Apakah era server ARM akan datang?

Motherboard SynQuacer E-Series untuk server ARM 24-core pada prosesor ARM Cortex A53 dengan RAM 32 GB, Desember 2018

Selama bertahun-tahun, prosesor set instruksi tereduksi ARM (RISC) telah mendominasi pasar perangkat seluler. Namun mereka tidak pernah berhasil membobol pusat data, di mana Intel dan AMD masih menguasai set instruksi x86. Dari waktu ke waktu, solusi eksotik tertentu muncul, seperti Server ARM 24-core pada platform Banana Pi, tapi belum ada proposal yang serius. Lebih tepatnya, baru pada minggu ini.

AWS meluncurkan prosesor ARM 64-core miliknya di cloud minggu ini gravitasi2 adalah sistem-on-chip dengan inti ARM Neoverse N1. Perusahaan mengklaim bahwa Graviton2 jauh lebih cepat daripada prosesor ARM generasi sebelumnya dalam instans EC2 A1, dan ini dia tes independen pertama.

Bisnis infrastruktur adalah tentang membandingkan angka-angka. Faktanya, klien pusat data atau layanan cloud tidak peduli arsitektur apa yang dimiliki prosesor. Mereka peduli dengan rasio harga/kinerja. Jika menjalankan di ARM lebih murah daripada menjalankan di x86, maka mereka akan dipilih.

Sampai saat ini, tidak mungkin untuk mengatakan dengan tegas bahwa komputasi pada ARM akan lebih menguntungkan dibandingkan pada x86. Misalnya, server 24-core ARM Cortex A53 adalah modelnya SocioNext SC2A11 dengan biaya sekitar $1000, yang dapat menjalankan server web di Ubuntu, tetapi kinerjanya jauh lebih rendah dibandingkan prosesor x86.

Namun, efisiensi energi yang luar biasa dari prosesor ARM membuat kita terus melihatnya. Misalnya, SocioNext SC2A11 hanya mengonsumsi 5 W. Namun listrik menyumbang hampir 20% biaya pusat data. Jika chip ini menunjukkan kinerja yang layak, maka x86 tidak akan memiliki peluang.

Kedatangan Pertama ARM: Instans EC2 A1

Pada akhir tahun 2018, AWS diperkenalkan Instans EC2 A1 pada prosesor ARM kami sendiri. Hal ini jelas merupakan sinyal bagi industri mengenai potensi perubahan di pasar, namun hasil benchmarknya mengecewakan.

Tabel di bawah ini menunjukkan hasil pengujian stres Instans EC2 A1 (ARM) dan EC2 M5d.metal (x86). Utilitas digunakan untuk pengujian stress-ng:

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

Seperti yang Anda lihat, kinerja A1 lebih buruk di semua pengujian kecuali cache. Di sebagian besar indikator lainnya, ARM sangat inferior. Perbedaan performa ini lebih besar dibandingkan perbedaan harga sebesar 46% antara A1 dan M5. Dengan kata lain, instance pada prosesor x86 masih memiliki rasio harga/kinerja yang lebih baik:

uji
EC2 A1
EC2 M5d.logam
Perbedaan

Cache
1280
311
311,58%

icache
18209
34368
-47,02%

matriks
77932
252190
-69,10%

cpu
9336
24077
-61,22%

memcpy
21085
111877
-81,15%

qsort
522
728
-28,30%

kedokteran gigi
1389634
2770985
-49.85%

Timer
4970125
15367075
-67,66%

Tentu saja, microbenchmark tidak selalu menunjukkan gambaran objektif. Yang penting adalah perbedaan kinerja aplikasi sebenarnya. Namun di sini gambarannya ternyata tidak lebih baik. Rekan kerja dari Scylla membandingkan instance a1.metal dan m5.4xlarge dengan jumlah prosesor yang sama. Dalam uji baca database NoSQL standar dalam konfigurasi node tunggal, yang pertama menunjukkan 102 operasi baca per detik, dan yang kedua 000. Dalam kedua kasus, semua prosesor yang tersedia digunakan 610%. Hal ini setara dengan penurunan kinerja sekitar enam kali lipat, yang tidak diimbangi dengan harga yang lebih rendah.

Selain itu, instans A1 hanya berjalan di EBS tanpa dukungan untuk perangkat NVMe cepat seperti instans lainnya.

Secara keseluruhan, A1 merupakan langkah ke arah yang baru, namun tidak memenuhi harapan ARM.

Kedatangan Kedua ARM: Instans EC2 M6

Semuanya berubah minggu ini ketika AWS memperkenalkan kelas baru server ARM, serta sejumlah instans pada prosesor baru gravitasi2Termasuk M6g dan M6gd.

Membandingkan contoh-contoh ini menunjukkan gambaran yang sangat berbeda. Dalam beberapa pengujian, kinerja ARM lebih baik, dan terkadang jauh lebih baik, dibandingkan x86.

Berikut adalah hasil menjalankan perintah stress test yang sama:

uji
EC2 M6g
EC2 M5d.logam
Perbedaan

Cache
218
311
-29,90%

icache
45887
34368
33,52%

matriks
453982
252190
80,02%

cpu
14694
24077
-38,97%

memcpy
134711
111877
20,53%

qsort
943
728
29,53%

kedokteran gigi
3088242
2770985
11,45%

Timer
55515663
15367075
261,26%

Ini adalah masalah yang sangat berbeda: M6g lima kali lebih cepat daripada A1 saat melakukan operasi baca dari database Scylla NoSQL, dan instance M6gd baru menjalankan drive NVMe yang cepat.

ARM menyerang di semua lini

Prosesor AWS Graviton2 hanyalah salah satu contoh ARM yang digunakan di pusat data. Namun sinyalnya datang dari arah yang berbeda. Misalnya saja pada 15 November 2019, startup Amerika Nuvia menarik $53 juta dalam pendanaan ventura.

Startup ini didirikan oleh tiga insinyur terkemuka yang terlibat dalam pembuatan prosesor di Apple dan Google. Mereka berjanji akan mengembangkan prosesor untuk pusat data yang akan bersaing dengan Intel dan AMD.

Pada informasi yang tersediaNuvia telah merancang inti prosesor dari awal yang dapat dibangun di atas arsitektur ARM, tetapi tanpa memperoleh lisensi ARM.

Semua ini menunjukkan bahwa prosesor ARM siap menaklukkan pasar server. Bagaimanapun, kita hidup di era pasca-PC. Pengiriman x86 tahunan telah turun hampir 10% sejak puncaknya pada tahun 2011, sementara chip RISC telah melonjak hingga 20 miliar. Saat ini, 99% prosesor 32 dan 64-bit di dunia adalah RISC.

Pemenang Turing Award John Hennessy dan David Patterson menerbitkan sebuah artikel pada Februari 2019 "Zaman Keemasan Baru untuk Arsitektur Komputer". Inilah yang mereka tulis:

Pasar telah menyelesaikan perselisihan RISC-CISC. Meskipun CISC memenangkan tahap akhir dari era PC, namun RISC menang saat era pasca-PC telah tiba. Tidak ada ISA CISC baru yang dibuat selama beberapa dekade. Yang mengejutkan kami, konsensus mengenai prinsip ISA terbaik untuk prosesor tujuan umum saat ini masih mendukung RISC, 35 tahun setelah penemuannya... Dalam ekosistem sumber terbuka, chip yang dirancang dengan baik akan menunjukkan kemajuan yang menarik dan dengan demikian mempercepat adopsi komersial . Filosofi prosesor tujuan umum dalam chip ini kemungkinan besar adalah RISC, yang telah teruji oleh waktu. Harapkan inovasi cepat yang sama seperti pada masa keemasan terakhir, namun kali ini dalam hal biaya, energi dan keselamatan, bukan hanya kinerja.

“Dekade berikutnya kita akan melihat ledakan arsitektur komputer baru pada masa Kambrium, yang menandakan masa-masa yang menyenangkan bagi para arsitek komputer di dunia akademis dan industri,” mereka menyimpulkan makalah tersebut.

Sumber: www.habr.com