Chega a era dos servidores ARM?

Placa base SynQuacer E-Series para un servidor ARM de 24 núcleos nun procesador ARM Cortex A53 con 32 GB de RAM, Decembro de 2018

Durante moitos anos, os procesadores de conxuntos de instrucións reducidos (RISC) ARM dominaron o mercado de dispositivos móbiles. Pero nunca conseguiron entrar nos centros de datos, onde Intel e AMD aínda reinan co conxunto de instrucións x86. De cando en vez, aparecen solucións exóticas individuais, como Servidor ARM de 24 núcleos na plataforma Banana Pi, pero aínda non hai propostas serias. Máis precisamente, non foi ata esta semana.

AWS lanzou os seus propios procesadores ARM de 64 núcleos na nube esta semana Gravitón 2 é un sistema en chip cun núcleo ARM Neoverse N1. A compañía afirma que Graviton2 é moito máis rápido que os procesadores ARM da xeración anterior en instancias EC2 A1, e aquí está primeiras probas independentes.

O negocio das infraestruturas consiste en comparar números. De feito, aos clientes dun centro de datos ou dun servizo na nube non lles importa que arquitectura teñan os procesadores. Preocúpanse pola relación prezo/rendemento. Se executar en ARM é máis barato que executar en x86, elixiranse.

Ata hai pouco, era imposible dicir inequívocamente que a computación en ARM sería máis rendible que en x86. Por exemplo, un servidor ARM Cortex A24 de 53 núcleos é un modelo SocioNext SC2A11 custaba uns 1000 dólares, que podía executar un servidor web en Ubuntu, pero era moi inferior en rendemento ao procesador x86.

Non obstante, a sorprendente eficiencia enerxética dos procesadores ARM fainos mirarlles unha e outra vez. Por exemplo, o SocioNext SC2A11 consome só 5 W. Pero a electricidade supón case o 20% dos custos dun centro de datos. Se estes chips mostran un rendemento decente, entón x86 non terá ningunha oportunidade.

A primeira chegada de ARM: instancias EC2 A1

A finais de 2018, presentouse AWS Instancias EC2 A1 nos nosos propios procesadores ARM. Este foi definitivamente un sinal para a industria sobre posibles cambios no mercado, pero os resultados de referencia foron decepcionantes.

A táboa seguinte móstrase resultados das probas de estrés Instancias EC2 A1 (ARM) e EC2 M5d.metal (x86). A utilidade utilizouse para probar stress-ng:

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

Como podes ver, A1 funcionou peor en todas as probas excepto na caché. Na maioría dos outros indicadores, ARM foi moi inferior. Esta diferenza de rendemento é maior que a diferenza de prezo do 46 % entre o A1 e o M5. Noutras palabras, as instancias dos procesadores x86 aínda tiñan unha mellor relación prezo/rendemento:

Proba
EC2 A1
EC2 M5d.metal
Diferenza

agocho
1280
311
311,58%

icache
18209
34368
-47,02%

matriz
77932
252190
-69,10%

CPU
9336
24077
-61,22%

memcpy
21085
111877
-81,15%

qsort
522
728
-28,30%

dentadura
1389634
2770985
-49.85%

cronómetro
4970125
15367075
-67,66%

Por suposto, os microbenchmarks non sempre mostran unha imaxe obxectiva. O que importa é a diferenza no rendemento real da aplicación. Pero aquí a imaxe non era mellor. Os compañeiros de Scylla compararon instancias a1.metal e m5.4xlarge co mesmo número de procesadores. Nunha proba de lectura estándar de base de datos NoSQL nunha configuración de nodo único, a primeira mostrou 102 operacións de lectura por segundo e a segunda 000. En ambos os casos, todos os procesadores dispoñibles utilízanse ao 610%. Isto equivale a unha redución de seis veces no rendemento, que non se compensa co prezo máis baixo.

Ademais, as instancias A1 só se executan en EBS sen compatibilidade con dispositivos NVMe rápidos como outras instancias.

En xeral, o A1 foi un paso nunha nova dirección, pero non estivo á altura das expectativas de ARM.

A segunda chegada de ARM: instancias EC2 M6

Todo cambiou esta semana cando AWS presentou unha nova clase de servidores ARM, así como unha serie de instancias en novos procesadores Gravitón 2Ata M6g e M6gd.

A comparación destes casos mostra unha imaxe completamente diferente. Nalgunhas probas, ARM funciona mellor, e ás veces moito mellor, que x86.

Estes son os resultados de executar o mesmo comando de proba de esforzo:

Proba
EC2 M6g
EC2 M5d.metal
Diferenza

agocho
218
311
-29,90%

icache
45887
34368
33,52%

matriz
453982
252190
80,02%

CPU
14694
24077
-38,97%

memcpy
134711
111877
20,53%

qsort
943
728
29,53%

dentadura
3088242
2770985
11,45%

cronómetro
55515663
15367075
261,26%

Este é un asunto completamente diferente: o M6g é cinco veces máis rápido que o A1 cando realiza operacións de lectura desde a base de datos Scylla NoSQL, e as novas instancias de M6gd executan unidades NVMe rápidas.

ARM ofensiva en todas as frontes

O procesador AWS Graviton2 é só un exemplo de que ARM se usa nos centros de datos. Pero os sinais veñen de diferentes direccións. Por exemplo, o 15 de novembro de 2019, a startup estadounidense Nuvia atraeu 53 millóns de dólares en financiamento de risco.

A startup foi fundada por tres enxeñeiros líderes que participaron na creación de procesadores en Apple e Google. Prometen desenvolver procesadores para centros de datos que competirán con Intel e AMD.

En información dispoñibleNuvia deseñou un núcleo de procesador desde cero que se pode construír sobre a arquitectura ARM, pero sen obter unha licenza ARM.

Todo isto indica que os procesadores ARM están preparados para conquistar o mercado dos servidores. Despois de todo, vivimos nunha era post-PC. Os envíos anuais x86 caeron case un 10% desde o seu pico de 2011, mentres que os chips RISC dispararon ata os 20 millóns. Hoxe, o 99% dos procesadores de 32 e 64 bits do mundo son RISC.

Os gañadores do premio Turing John Hennessy e David Patterson publicaron un artigo en febreiro de 2019 "Unha nova idade de ouro para a arquitectura informática". Aquí tes o que escriben:

O mercado resolveu a disputa RISC-CISC. Aínda que CISC gañou as últimas etapas da era do PC, RISC está a gañar agora que chegou a era posterior ao PC. Non se crearon novas ISA CISC durante décadas. Para a nosa sorpresa, o consenso sobre os mellores principios ISA para procesadores de propósito xeral aínda hoxe se inclina a favor do RISC, 35 anos despois da súa invención... Nos ecosistemas de código aberto, os chips ben deseñados demostrarán avances convincentes e, polo tanto, acelerarán a adopción comercial. . A filosofía do procesador de propósito xeral nestes chips probablemente sexa RISC, que resistiu a proba do tempo. Espere a mesma innovación rápida que durante a última idade de ouro, pero esta vez en termos de custo, enerxía e seguridade, non só rendemento.

"A próxima década verá unha explosión cámbrica de novas arquitecturas informáticas, sinalando tempos emocionantes para os arquitectos informáticos na academia e na industria", conclúen o artigo.

Fonte: www.habr.com