האם עידן שרתי ARM מגיע?

לוח אם של SynQuacer E-Series לשרת ARM בעל 24 ליבות במעבד ARM Cortex A53 עם 32 GB של זיכרון RAM, דצמבר 2018

במשך שנים רבות, מעבדי ערכת הוראות מופחתת של ARM (RISC) שלטו בשוק המכשירים הניידים. אבל הם מעולם לא הצליחו לפרוץ למרכזי נתונים, שבהם אינטל ו-AMD עדיין שולטות עם ערכת ההוראות x86. מעת לעת מופיעים פתרונות אקזוטיים בודדים כמו שרת ARM בעל 24 ליבות בפלטפורמת Banana Pi, אבל עדיין אין הצעות רציניות. ליתר דיוק, זה היה רק ​​השבוע.

AWS השיקה השבוע מעבדי ARM משלה בעלי 64 ליבות בענן גרביטון 2 הוא מערכת-על-שבב עם ליבת ARM Neoverse N1. החברה טוענת ש-Graviton2 מהיר בהרבה ממעבדי ARM מהדור הקודם במקרי EC2 A1, והנה בדיקות עצמאיות ראשונות.

עסקי התשתיות עוסקים בהשוואת מספרים. למעשה, ללקוחות של מרכז נתונים או שירות ענן לא אכפת איזו ארכיטקטורה יש למעבדים. אכפת להם מיחס מחיר/ביצועים. אם ריצה על ARM זולה יותר מהפעלה על x86, אז הם ייבחרו.

עד לאחרונה, אי אפשר היה לומר באופן חד משמעי שמחשוב ב-ARM יהיה רווחי יותר מאשר ב-x86. לדוגמה, שרת בעל 24 ליבות ARM Cortex A53 הוא דגם SocioNext SC2A11 בעלות של כ-1000 דולר, שיכול להפעיל שרת אינטרנט באובונטו, אבל היה נחות בהרבה בביצועים ממעבד x86.

עם זאת, היעילות האנרגטית המדהימה של מעבדי ARM גורמת לנו להסתכל עליהם שוב ושוב. לדוגמה, ה-SocioNext SC2A11 צורך רק 5 W. אבל החשמל מהווה כמעט 20% מהעלויות של מרכז נתונים. אם השבבים האלה יראו ביצועים נאותים, אז ל-x86 לא יהיה סיכוי.

הופעתו הראשונה של ARM: EC2 A1 Instances

בסוף 2018, AWS הציגה מופעי EC2 A1 על מעבדי ARM שלנו. זה בהחלט היה איתות לענף לגבי שינויים פוטנציאליים בשוק, אבל תוצאות ההשוואה היו מאכזבות.

הטבלה למטה מציגה תוצאות מבחני מאמץ מופעי EC2 A1 (ARM) ו-EC2 M5d.metal (x86). כלי השירות שימש לבדיקה stress-ng:

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

כפי שאתה יכול לראות, הביצועים של A1 היו גרועים יותר בכל הבדיקות למעט המטמון. ברוב האינדיקטורים האחרים, ARM היה נחות מאוד. הפרש ביצועים זה גדול מהפרש המחיר של 46% בין ה-A1 ל-M5. במילים אחרות, למופעים במעבדי x86 עדיין היה יחס מחיר/ביצועים טוב יותר:

מִבְחָן
EC2 A1
EC2 M5d.metall
הבדל

מטמון
1280
311
311,58%

icache
18209
34368
-47,02%

מַטרִיצָה
77932
252190
-69,10%

מעבד
9336
24077
-61,22%

memcpy
21085
111877
-81,15%

qsort
522
728
-28,30%

שיניים
1389634
2770985
-49.85%

שעון עצר
4970125
15367075
-67,66%

כמובן, מדדי מיקרו לא תמיד מציגים תמונה אובייקטיבית. מה שחשוב הוא ההבדל בביצועי היישום בפועל. אבל כאן התמונה התבררה כלא טובה יותר. עמיתים מ-Scylla השוו מופעים של a1.metal ו-m5.4xlarge עם אותו מספר של מעבדים. במבחן קריאה סטנדרטי של מסד נתונים NoSQL בתצורת צומת בודד, הראשון הראה 102 פעולות קריאה בשנייה, והשני 000. בשני המקרים, כל המעבדים הזמינים משמשים ב-610%. זה שווה בערך הפחתה של פי שישה בביצועים, שלא מתקזזת מהמחיר הנמוך יותר.

בנוסף, מופעי A1 פועלים רק על EBS ללא תמיכה בהתקני NVMe מהירים כמו מופעים אחרים.

בסך הכל, ה-A1 היה צעד בכיוון חדש, אבל הוא לא עמד בציפיות של ARM.

בואו השני של ARM: מופעי EC2 M6

כל זה השתנה השבוע כאשר AWS הציגה סוג חדש של שרתי ARM, כמו גם מספר מקרים במעבדים חדשים גרביטון 2כולל M6g ו-M6gd.

השוואה בין מקרים אלו מראה תמונה שונה לחלוטין. בבדיקות מסוימות, ARM מתפקד טוב יותר, ולפעמים הרבה יותר, מאשר x86.

להלן התוצאות של הפעלת אותה פקודת בדיקת מאמץ:

מִבְחָן
EC2 M6g
EC2 M5d.metall
הבדל

מטמון
218
311
-29,90%

icache
45887
34368
33,52%

מַטרִיצָה
453982
252190
80,02%

מעבד
14694
24077
-38,97%

memcpy
134711
111877
20,53%

qsort
943
728
29,53%

שיניים
3088242
2770985
11,45%

שעון עצר
55515663
15367075
261,26%

זה עניין אחר לגמרי: ה-M6g מהיר פי חמישה מה-A1 בעת ביצוע פעולות קריאה ממסד הנתונים של Scylla NoSQL, והמופעים החדשים של M6gd מריצים כונני NVMe מהירים.

מתקפה של ARM בכל החזיתות

מעבד AWS Graviton2 הוא רק דוגמה אחת לשימוש ב-ARM במרכזי נתונים. אבל האותות מגיעים מכיוונים שונים. לדוגמה, ב-15 בנובמבר 2019, הסטארט-אפ האמריקאי Nuvia משך 53 מיליון דולר במימון סיכון.

הסטארטאפ הוקם על ידי שלושה מהנדסים מובילים שהיו מעורבים ביצירת מעבדים באפל ובגוגל. הם מבטיחים לפתח מעבדים למרכזי נתונים שיתחרו באינטל וב-AMD.

על מידע זמיןNuvia עיצבה ליבת מעבד מהיסוד שניתן לבנות על גבי ארכיטקטורת ARM, אך ללא קבלת רישיון ARM.

כל זה מצביע על כך שמעבדי ARM מוכנים לכבוש את שוק השרתים. אחרי הכל, אנחנו חיים בעידן פוסט-PC. משלוחי x86 שנתיים ירדו בכמעט 10% מאז השיא שלהם ב-2011, בעוד שבבי RISC זינקו ל-20 מיליארד. כיום, 99% ממעבדי 32 ו-64 סיביות בעולם הם RISC.

זוכי פרס טיורינג ג'ון הנסי ודיוויד פטרסון פרסמו מאמר בפברואר 2019 "תור זהב חדש לארכיטקטורת מחשבים". הנה מה שהם כותבים:

השוק יישב את מחלוקת RISC-CISC. אמנם CISC ניצחה בשלבים המאוחרים יותר של עידן ה-PC, אבל RISC מנצחת כעת, כשהגיע עידן הפוסט-PC. לא נוצרו CISC ISAs חדשים במשך עשרות שנים. להפתעתנו, הקונצנזוס לגבי עקרונות ה-ISA הטובים ביותר עבור מעבדים למטרות כלליות כיום עדיין נוטה לטובת RISC, 35 שנים לאחר המצאתו... במערכות אקולוגיות בקוד פתוח, שבבים מעוצבים היטב יפגינו התקדמות משכנעת ובכך יאיץ את האימוץ המסחרי . פילוסופיית המעבד למטרות כלליות בשבבים אלה תהיה ככל הנראה RISC, שעמד במבחן הזמן. צפו לאותה חדשנות מהירה כמו בתקופת תור הזהב האחרון, אבל הפעם במונחים של עלות, אנרגיה ובטיחות, לא רק בביצועים.

"בעשור הבא יראה התפוצצות קמבריה של ארכיטקטורות מחשבים חדשות, המאותת על זמנים מרגשים עבור אדריכלי מחשבים באקדמיה ובתעשייה", הם מסכמים את המאמר.

מקור: www.habr.com