Płyta główna SynQuacer E-Series dla 24-rdzeniowego serwera ARM z procesorem ARM Cortex A53 i 32 GB pamięci RAM,
Przez wiele lat procesory ARM z zestawem instrukcji RISC dominowały na rynku urządzeń mobilnych. Jednak nie udało im się przebić do centrów danych, gdzie wciąż królują Intel i AMD z architekturą x86. Okazjonalnie pojawiają się pojedyncze egzotyczne rozwiązania, takie jak , ale poważnych ofert jak dotąd nie było. Właściwie nie było do tego tygodnia.
W tym tygodniu AWS uruchomiła w chmurze własne 64-rdzeniowe procesory ARM — to system na chipie z rdzeniem ARM Neoverse N1. Firma twierdzi, że Graviton2 jest znacznie szybszy niż procesory ARM poprzedniej generacji w instancjach EC2 A1, a oto .
Biznes infrastrukturalny to porównanie cyfr. W zasadzie dla klientów centrum danych lub usługi chmurowej nie ma znaczenia, jaka architektura mają procesory. Interesuje ich stosunek ceny do wydajności. Jeśli praca na ARM jest tańsza niż na x86, to zdecydują się na nie.
Do niedawna nie można było jednoznacznie stwierdzić, że obliczenia na ARM będą bardziej opłacalne niż na x86. Na przykład serwerowy 24-rdzeniowy ARM Cortex A53 to model w cenie około 1000 USD, który mógł uruchomić serwer WWW na Ubuntu, ale pod względem wydajności znacznie ustępował procesorom x86.
Jednak zdumiewająca energoefektywność procesorów ARM sprawia, że warto na nowo przyjrzeć się im. Na przykład, SocioNext SC2A11 zużywa zaledwie 5 W. A przecież na energię elektryczną przypada prawie 20% kosztów centrum danych. Jeśli te chipy okażą się wydajne, to x86 nie będzie miał szans.
Pierwsze przybycie ARM: instancje EC2 A1
Pod koniec 2018 roku AWS zaprezentowała na własnych procesorach ARM. To zdecydowanie był sygnał dla branży o potencjalnych zmianach na rynku, ale wyniki benchmarków okazały się niezbyt obiecujące.
W poniższej tabeli przedstawiono instancji EC2 A1 (ARM) i EC2 M5d.metal (x86). Do testowania używana była aplikacja stress-ng:
stress-ng --metrics-brief --cache 16 --icache 16 --matrix 16 --cpu 16 --memcpy 16 --qsort 16 --dentry 16 --timer 16 -t 1m
Jak widać, instancje A1 spisały się gorzej we wszystkich testach, poza pamięcią podręczną. W większości innych wskaźników ARM ustępowały znacznie. Ta różnica w wydajności jest większa niż różnica w cenie wynosząca 46% pomiędzy A1 a M5. Innymi słowy, instancje na procesorach x86 wciąż pozostają korzystniejsze pod względem stosunku ceny do wydajności:
Test
EC2 A1
EC2 M5d.metal
Różnica
pamięć podręczna
1280
311
311,58%
icache
18209
34368
-47,02%
macierz
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%
Oczywiście, mikrobenchmarki nie zawsze pokazują obiektywny obraz. Ważna jest różnica w rzeczywistej wydajności aplikacji. Ale i tutaj sytuacja nie była lepsza. Koledzy z Scylla porównali instancje a1.metal i m5.4xlarge z taką samą liczbą procesorów. W standardowym teście odczytu bazy danych NoSQL w konfiguracji z jednym węzłem pierwsza uzyskała 102 000 operacji odczytu na sekundę, a druga 610 000. W obu przypadkach wszystkie dostępne procesory były wykorzystywane w 100%. To odpowiada spadkowi wydajności o około sześć razy, co nie jest rekompensowane niższą ceną.
Ponadto, instancje A1 działają tylko na EBS bez wsparcia dla szybkich urządzeń NVMe, jak w innych instancjach.
Ogólnie rzecz biorąc, A1 był krokiem w nowym kierunku, ale nie spełnił oczekiwań dotyczących ARM.
Drugie przyjście ARM: instancje EC2 M6
Wszystko zmieniło się w tym tygodniu, kiedy AWS zaprezentowało nową klasę serwerów ARM oraz szereg instancji na nowych procesorach , w tym .
Porównanie tych instancji pokazuje już zupełnie inny obraz. W niektórych testach ARM wypada lepiej, a czasem znacznie lepiej niż x86.
Oto wyniki wykonania tej samej komendy testowej:
Test
EC2 M6g
EC2 M5d.metal
Różnica
pamięć podręczna
218
311
-29,90%
icache
45887
34368
33,52%
macierz
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%
To już zupełnie inna sprawa: M6g jest pięć razy szybszy od A1 podczas wykonywania operacji odczytu z bazy danych Scylla NoSQL, a w nowych instancjach M6gd działają szybkie nośniki NVMe.
Natarcie ARM na wszystkich frontach
Procesor AWS Graviton2 to tylko jeden przykład zastosowania ARM w centrach danych. Jednak sygnały płyną z różnych stron. Na przykład 15 listopada 2019 roku amerykański startup Nuvia .
Startup został założony przez trzech wiodących inżynierów, którzy pracowali nad tworzeniem procesorów w Apple i Google. Obiecują opracować procesory do centrów danych, które będą konkurować z Intelem i AMD.
Według , Nuvia zaprojektowała od podstaw rdzeń procesora, który może być zbudowany „na bazie” architektury ARM, ale bez uzyskania licencji ARM.
Wszystko to wskazuje na to, że procesory ARM są gotowe podbić rynek serwerów. W końcu żyjemy w epoce post-PC. Roczne dostawy x86 spadły o prawie 10% od szczytowego roku 2011, podczas gdy chipy RISC wzrosły do 20 miliardów. Dziś 99% procesorów 32- i 64-bitowych na świecie to RISC.
Laureaci Nagrody Turinga John Hennessy i David Patterson w lutym 2019 roku opublikowali artykuł . Oto co piszą:
Rynek rozstrzygnął spór między RISC a CISC. Chociaż CISC wygrał późniejsze etapy ery PC, RISC wygrywa teraz, gdy nadeszła era post-PC. Od dziesięcioleci nie tworzono nowych ISA dla CISC. Ku naszemu zaskoczeniu, ogólna opinia na temat najlepszych zasad ISA dla procesorów ogólnego przeznaczenia wciąż skłania się ku RISC, 35 lat po jego wynalezieniu… W ekosystemach z otwartym kodem starannie zaprojektowane chipy przekonująco zademonstrują osiągnięcia, przyspieszając tym samym komercyjne wdrożenie. Filozofią procesorów ogólnego przeznaczenia w tych chipach prawdopodobnie będzie RISC, który przeszedł próbę czasu. Oczekuj takich samych szybkich innowacji, jak za czasów ubiegłej złotej ery, ale tym razem z perspektywy kosztów, energii i bezpieczeństwa, a nie tylko wydajności.
„W ciągu następnej dekady dojdzie do kambryjskiego wybuchu nowych architektur komputerowych, co oznacza ekscytujące czasy dla architektów komputerowych w akademickich kręgach i w branży” — taki wniosek stawiają na koniec artykułu.
Źródło: habr.com
