Kas algab ARM-serverite ajajärk?

SynQuacer E-Series emaplaadi 24-tuumalise ARM-serveri jaoks ARM Cortex A53 protsessoriga, millel on 32 GB mälu, detsember 2018

Aastaid on ARM protsessorid, millel on lühendatud käsuhulk (RISC), domineerinud mobiilseadmete turul. Kuid nad pole suutnud murda andmekeskustesse, kus isiklikele protsessoritele Intel ja AMD oma x86 käsukogudega endiselt valitsevad. Aeg-ajalt ilmuvad mõned eksootilised lahendused, näiteks 24-tuumaline ARM-server Banana Pi platvormil,kuid tõsiseid pakkumisi pole seni olnud. Täpsemalt, ei olnud kuni selle nädalani.

Sel nädalal käivitas AWS oma pilves enda 64-tuumalised ARM-protsessorid, Graviton2, see on süsteem ühes kristallis ARM Neoverse N1 tuumaga. Ettevõte väidab, et Graviton2 on oma eelmistest ARM-protsessoritest EC2 A1 instantsides oluliselt kiirem, ning see on esimesed sõltumatud testid..

Infrastruktuuriäri tähendab numbrite võrdlemist. Põhimõtteliselt ei huvita andmekeskuse või pilveteenuse kliente, milline arhitektuur protsessoritel on. Neid huvitab hinna ja tootlikkuse suhe. Kui töö ARM-is on odavam kui x86-s, siis valitakse see.

Kuni viimaseni ei olnud selge, et ARM-il põhinevad arvutused oleksid odavamad kui x86-l. Näiteks 24-tuumaline ARM Cortex A53 server mudel, SocioNext SC2A11, maksab umbes 1000 dollarit, mis suutis tõsta veebiserveri Ubuntu peal, kuid jääb oluliselt maha x86 protsessoritest.

Kuid ARM-protsessorite hämmastav energiatõhusus paneb neid ikka ja jälle vaatama. Näiteks SocioNext SC2A11 tarbib vaid 5 W. Elektrienergia osakaal on peaaegu 20% andmekeskuse kuludest. Kui need kiibid näitavad kõlbulikku jõudlust, siis ei jää x86-l enam võimalusi.

Esimene ARM-i tulemine: EC2 A1 instantsid

2018. aasta lõpus tutvustas AWS EC2 A1 instantsid oma ARM-protsessoritel. See oli kindlasti signaal tööstusele võimalike muutuste kohta turul, kuid benchmarkide tulemused olid pettumust valmistavad.

Alljärgnevas tabelis on stressitesti tulemused EC2 A1 (ARM) ja EC2 M5d.metal (x86) instantside kohta. Testimiseks kasutati tööriista stress-ng.:

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

Nagu näha, on A1 kõikides testides, välja arvatud vahemälu osas, madalamad tulemused. Enamikus teistes mõõdikutest jäi ARM väga maha. See jõudluse erinevus on suurem kui 46% hinnaerinevus A1 ja M5 vahel. Teisisõnu, x86-põhised instantsid olid endiselt soodsamad hinna ja jõudluse suhte poolest:

tuleb kasutada testimise eesmärkide eelnevaks seadistamiseks või nende kättesaadavuse kontrollimiseks. Koormuse allikate keskkonda seadistama ei pea, need on eelnevalt loodud Docker-piltidena ja väljastatud docker registrisse: piisab, kui määrata vajalik versioon etapis Test. Kuid neid saab ka uuesti ehitada ja luua oma modifitseeritud pildid.
EC2 A1
EC2 M5d.metal
Vahe

cache
1280
311
311,58%

icache
18209
34368
-47,02%

matrix
77932
252190
-69,10%

cpu
9336
24077
-61,22%

memcpy
21085
111877
-81,15%

qsort
522
728
-28,30%

dentry
1389634
2770985
-49.85%

timer
4970125
15367075
-67,66%

Muidugi, mikrobenshmarkid ei näita alati objektiivset pilti. Oluline on see, kuidas tegelik jõudlus rakenduses välja näeb. Kuid ka siin oli pilt mitte parem. Scylla kolleegid võrdlesid instantsse a1.metal ja m5.4xlarge sama protsessorite arvuga. Tavalises NoSQL andmebaasi lugemise testis ühe sõlmega näitas esimene 102 000 lugemise operatsiooni sekundis, samas kui teine 610 000. Mõlemal juhul kasutati kõiki saadaolevaid protsessoreid 100% ulatuses. See vastab umbes kuuekordsele jõudluse langusele, mida madalam hind ei kompenseeri.

Lisaks töötavad A1 instantsid ainult EBS-il, ilma NVMe kiirete seadmete toeta, nagu teistes instantsides.

Kokkuvõttes on A1 seni tõusnud uude suunda, kuid ei ole ootusile vastanud ARM-ile.

ARM-i teine tulek: EC2 M6 instantsid

Kõik muutus sel nädalal, kui AWS esitles uut ARM-serverite klassi ja mitu instantsi uutelt protsessoritelt Graviton2,, sealhulgas M6g ja M6gd.

Nende instantside võrdlemine näitab juba täiesti teistsugust pilti. Mõnedes testides näitavad ARM end paremini, mõnes isegi tunduvalt paremini kui x86.

Siin on tulemused sama stressitestimise käsu täitmisest:

tuleb kasutada testimise eesmärkide eelnevaks seadistamiseks või nende kättesaadavuse kontrollimiseks. Koormuse allikate keskkonda seadistama ei pea, need on eelnevalt loodud Docker-piltidena ja väljastatud docker registrisse: piisab, kui määrata vajalik versioon etapis Test. Kuid neid saab ka uuesti ehitada ja luua oma modifitseeritud pildid.
EC2 M6g
EC2 M5d.metal
Vahe

cache
218
311
-29,90%

icache
45887
34368
33,52%

matrix
453982
252190
80,02%

cpu
14694
24077
-38,97%

memcpy
134711
111877
20,53%

qsort
943
728
29,53%

dentry
3088242
2770985
11,45%

timer
55515663
15367075
261,26%

See on juba täiesti teine asi: M6g on viis korda kiirem A1-st Scylla NoSQL andmebaasist lugemise operatsioonide täitmisel, ja uusimates M6gd instantsides töötavad kiirete NVMe salvestusseadmed.

ARM-i sissetung kõigis valdkondades

Protsessor AWS Graviton2 on vaid üks näide ARM-i kasutamisest andmekeskustes. Kuid signaalid tulevad eri suundadest. Näiteks 15. novembril 2019 tõi USA idufirma Nuvia kaasa $53 miljoni suurune riskikapitalifinantseerimine.

Idufirma on asutatud kolme tippprogrammeerija poolt, kes töötasid Apple'is ja Google'is protsessorite loomise kallal. Nad lubavad arendada andmekeskustele mõeldud protsessoreid, mis konkureerivad Inteliga ja AMD-ga.

Ajal oleva info kohaselt, Nuvia projekteeris nullist protsessorituuma, mis võib olla ehitatud ARM arhitektuuri 'peale', kuid ilma ARM-i litsentsi saamata.

Kõik see viitab sellele, et ARM-protsessorid on valmis vallutama serveriturgu. Lõppude lõpuks elame me post-PC ajastus. Aastased x86 tarned on langenud peaaegu 10% võrreldes 2011. aasta tipuga, samas kui RISC-kiibid on tõusnud 20 miljardi juurde. Täna on 99% 32- ja 64-bitistest protsessoritest maailmas RISC.

Türi auhinna laureaadid John Hennessy ja David Patterson avaldasid veebruaris 2019 artikli „Uus kuldaeg arvutitest“. Siin on, mida nad kirjutavad:

Turg on lahendanud RISC ja CISC vaidluse. Kuigi CISC võitis PC ajastu hilisemaid etappe, kuid RISC võidab nüüd, kui on alanud post-PC ajastu. CISC-uusi ISA-d pole aastakümnetes loodud. Meie üllatuseks kaldub üldine arvamus parimate ISA põhimõtete kohta üldotstarbeliste protsessorite osas tänapäeval endiselt RISC-i poole, 35 aastat pärast selle leidmist… Avatud lähtekoodiga ökosüsteemides näitavad oskuslikult disainitud kiibid veenvalt saavutusi ja kiirendavad sellega kaubanduslikku kasutuselevõttu. Nende kiipide üldotstarbeliste protsessorite filosoofia tõenäoliselt tugineb ajaproovile vastu pidanud RISC-ile. Oodake sama kiiret innovatsiooni nagu eelneval kuldaajal, kuid seekord hindade, energia ja turvalisuse, mitte ainult jõudluse osas.

„Järgmise kümnendi jooksul toimub kambriumi plahvatus uute arvutiarhitektuuride käivitamisel, mis tähendab põnevaid aegu arvutiarhitektide jaoks nii akadeemilistes ringkondades kui ka tööstuses,“ toovad nad välja artikli lõpus.

Allikas: habr.com