Kalifornská spoločnosť Ampér predstavil prvý 80-jadrový serverový procesor ARM založený na 64-bitovej architektúre Ampere Altra.

Odborníci už niekoľko rokov predpovedajú, že platforma ARM bude v dátových centrách konkurovať x86, no nestalo sa tak. Koncom roka 2019 tam dominuje Intel s podielom 95,5 %, AMD má 4,5 %.

Nový ARM procesor v celočíselnom benchmarku SPECrate 2017 však vykazuje lepší výkon ako najrýchlejší 64-jadrový AMD EPYC alebo špičkový 28-jadrový Xeon z rodiny Cascade Lake. Toto je už vážne tvrdenie (hoci výsledky benchmarkov sú trochu „prekrútené“, pozri nižšie).

Hlavnou výhodou ARM je energetická efektívnosť, ktorá sa vzhľadom na architektúru nemôže porovnávať s x86 procesormi. 80-jadrový Ampere Altra má TDP 45-210W a taktovanie 3GHz.

Ampere verí, že jedno vlákno na jadro namiesto dvoch prispieva k vyššej bezpečnosti, pretože tento dizajn lepšie chráni jednotlivé jadrá pred útokmi z bočných kanálov, ako sú Meltdown a Spectre.

Procesor je určený pre serverové aplikácie, ako je analýza údajov, umelá inteligencia, databázy, úložiská, telekomunikačné zásobníky, edge computing, webhosting a cloudové aplikácie. Najmä pre aplikácie strojového učenia hardvér podporuje dátové formáty FP16 (polovičná presnosť) a INT8 (jednobajtové celé číslo). Nechýba ani hardvérovo akcelerované hashovanie AES a SHA-256.

Čipy sú vyrábané 7nm procesom TSMC. Prvé vzorky CPU už boli zaslané potenciálnym zákazníkom a masová výroba sa má začať v polovici roku 2020.

Generálny riaditeľ Ampere a bývalá prezidentka Intelu Renée Jamesová založila Ampere Computing v októbri 2017 zo skrachovanej spoločnosti Applied Micro Circuits Corporation (1979 – 2017), ktorá tiež navrhla serverové procesory ARM. Konkrétne v roku 2011 predstavil 64-bitovú platformu X-Gene založenú na ARMv8-A.

James teraz spája svoje pozície generálneho riaditeľa a predsedu predstavenstva Ampere Computing s pozíciou podpredsedu Národného bezpečnostného telekomunikačného poradného výboru, ktorý radí prezidentovi Spojených štátov.

Som zvedavý, aký úspešný bude nový pokus o uvedenie procesorov ARM na trh serverov.

„Vydali sme procesor s najvyšším počtom jadier na trhu,“ говорит James. „Teraz sme to poslali [na testovanie] niektorým z najväčších cloudových poskytovateľov v tomto odvetví... Myslím, že ľudia budú prekvapení. [Nahradiť predchádzajúce technológie] vždy je niečo nové. A ak nie z existujúcej firmy, tak z novej. Je veľmi vzrušujúce pracovať na tom, čo považujem za ďalší krok v tomto odvetví.“

V minulých rokoch sa veľa hovorilo o 64-bitových serverových čipoch ARM, keď sa AMD a vyššie spomínané Applied Micro pokúšali vyrábať podobné procesory. Tieto spoločnosti však zlyhali. AMD ukončilo svoj projekt ARM, zatiaľ čo majetok Applied Micro boli predané Spoločnosť Macom. V roku 2017 od neho Carlyle Group kúpila divíziu procesorov ARM. Dohoda sa uzavrela na konci roka 2019 a James prevzala funkciu generálnej riaditeľky novej spoločnosti, čím opustila svoju pozíciu COO v Carlyle Group.

Dve platformy serverov Ampere: Mt. Jade a Mt. Sneh

Jednovláknové jadrá Ampere Altra a „husté energeticky efektívne servery“, ktoré môžu byť postavené na takýchto CPU, umožnia zákazníkom „maximalizovať počet služieb, ktoré môžu nasadiť v cloude,“ uviedla spoločnosť.

Na platforme je založený procesor Ampere Altra ARM Neoverse N1. Pozitívna spätná väzba na nové servery pochádza od inžinierov Microsoft Azure, Oracle, Canonical, VMware, Kinvolk, Packet, Lenovo, Gigabyte, Wiwynn a Micron, ktorých všetkých cituje tlačová správa.

Server Mt. Jade na dvoch procesoroch (160 jadier): dátová analytika, databáza, web

Spoločnosť tvrdí, že softvér je pripravený na Ampere Altra: „Najdôležitejšou vecou v súčasnosti je, že ak sa pozriete na všetky úrovne, úroveň OS, všetko od Linuxu cez BSD po Windows, každý podporuje ARM,“ hovorí Jeff Wittich. Hlavný viceprezident Ampere Products. - Pre virtualizáciu máme podporu pre Kubernetes, Docker, VMware a KBM. Všetko je tam podporované. Na aplikačnej úrovni už u nás funguje všetko, čo dnes funguje v cloude.“

Server Mt. Sneh na procesor: edge computing, telekomunikačné služby, web, úložisko

Špecifikácie

• Procesorový subsystém
  • 80 ARM v8.2+ 64-bitových jadier až do 3,0 GHz s Sustained Turbo, pridané niektoré vylepšenia z ARM v8.3 a v8.4
  • 1 KB L64 I-cache, 1 KB L64 D-cache na jadro, 2 MB L1 cache na jadro, 32 MB zdieľaná vyrovnávacia pamäť na systémovej úrovni (SLC)
  • Tok krátkych inštrukcií SIMD (Jedna inštrukcia, viacero údajov) s dvojnásobnou šírkou (128 bitov)
  • Koherentné prepojenia v mesh sieti
• Systémová pamäť
  • 8x 72-bit DDR4-3200 kanálov
  • ECC, ECC založené na symboloch, DDR4 RAS
  • Až 16 DIMM a 4 TB na zásuvku
• Systémové prostriedky
  • Plná virtualizácia prerušení (GICv3)
  • Úplná I/O virtualizácia (SMMUv3)
  • Spoľahlivosť RAS (Reliability, Availability, Serviceability) triedy podnikových serverov
• Sieť
  • 128 liniek PCIe Gen4
    • 8 x 8 PCIe + 4 x 16 PCIe/CCIX s podporou režimu Extended Speed ​​Mode (ESM) pre prenos dát rýchlosťou 20/25 GT/s (gigatransakcie za sekundu)
    • 48 ovládačov na podporu až 32 x2 pripojení
  • 192 riadkov v konfigurácii 2P
  • Podpora viacerých zásuviek
  • 4 riadky x16 CCIX
• Rozsah teplôt – od 0°C do +90°C
• Jedlo
  • CPU: 0,80 V, DDR4: 1,2 V
  • I/O: 3,3 V/1,8 V, SerDes PLL: 1,8 V
• Správa napájania – Dynamické vyhodnotenie, Turbo Gen2, ochrana proti poklesu napätia
• bývanie – 4926-pin FCLGA
• Производство – 7nm FinFET technológia

Benchmarks

Jeff Wittich hovorí, že v testoch má procesor Ampere o 4 % lepší výkon ako najrýchlejší procesor EPYC od AMD a spotrebuje o 14 % menej energie. Ide o 64-jadrový procesor EPYC.
7742 s TDP 225W a cenou 6950 USD. Ide o najvýkonnejší z rodiny procesorov EPYC 2 založenej na mikroarchitektúre Zen 2. Rodina bola predstavená v auguste 2019.

Wittich uviedol aj porovnanie s 28-jadrovým procesorom Xeon z rodiny Cascade Lake. Procesor Ampere Altra ho prekonal „2,23-krát vo výkone a 2,11-krát v energetickej účinnosti“. Tu boli údaje porovnané s 28-jadrovým Xeon Platinum 8280 (205 W) a energetická účinnosť bola vypočítaná na základe jedného jadra.

V celočíselnom benchmarku SPECrate 2017 má procesor Ampere Altra údajne viac ako 259 bodov. výsledková tabuľka je to horšie ako špičkový výkon serverového systému ASUS RS720A-E9 (KNPP-D32) (2.20 GHz, AMD EPYC 7601) a serverového systému ASUS RS500A-E10 (KRPA-U16) 2.25 GHz, AMD EPYC 7742.

V porovnaní výkonu však Ampere použil na výsledky AMD faktor 0,85 kvôli použitiu kompilačného balíka AMD64 na kompiláciu benchmarkového kódu v porovnaní s GCC 8.2, ktorý použil sám, pretože kompilátor AMD C/C++ produkuje optimalizovanejší kód ako GCC pre ARM.

Napriek takýmto benchmarkovým vylepšeniam vyzerá Ampere Altra veľmi pôsobivo z hľadiska výkonu a energetickej účinnosti. Typický 42U serverový rack s výkonom 12,5 kW môže obsahovať približne 3500 XNUMX procesorových jadier, čím sa ušetrí vo wattoch na jadro.

A toto je len začiatok. Jeff Wittich uviedol, že o rok príde na trh ďalší produkt s kódovým označením Mystique, pričom Ampere ešte zvýši počet jadier.

Mystique bude podporovať rovnaký konektor, takže nie je potrebné meniť základné dosky. Nová generácia Siryn SoC je naplánovaná na rok 2022.

V posledných rokoch sme videli niekoľko pokusov o uvoľnenie serverových procesorov ARM od rôznych spoločností: Broadcom/Cavium/Marvell, Calxeda, Huawei, Fujitsu, Phytium, Annapurna/Amazon a AppliedMicro/Ampere. Väčšina týchto pokusov bola neúspešná. Existujú však náznaky, že situácia sa mení. V decembri 2019 Amazon zavedené do výroby servery so 64-jadrovými procesormi ARM Gravitón2 je systém na čipe na rovnakom jadre ako jadro ARM Neoverse N1. V niektorých testoch fungovali inštancie ARM (M6g a M6gd) lepšie a niekedy oveľa lepšie ako x86.

V novembri 2019 bolo oznámené, že americký startup Nuvia získala 53 miliónov dolárov z rizikového financovania. Startup založili traja hlavní inžinieri, ktorí sa podieľali na tvorbe procesorov v spoločnostiach Apple a Google. Sľubujú tiež vývoj serverových procesorov, ktoré budú konkurovať Intelu a AMD. Autor: dostupné informácie, Nuvia od základu navrhla procesorové jadro, ktoré možno postaviť „navrch“ architektúry ARM, avšak bez získania licencie ARM.

To všetko naznačuje, že RISC procesory nájdu uplatnenie nielen v mobilných zariadeniach, ale aj na serveroch, ako aj v stolných počítačoch a notebookoch. Mimochodom, kolujú klebety, že Budúce Apple MacBooky prídu aj s procesormi ARM.

V skutočnosti sú najnovšie modely iPad Pro s procesormi A12X založenými na ARM výkonovo takmer na rovnakej úrovni ako 15-palcový MacBook Pro s procesormi Core i7 a Core i9, takže takýto upgrade by bol celkom logický.

Zdroj: hab.com