Материнська плата SynQuacer E-Series для 24-ядерного ARM-сервера на процесорі ARM Cortex A53 з 32 ГБ оперативної пам'яті,
Багато років процесори ARM із скороченим набором команд (RISC) домінують на ринку мобільних пристроїв. Але їм так і не вдалося пробитися в дата-центри, де, як і раніше, панують Intel та AMD з набором інструкцій x86. Періодично з'являються окремі екзотичні рішення, такі як , але серйозних пропозицій наразі немає. Точніше, не було цього тижня.
Цього тижня AWS запустила у хмарі власні 64-ядерні ARM-процесори - Це система-на-кристалі з ядром ARM Neoverse N1. Компанія стверджує, що Graviton2 набагато швидше, ніж ARM-процесори попереднього покоління в інстансах EC2 A1, а от і .
Інфраструктурний бізнес – це порівняння цифр. По суті, клієнтам дата-центру або хмарного сервісу не має значення, яка архітектура у процесорів. Їх хвилює співвідношення ціни та продуктивності. Якщо робота на ARM дешевша, ніж на x86, то їх і виберуть.
До останнього часу не можна було однозначно сказати про те, що обчислення на ARM будуть вигіднішими, ніж на x86. Наприклад, серверний 24-ядерний ARM Cortex A53 – це модель вартістю близько $1000, яка могла підняти веб-сервер на Ubuntu, але за продуктивністю сильно поступалася процесором x86.
Однак приголомшлива енергоефективність процесорів ARM змушує знову і знову придивлятися до них. Наприклад, SocioNext SC2A11 споживає лише 5 Вт. Адже на електроенергію припадає майже 20% витрат дата-центру. Якщо ці чіпи покажуть пристойну продуктивність, тоді x86 не залишиться шансів.
Перший наступ ARM: інстанси EC2 A1
Наприкінці 2018 року AWS представила на власних ARM-процесорах. Безперечно, це було сигналом для індустрії про потенційні зміни на ринку, але результати бенчмарків виявилися невтішними.
У таблиці нижче показано інстансів EC2 A1 (ARM) та EC2 M5d.metal (x86). Для тестування використовувалась утиліта stress-ng:
stress-ng --metrics-brief --cache 16 --icache 16 --matrix 16 --cpu 16 --memcpy 16 --qsort 16 --dentry 16 --timer 16 -t 1m
Як бачимо, A1 проявили себе гірше у всіх тестах, окрім кешу. За більшістю інших показників ARM поступалися дуже сильно. Ця різниця у продуктивності більша, ніж різниця в ціні 46% між А1 і M5. Іншими словами, інстанси на процесорах x86, як і раніше, залишалися вигіднішими за співвідношенням ціна/продуктивність:
Тест
EC2 A1
EC2 M5d.metal
Різниця
cache
1280
311
311,58%
icache
18209
34368
-47,02%
матриця
77932
252190
-69,10%
центральний процесор
9336
24077
-61,22%
memcpy
21085
111877
-81,15%
qsort
522
728
-28,30%
стоматологія
1389634
2770985
-49.85%
таймер
4970125
15367075
-67,66%
Звісно, мікробенчмарки не завжди показують об'єктивну картину. Важлива різниця у реальній продуктивності програми. Але й тут картина виявилася не кращою. Колеги зі Scylla порівняли інстанси a1.metal та m5.4xlarge з однаковою кількістю процесорів. У стандартному тесті на читання бази даних NoSQL у конфігурації з одним вузлом перша показала 102 000 операцій читання за секунду, а друга 610 000. В обох випадках усі доступні процесори використовуються на 100%. Це відповідає зниженню продуктивності приблизно в шість разів, що не компенсується нижчою ціною.
Крім того, інстанси A1 працюють тільки на EBS без підтримки швидких пристроїв NVMe, як у інших інстансах.
Загалом A1 став кроком у новому напрямку, але не виправдав надій на ARM.
Другий наступ ARM: інстанси EC2 M6
Все змінилося цього тижня, коли AWS представила новий клас ARM-серверів, а також низку інстансів на нових процесорах , В тому числі .
Порівняння цих інстансів показує зовсім іншу картину. У деяких тестах ARM поводиться краще, а іноді набагато краще, ніж x86.
Ось результати виконання тієї ж команди стрес-тестування:
Тест
EC2 M6g
EC2 M5d.metal
Різниця
cache
218
311
-29,90%
icache
45887
34368
33,52%
матриця
453982
252190
80,02%
центральний процесор
14694
24077
-38,97%
memcpy
134711
111877
20,53%
qsort
943
728
29,53%
стоматологія
3088242
2770985
11,45%
таймер
55515663
15367075
261,26%
Це вже зовсім інша справа: M6g у п'ять разів швидше за A1 при виконанні операцій читання з бази даних Scylla NoSQL, а в нових інстансах M6gd працюють швидкі накопичувачі NVMe.
Наступ ARM по всіх напрямках
Процесор AWS Graviton2 – лише один приклад використання ARM у дата-центрах. Але сигнали надходять із різних боків. Наприклад, 15 листопада 2019 року американський стартап Nuvia .
Стартап заснували три провідні інженери, які займалися створенням процесорів в Apple та Google. Вони обіцяють розробити процесори для дата-центрів, які складуть конкуренцію Intel та AMD.
За , Nuvia спроектувала з нуля процесорне ядро, яке може бути побудоване поверх архітектури ARM, але без отримання ліцензії ARM.
Все це свідчить про те, що ARM-процесори готові підкорити серверний ринок. Зрештою ми живемо в епоху пост-ПК. Річні поставки x86 впали майже на 10% з пікового 2011 року, тоді як чіпи RISC злетіли до 20 мільярдів. Сьогодні 99% 32- та 64-розрядних процесорів у світі - це RISC.
Лауреати премії Т'юрінга Джон Хеннессі та Девід Паттерсон у лютому 2019 року опублікували статтю . Ось що вони пишуть:
Ринок врегулював суперечку RISC та CISC. Хоча CISC виграв пізніші етапи епохи ПК, але RISC виграє зараз, коли настала епоха пост-ПК. Нових ISA на CISC не створювалося протягом десятиліть. На наш подив, загальна думка щодо кращих принципів ISA для процесорів загального призначення сьогодні, як і раніше, схиляється на користь RISC, через 35 років після його винаходу… В екосистемах з відкритим вихідним кодом майстерно розроблені чіпи переконливо продемонструють досягнення і тим самим прискорять комерційне впровадження. Філософією процесорів загального призначення у цих чіпах, швидше за все, буде RISC, який витримав випробування часом. Чекайте на такі ж стрімкі інновації, як і під час минулого золотого століття, але цього разу з точки зору вартості, енергії та безпеки, а не тільки продуктивності.
"У наступному десятилітті відбудеться кембрійський вибух нових комп'ютерних архітектур, що означає захоплюючі часи для комп'ютерних архітекторів в академічних колах та в індустрії", - такий висновок роблять вони на завершення статті.
Джерело: habr.com