آیا عصر سرورهای ARM فرا می رسد؟

مادربرد SynQuacer E-Series برای سرور ARM 24 هسته ای روی پردازنده ARM Cortex A53 با 32 گیگابایت رم، دسامبر 2018

برای سال‌ها، پردازنده‌های مجموعه دستورالعمل‌های کاهش‌یافته ARM (RISC) بر بازار دستگاه‌های تلفن همراه تسلط داشته‌اند. اما آنها هرگز نتوانستند به مراکز داده نفوذ کنند، جایی که اینتل و AMD هنوز با مجموعه دستورالعمل x86 سلطنت می کنند. از زمان به زمان، راه حل های عجیب و غریب فردی ظاهر می شود، مانند سرور 24 هسته ای ARM در پلتفرم Banana Pi، اما هنوز هیچ پیشنهاد جدی وجود ندارد. به طور دقیق تر، تا این هفته نبود.

AWS این هفته پردازنده های 64 هسته ای ARM خود را در فضای ابری راه اندازی کرد گراویتون 2 یک سیستم روی تراشه با هسته ARM Neoverse N1 است. این شرکت ادعا می کند که Graviton2 بسیار سریعتر از نسل قبلی پردازنده های ARM در نمونه های EC2 A1 است، و اینجاست. اولین تست های مستقل.

تجارت زیرساخت تماماً در مورد مقایسه اعداد است. در واقع، مشتریان یک مرکز داده یا سرویس ابری اهمیتی نمی دهند که پردازنده ها چه معماری دارند. آنها به نسبت قیمت / عملکرد اهمیت می دهند. اگر اجرای بر روی ARM ارزانتر از اجرای بر روی x86 باشد، آنها انتخاب خواهند شد.

تا همین اواخر، غیرممکن بود که به صراحت بگوییم که محاسبات در ARM سود بیشتری نسبت به x86 دارد. به عنوان مثال، یک سرور 24 هسته ای ARM Cortex A53 یک مدل است SocioNext SC2A11 هزینه ای در حدود 1000 دلار داشت که می توانست یک وب سرور را در اوبونتو اجرا کند، اما از نظر عملکرد بسیار پایین تر از پردازنده x86 بود.

با این حال، بهره وری انرژی شگفت انگیز پردازنده های ARM باعث می شود بارها و بارها به آنها نگاه کنیم. به عنوان مثال، SocioNext SC2A11 تنها 5 وات مصرف می کند. اما برق تقریباً 20 درصد از هزینه های یک مرکز داده را تشکیل می دهد. اگر این تراشه ها عملکرد مناسبی از خود نشان دهند، x86 هیچ شانسی نخواهد داشت.

اولین ورود ARM: نمونه های EC2 A1

در پایان سال 2018، AWS معرفی شد نمونه های EC2 A1 روی پردازنده های ARM خودمان. این قطعاً سیگنالی برای صنعت در مورد تغییرات بالقوه در بازار بود، اما نتایج معیار ناامیدکننده بود.

جدول زیر نشان می دهد نتایج تست استرس نمونه های EC2 A1 (ARM) و EC2 M5d.metal (x86). ابزار برای آزمایش استفاده شد stress-ng:

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

همانطور که می بینید، A1 در تمام تست ها به جز کش عملکرد بدتری داشت. در اکثر شاخص های دیگر، ARM بسیار پایین تر بود. این تفاوت عملکرد بزرگتر از اختلاف قیمت 46 درصدی بین A1 و M5 است. به عبارت دیگر، نمونه‌های روی پردازنده‌های x86 هنوز نسبت قیمت/عملکرد بهتری داشتند:

تست
EC2 A1
EC2 M5d.metal
تفاوت

نهانگاه
1280
311
٪۱۰۰

یخ
18209
34368
-47,02٪

ماتریس
77932
252190
-69,10٪

پردازنده
9336
24077
-61,22٪

ممکپی
21085
111877
-81,15٪

طبقه بندی
522
728
-28,30٪

دندانپزشکی
1389634
2770985
-49.85٪

زمان سنج
4970125
15367075
-67,66٪

البته، میکروبنچمارک ها همیشه یک تصویر عینی نشان نمی دهند. آنچه مهم است تفاوت در عملکرد واقعی برنامه است. اما در اینجا تصویر بهتر از این نیست. همکاران Scylla نمونه های a1.metal و m5.4xlarge را با همان تعداد پردازنده مقایسه کردند. در یک تست استاندارد خواندن پایگاه داده NoSQL در یک پیکربندی گره، اولی 102 عملیات خواندن در ثانیه و دومی 000 را نشان داد. در هر دو مورد، تمام پردازنده های موجود در 610% استفاده می شوند. این معادل کاهش 000 برابری عملکرد است که با قیمت پایین تر جبران نمی شود.

علاوه بر این، نمونه‌های A1 فقط در EBS بدون پشتیبانی از دستگاه‌های سریع NVMe مانند سایر نمونه‌ها اجرا می‌شوند.

به طور کلی، A1 گامی در مسیری جدید بود، اما انتظارات ARM را برآورده نکرد.

دومین آمدن ARM: نمونه های EC2 M6

وقتی AWS کلاس جدیدی از سرورهای ARM و همچنین تعدادی نمونه روی پردازنده‌های جدید را معرفی کرد، همه چیز تغییر کرد. گراویتون 2از جمله M6g و M6gd.

مقایسه این نمونه ها تصویر کاملا متفاوتی را نشان می دهد. در برخی از تست ها، ARM بهتر و گاهی بسیار بهتر از x86 عمل می کند.

در اینجا نتایج اجرای همان دستور تست استرس آمده است:

تست
EC2 M6g
EC2 M5d.metal
تفاوت

نهانگاه
218
311
-29,90٪

یخ
45887
34368
٪۱۰۰

ماتریس
453982
252190
٪۱۰۰

پردازنده
14694
24077
-38,97٪

ممکپی
134711
111877
٪۱۰۰

طبقه بندی
943
728
٪۱۰۰

دندانپزشکی
3088242
2770985
٪۱۰۰

زمان سنج
55515663
15367075
٪۱۰۰

این موضوع کاملاً متفاوت است: M6g در هنگام انجام عملیات خواندن از پایگاه داده Scylla NoSQL پنج برابر سریعتر از A1 است و نمونه های جدید M6gd درایوهای سریع NVMe را اجرا می کنند.

تهاجمی آرم در تمام جبهه ها

پردازنده AWS Graviton2 تنها نمونه ای از ARM است که در مراکز داده استفاده می شود. اما سیگنال ها از جهات مختلف می آیند. به عنوان مثال، در 15 نوامبر 2019، استارتاپ آمریکایی Nuvia جذب 53 میلیون دلار سرمایه گذاری خطرپذیر.

این استارت آپ توسط سه مهندس برجسته که در ایجاد پردازنده در اپل و گوگل نقش داشتند، تاسیس شد. آنها قول می دهند پردازنده هایی را برای مراکز داده توسعه دهند که با اینتل و AMD رقابت کنند.

بر اطلاعات موجودNuvia یک هسته پردازنده را از ابتدا طراحی کرده است که می تواند بر روی معماری ARM ساخته شود، اما بدون دریافت مجوز ARM.

همه اینها نشان می دهد که پردازنده های ARM آماده تسخیر بازار سرور هستند. به هر حال، ما در دوران پس از رایانه شخصی زندگی می کنیم. محموله های سالانه x86 از زمان اوج خود در سال 10 تقریباً 2011 درصد کاهش یافته است، در حالی که تراشه های RISC به 20 میلیارد افزایش یافته است. امروزه 99 درصد از پردازنده های 32 و 64 بیتی دنیا RISC هستند.

جان هنسی و دیوید پترسون برندگان جایزه تورینگ مقاله ای را در فوریه 2019 منتشر کردند "عصر طلایی جدید برای معماری کامپیوتر". در اینجا چیزی است که آنها می نویسند:

بازار اختلاف RISC-CISC را حل و فصل کرده است. اگرچه CISC در مراحل بعدی دوران رایانه شخصی برنده شد، اما RISC اکنون که دوران پس از رایانه شخصی فرا رسیده است برنده است. برای چندین دهه هیچ CISC ISA جدیدی ایجاد نشده است. در کمال تعجب، اجماع در مورد بهترین اصول ISA برای پردازنده‌های همه منظوره امروزه هنوز هم به نفع RISC است، 35 سال پس از اختراع آن... در اکوسیستم‌های منبع باز، تراشه‌های با طراحی خوب پیشرفت‌های قانع‌کننده‌ای را نشان می‌دهند و در نتیجه پذیرش تجاری را تسریع می‌کنند. . فلسفه پردازنده با هدف کلی در این تراشه ها احتمالاً RISC خواهد بود که امتحان خود را پس داده است. انتظار نوآوری سریع مشابه در دوران طلایی گذشته را داشته باشید، اما این بار از نظر هزینه، انرژی و ایمنی، نه فقط عملکرد.

آنها در پایان این مقاله می‌گویند: «دهه آینده شاهد انفجار کامبرین از معماری‌های جدید رایانه‌ای خواهیم بود که زمان هیجان‌انگیزی را برای معماران رایانه در دانشگاه و صنعت رقم می‌زند».

منبع: www.habr.com