ยุคของเซิร์ฟเวอร์ ARM กำลังมาหรือไม่?

มาเธอร์บอร์ด SynQuacer E-Series สำหรับเซิร์ฟเวอร์ ARM 24 คอร์บนโปรเซสเซอร์ ARM Cortex A53 พร้อม RAM ขนาด 32 GB ธันวาคม 2018

เป็นเวลาหลายปีที่โปรเซสเซอร์ ARM ลดชุดคำสั่ง (RISC) ครองตลาดอุปกรณ์เคลื่อนที่ แต่พวกเขาไม่เคยบุกเข้าไปในศูนย์ข้อมูลได้เลย โดยที่ Intel และ AMD ยังคงครองราชย์ด้วยชุดคำสั่ง x86 ในบางครั้งวิธีแก้ปัญหาแปลกใหม่ก็ปรากฏขึ้นเช่น เซิร์ฟเวอร์ ARM 24 คอร์บนแพลตฟอร์ม Banana Piแต่ยังไม่มีข้อเสนอที่จริงจัง แม่นยำกว่านั้นคือยังไม่ถึงสัปดาห์นี้

AWS เปิดตัวโปรเซสเซอร์ ARM 64 คอร์ของตัวเองในระบบคลาวด์ในสัปดาห์นี้ กราวิตอน2 เป็นระบบบนชิปที่มีคอร์ ARM Neoverse N1 บริษัทอ้างว่า Graviton2 เร็วกว่าโปรเซสเซอร์ ARM รุ่นก่อนหน้ามากในอินสแตนซ์ EC2 A1 และนี่คือ การทดสอบอิสระครั้งแรก.

ธุรกิจโครงสร้างพื้นฐานเป็นเรื่องเกี่ยวกับการเปรียบเทียบตัวเลข อันที่จริง ลูกค้าของศูนย์ข้อมูลหรือบริการคลาวด์ไม่สนใจว่าโปรเซสเซอร์จะมีสถาปัตยกรรมแบบใด พวกเขาให้ความสำคัญกับอัตราส่วนราคา/ประสิทธิภาพ หากการทำงานบน ARM ราคาถูกกว่าการทำงานบน x86 ก็จะถูกเลือก

จนกระทั่งเมื่อไม่นานมานี้ เป็นไปไม่ได้ที่จะพูดได้อย่างชัดเจนว่าการประมวลผลบน ARM จะทำกำไรได้มากกว่าบน x86 ตัวอย่างเช่นเซิร์ฟเวอร์ 24-core ARM Cortex A53 เป็นรุ่น โซซิโอเน็กซ์ SC2A11 ราคาประมาณ 1000 ดอลลาร์ซึ่งสามารถใช้งานเว็บเซิร์ฟเวอร์บน Ubuntu ได้ แต่มีประสิทธิภาพด้อยกว่าโปรเซสเซอร์ x86 มาก

อย่างไรก็ตาม ประสิทธิภาพการใช้พลังงานอันน่าทึ่งของโปรเซสเซอร์ ARM ทำให้เราพิจารณาสิ่งเหล่านี้ครั้งแล้วครั้งเล่า ตัวอย่างเช่น SocioNext SC2A11 กินไฟเพียง 5 W แต่ค่าไฟฟ้าคิดเป็นเกือบ 20% ของต้นทุนของศูนย์ข้อมูล หากชิปเหล่านี้แสดงประสิทธิภาพที่ดี x86 ก็จะไม่มีโอกาส

การมาครั้งแรกของ ARM: อินสแตนซ์ EC2 A1

เมื่อปลายปี 2018 AWS ได้เปิดตัว อินสแตนซ์ EC2 A1 บนโปรเซสเซอร์ ARM ของเราเอง นี่เป็นสัญญาณที่ชัดเจนถึงอุตสาหกรรมเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงที่อาจเกิดขึ้นในตลาด แต่ผลลัพธ์ของการวัดประสิทธิภาพก็น่าผิดหวัง

ตารางด้านล่างแสดง ผลการทดสอบความเครียด อินสแตนซ์ EC2 A1 (ARM) และ EC2 M5d.metal (x86) ยูทิลิตี้นี้ใช้สำหรับการทดสอบ stress-ng:

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

อย่างที่คุณเห็น A1 ทำได้แย่กว่าในการทดสอบทั้งหมดยกเว้นแคช ในตัวชี้วัดอื่นๆ ส่วนใหญ่ ARM ด้อยกว่ามาก ความแตกต่างของประสิทธิภาพนี้มากกว่าความแตกต่างราคา 46% ระหว่าง A1 และ M5 กล่าวอีกนัยหนึ่ง อินสแตนซ์บนโปรเซสเซอร์ x86 ยังคงมีอัตราส่วนราคา/ประสิทธิภาพที่ดีกว่า:

ทดสอบ
อีซี2 เอ1
EC2 M5d.โลหะ
ข้อแตกต่าง

แคช
1280
311
ลด 311,58%

ไอแคช
18209
34368
-47,02%

เมทริกซ์
77932
252190
-69,10%

ซีพียู
9336
24077
-61,22%

เมมปี้
21085
111877
-81,15%

เรียงลำดับ
522
728
-28,30%

ทันตกรรม
1389634
2770985
-49.85%

เครื่องจับเวลา
4970125
15367075
-67,66%

แน่นอนว่า Microbenchmarks ไม่ได้แสดงภาพที่มีวัตถุประสงค์เสมอไป สิ่งที่สำคัญคือความแตกต่างในประสิทธิภาพของแอปพลิเคชันจริง แต่ที่นี่ภาพกลับกลายเป็นว่าไม่ดีขึ้น เพื่อนร่วมงานจาก Scylla เปรียบเทียบอินสแตนซ์ a1.metal และ m5.4xlarge กับโปรเซสเซอร์จำนวนเท่ากัน ในการทดสอบการอ่านฐานข้อมูล NoSQL มาตรฐานในการกำหนดค่าโหนดเดียว การทดสอบแรกแสดงการดำเนินการอ่าน 102 ครั้งต่อวินาที และครั้งที่สอง 000 ครั้ง ในทั้งสองกรณี โปรเซสเซอร์ที่มีอยู่ทั้งหมดจะใช้ 610% ซึ่งเท่ากับประสิทธิภาพที่ลดลงประมาณหกเท่า ซึ่งไม่ได้ชดเชยด้วยราคาที่ต่ำกว่า

นอกจากนี้ อินสแตนซ์ A1 จะทำงานบน EBS เท่านั้น โดยไม่รองรับอุปกรณ์ NVMe ที่รวดเร็วเหมือนกับอินสแตนซ์อื่นๆ

โดยรวมแล้ว A1 ถือเป็นก้าวใหม่ในทิศทางใหม่ แต่ก็ไม่ได้เป็นไปตามความคาดหวังของ ARM

การมาครั้งที่สองของ ARM: อินสแตนซ์ EC2 M6

ทุกอย่างเปลี่ยนไปในสัปดาห์นี้เมื่อ AWS เปิดตัวเซิร์ฟเวอร์ ARM คลาสใหม่ รวมถึงอินสแตนซ์จำนวนหนึ่งบนโปรเซสเซอร์ใหม่ กราวิตอน2รวมทั้ง M6g และ M6gd.

การเปรียบเทียบกรณีเหล่านี้แสดงให้เห็นภาพที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง ในการทดสอบบางอย่าง ARM ทำงานได้ดีกว่าและบางครั้งก็ดีกว่า x86 มาก

นี่คือผลลัพธ์ของการรันคำสั่งทดสอบความเครียดเดียวกัน:

ทดสอบ
EC2 M6g
EC2 M5d.โลหะ
ข้อแตกต่าง

แคช
218
311
-29,90%

ไอแคช
45887
34368
ลด 33,52%

เมทริกซ์
453982
252190
ลด 80,02%

ซีพียู
14694
24077
-38,97%

เมมปี้
134711
111877
ลด 20,53%

เรียงลำดับ
943
728
ลด 29,53%

ทันตกรรม
3088242
2770985
ลด 11,45%

เครื่องจับเวลา
55515663
15367075
ลด 261,26%

นี่เป็นเรื่องที่แตกต่างอย่างสิ้นเชิง: M6g เร็วกว่า A1 ถึงห้าเท่าเมื่อดำเนินการอ่านจากฐานข้อมูล Scylla NoSQL และอินสแตนซ์ M6gd ใหม่เรียกใช้ไดรฟ์ NVMe ที่รวดเร็ว

ARM เป็นที่น่ารังเกียจในทุกด้าน

โปรเซสเซอร์ AWS Graviton2 เป็นเพียงตัวอย่างหนึ่งของ ARM ที่ใช้ในศูนย์ข้อมูล แต่สัญญาณมาจากทิศทางที่ต่างกัน เช่น เมื่อวันที่ 15 พฤศจิกายน 2019 Nuvia สตาร์ทอัพสัญชาติอเมริกัน ดึงดูดเงินทุนร่วมลงทุนได้ 53 ล้านดอลลาร์.

สตาร์ทอัพนี้ก่อตั้งโดยวิศวกรชั้นนำสามคนที่เกี่ยวข้องกับการสร้างโปรเซสเซอร์ที่ Apple และ Google พวกเขาสัญญาว่าจะพัฒนาโปรเซสเซอร์สำหรับศูนย์ข้อมูลที่จะแข่งขันกับ Intel และ AMD

บน ข้อมูลที่มีอยู่Nuvia ได้ออกแบบแกนประมวลผลตั้งแต่ต้นจนจบซึ่งสามารถสร้างบนสถาปัตยกรรม ARM ได้ แต่ไม่ได้รับใบอนุญาต ARM

ทั้งหมดนี้บ่งชี้ว่าโปรเซสเซอร์ ARM พร้อมที่จะพิชิตตลาดเซิร์ฟเวอร์ ท้ายที่สุดแล้ว เราอยู่ในยุคหลังพีซี การจัดส่ง x86 ต่อปีลดลงเกือบ 10% นับตั้งแต่จุดสูงสุดในปี 2011 ในขณะที่ชิป RISC เพิ่มขึ้นเป็น 20 หมื่นล้านชิ้น ปัจจุบัน 99% ของโปรเซสเซอร์ 32 และ 64 บิตของโลกคือ RISC

John Hennessy และ David Patterson ผู้ชนะรางวัลทัวริงตีพิมพ์บทความในเดือนกุมภาพันธ์ 2019 “ยุคทองใหม่ของสถาปัตยกรรมคอมพิวเตอร์”. นี่คือสิ่งที่พวกเขาเขียน:

ตลาดได้ยุติข้อพิพาท RISC-CISC แล้ว แม้ว่า CISC จะชนะในช่วงหลังของยุคพีซี แต่ RISC กำลังชนะในขณะนี้เมื่อยุคหลังพีซีมาถึงแล้ว ไม่มีการสร้าง CISC ISA ใหม่มานานหลายทศวรรษ ที่น่าประหลาดใจคือฉันทามติเกี่ยวกับหลักการ ISA ที่ดีที่สุดสำหรับโปรเซสเซอร์อเนกประสงค์ในปัจจุบันยังคงสนับสนุน RISC 35 ปีหลังจากการประดิษฐ์... ในระบบนิเวศแบบโอเพ่นซอร์ส ชิปที่ได้รับการออกแบบมาอย่างดีจะแสดงให้เห็นถึงความก้าวหน้าที่น่าสนใจ และด้วยเหตุนี้จึงเร่งการยอมรับเชิงพาณิชย์ . ปรัชญาของโปรเซสเซอร์สำหรับวัตถุประสงค์ทั่วไปในชิปเหล่านี้น่าจะเป็น RISC ซึ่งผ่านการทดสอบตามกาลเวลา คาดหวังนวัตกรรมที่รวดเร็วเช่นเดียวกับในช่วงยุคทองที่ผ่านมา แต่คราวนี้ในแง่ของต้นทุน พลังงาน และความปลอดภัย ไม่ใช่แค่ประสิทธิภาพเท่านั้น

“ในทศวรรษหน้า เราจะได้เห็นสถาปัตยกรรมคอมพิวเตอร์ใหม่ๆ มากมายที่ Cambrian ส่งสัญญาณถึงช่วงเวลาที่น่าตื่นเต้นสำหรับสถาปนิกคอมพิวเตอร์ในแวดวงวิชาการและอุตสาหกรรม” พวกเขาสรุปรายงาน

ที่มา: will.com