
14694
24077
-38,97%

memcpy
134711
111877
20,53%

qsort
943
728
29,53%

зъболечение
3088242
2770985
11,45%

таймер
55515663
15367075
261,26%

Това е съвсем различен въпрос: M6g е пет пъти по-бърз от A1 при извършване на операции за четене от базата данни Scylla NoSQL, а новите копия на M6gd работят с бързи NVMe устройства.

ARM офанзива на всички фронтове

Процесорът AWS Graviton2 е само един пример за използване на ARM в центрове за данни. Но сигналите идват от различни посоки. Например на 15 ноември 2019 г. американският стартъп Nuvia привлече 53 милиона долара рисково финансиране.

Стартъпът е основан от трима водещи инженери, участвали в създаването на процесори в Apple и Google. Те обещават да разработят процесори за центрове за данни, които ще се конкурират с Intel и AMD.

На налична информацияNuvia е проектирала процесорно ядро ​​от нулата, което може да бъде изградено върху ARM архитектурата, но без получаване на ARM лиценз.

Всичко това показва, че ARM процесорите са готови да завладеят сървърния пазар. В края на краищата живеем в епоха след PC. Годишните доставки на x86 са намалели с близо 10% от техния пик през 2011 г., докато RISC чиповете скочиха до 20 милиарда. Днес 99% от 32- и 64-битовите процесори в света са RISC.

Носителите на наградата Тюринг Джон Хенеси и Дейвид Патерсън публикуваха статия през февруари 2019 г „Нов златен век за компютърната архитектура“. Ето какво пишат:

Пазарът е уредил спора RISC-CISC. Въпреки че CISC спечели по-късните етапи от PC ерата, но RISC печели сега, когато настъпи пост-PC ерата. От десетилетия не са създавани нови CISC ISA. За наша изненада, консенсусът относно най-добрите принципи на ISA за процесори с общо предназначение днес все още клони в полза на RISC, 35 години след изобретяването му... В екосистемите с отворен код добре проектираните чипове ще демонстрират завладяващ напредък и по този начин ще ускорят търговското приемане . Философията на процесора с общо предназначение в тези чипове вероятно ще бъде RISC, който е издържал изпитанието на времето. Очаквайте същите бързи иновации като през последния златен век, но този път по отношение на цена, енергия и безопасност, а не само на производителност.

„Следващото десетилетие ще стане свидетел на камбрийска експлозия на нови компютърни архитектури, сигнализираща за вълнуващи времена за компютърните архитекти в академичните среди и индустрията“, заключават те в документа.

Източник: www.habr.com