Placa-mãe SynQuacer E-Series para servidor ARM de 24 núcleos com processador ARM Cortex A53 e 32 GB de RAM,
Por muitos anos, os processadores ARM com conjunto reduzido de instruções (RISC) dominaram o mercado de dispositivos móveis. Contudo, eles nunca conseguiram penetrar nos data centers, onde Intel e AMD ainda dominam com o conjunto de instruções x86. Algumas soluções exóticas, como , mas propostas sérias ainda não existem. Na verdade, não havia até esta semana.
Nesta semana, a AWS lançou em sua nuvem os próprios processadores ARM de 64 núcleos — um sistema em um chip com núcleo ARM Neoverse N1. A empresa afirma que o Graviton2 é muito mais rápido do que os processadores ARM da geração anterior em instâncias EC2 A1, e aqui estão os .
O negócio de infraestrutura é uma comparação de números. Essencialmente, para os clientes de um data center ou serviço em nuvem, não importa qual arquitetura os processadores têm. O que importa é a relação custo-desempenho. Se o trabalho em ARM for mais barato do que em x86, então serão escolhidos.
Até agora, não era possível afirmar de forma conclusiva que os cálculos em ARM seriam mais vantajosos do que em x86. Por exemplo, o servidor ARM Cortex A53 de 24 núcleos é um modelo com um preço em torno de $1000, que poderia iniciar um servidor web em Ubuntu, mas em termos de desempenho ficava bem atrás dos processadores x86.
No entanto, a impressionante eficiência energética dos processadores ARM leva a uma nova consideração. Por exemplo, o SocioNext SC2A11 consome apenas 5 W. E a energia elétrica responde por quase 20% dos custos de um data center. Se esses chips mostrarem um desempenho decente, então o x86 não terá mais chances.
A primeira chegada do ARM: instâncias EC2 A1
No final de 2018, a AWS apresentou com seus próprios processadores ARM. Definitivamente, isso foi um sinal para a indústria sobre as mudanças potenciais no mercado, mas os resultados dos benchmarks foram desapontadores.
Na tabela abaixo, estão das instâncias EC2 A1 (ARM) e EC2 M5d.metal (x86). Para o teste, foi utilizada a ferramenta 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 podemos ver, o A1 teve um desempenho inferior em todos os testes, exceto no cache. Na maioria dos outros parâmetros, o ARM ficou muito atrás. Essa diferença de desempenho é maior do que a diferença de preço de 46% entre A1 e M5. Em outras palavras, as instâncias com processadores x86 ainda eram mais vantajosas em termos de custo/benefício:
Test
EC2 A1
EC2 M5d.metal
A diferença
cache
1280
311
311,58%
icache
18209
34368
-47,02%
matrix
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%
Claro, os microbenchmarking nem sempre mostram uma imagem objetiva. A diferença no desempenho real do aplicativo é importante. Mas aqui a situação não foi melhor. Os colegas da Scylla compararam as instâncias a1.metal e m5.4xlarge com o mesmo número de processadores. No teste padrão de leitura de banco de dados NoSQL em configuração de nó único, a primeira mostrou 102.000 operações de leitura por segundo, enquanto a segunda 610.000. Em ambos os casos, todos os processadores disponíveis estão sendo utilizados a 100%. Isso representa uma queda de desempenho de cerca de seis vezes, que não é compensada pelo preço mais baixo.
Além disso, as instâncias A1 funcionam apenas com EBS sem suporte para dispositivos rápidos NVMe, como nas outras instâncias.
Em geral, o A1 foi um passo em uma nova direção, mas não atendeu às expectativas em relação ao ARM.
A segunda vinda do ARM: instâncias EC2 M6
Tudo mudou esta semana, quando a AWS apresentou uma nova classe de servidores ARM, assim como uma série de instâncias com novos processadores , incluindo .
A comparação dessas instâncias já mostra uma imagem completamente diferente. Em alguns testes, o ARM se saiu melhor e, em outros, muito melhor do que o x86.
Aqui estão os resultados da execução do mesmo comando de teste de estresse:
Test
EC2 M6g
EC2 M5d.metal
A diferença
cache
218
311
-29,90%
icache
45887
34368
33,52%
matrix
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%
Isso já é uma outra história: o M6g é cinco vezes mais rápido que o A1 ao realizar operações de leitura do banco de dados Scylla NoSQL, e nas novas instâncias M6gd funcionam os rápidos dispositivos de armazenamento NVMe.
O avanço do ARM em todas as frentes
O processador AWS Graviton2 é apenas um exemplo do uso de ARM em data centers. Mas sinais estão chegando de várias partes. Por exemplo, em 15 de novembro de 2019, a startup americana Nuvia .
A startup foi fundada por três engenheiros de destaque que trabalharam na criação de processadores na Apple e no Google. Eles prometem desenvolver processadores para data centers que rivalizem com Intel e AMD.
De acordo com , a Nuvia projetou do zero um núcleo de processador que pode ser construído "em cima" da arquitetura ARM, mas sem obter uma licença da ARM.
Tudo isso indica que os processadores ARM estão prontos para conquistar o mercado de servidores. Afinal, vivemos na era pós-PC. As remessas anuais de x86 caíram quase 10% desde seu pico em 2011, enquanto os chips RISC aumentaram para 20 bilhões. Hoje, 99% dos processadores de 32 e 64 bits no mundo são RISC.
Os laureados do Prêmio Turing, John Hennessy e David Patterson, publicaram em fevereiro de 2019 um artigo . Veja o que eles escrevem:
O mercado resolveu a disputa entre RISC e CISC. Embora o CISC tenha vencido as etapas posteriores da era dos PCs, o RISC está triunfando agora, na era pós-PC. Novos ISA em CISC não foram criados por décadas. Para nossa surpresa, a opinião geral sobre os melhores princípios de ISA para processadores de uso geral hoje ainda pende a favor do RISC, 35 anos após sua invenção... Em ecossistemas de código aberto, chips habilidosamente projetados demonstrarão de forma convincente esses avanços, acelerando assim a adoção comercial. A filosofia dos processadores de uso geral nesses chips provavelmente será o RISC, que resistiu ao teste do tempo. Esperem inovações rápidas como as do último período de ouro, mas desta vez com foco em custo, energia e segurança, e não apenas em desempenho.
“Na próxima década, haverá uma explosão cambriana de novas arquiteturas computacionais, sinalizando tempos emocionantes para arquitetos de computação tanto no meio acadêmico quanto na indústria”, é a conclusão que eles apresentam ao final do artigo.
Fonte: habr.com
