Материнcкая плата SynQuacer E-Series для 24-ядерного ARM-сервера на процессоре ARM Cortex A53 с 32 ГБ оперативной памяти,
Много лет процессоры ARM с сокращённым набором команд (RISC) доминируют на рынке мобильных устройств. Но им так и не удалось пробиться в дата-центры, где по-прежнему властвуют Intel и AMD с набором инструкций x86. Периодически появляются отдельные экзотические решения, такие как , но серьёзных предложений пока нет. Точнее, не было до этой недели.
На этой неделе AWS запустила в облаке собственные 64-ядерные ARM-процессоры — это система-на-кристалле с ядром ARM Neoverse N1. Компания утверждает, что Graviton2 намного быстрее, чем ARM-процессоры предыдущего поколения в инстансах EC2 A1, а вот и .
Инфраструктурный бизнес — это сравнение цифр. По сути, клиентам дата-центра или облачного сервиса не важно, какая архитектура у процессоров. Их волнует соотношение цены и производительности. Если работа на ARM дешевле, чем на x86, то их и выберут.
До последнего времени нельзя было однозначно сказать о том, что вычисления на ARM будут выгоднее, чем на x86. Например, серверный 24-ядерный ARM Cortex A53 — это модель стоимостью около $1000, которая могла поднять веб-сервер на Ubuntu, но по производительности сильно уступала процессором x86.
Однако потрясающая энергоэффективность процессоров ARM заставляет снова и снова присматриваться к ним. Например, SocioNext SC2A11 потребляет всего 5 Вт. А ведь на электроэнергию приходится почти 20% затрат дата-центра. Если эти чипы покажут пристойную производительность, тогда у x86 не останется шансов.
Первое пришествие ARM: инстансы EC2 A1
В конце 2018 года AWS представила на собственных ARM-процессорах. Определённо, это было сигналом для индустрии о потенциальных изменениях на рынке, но результаты бенчмарков оказались неутешительными.
В таблице ниже показаны инстансов EC2 A1 (ARM) и EC2 M5d.metal (x86). Для тестирования использовалась утилита stress-ng:
stress-ng --metrics-brief --cache 16 --icache 16 --matrix 16 --cpu 16 --memcpy 16 --qsort 16 --dentry 16 --timer 16 -t 1m
Как видим, A1 проявили себя хуже во всех тестах, кроме кэша. По большинству других показателей ARM уступали очень сильно. Эта разница в производительности больше, чем разница в цене 46% между А1 и M5. Другими словами, инстансы на процессорах x86 по-прежнему оставались выгоднее по соотношению цена/производительность:
פּרובירן
EC2 A1
EC2 M5d.metal
דיפפערענסע
קאַש
1280
311
קסנומקס%
icache
18209
34368
-קסנומקס%
מאַטריץ
77932
252190
-קסנומקס%
קפּו
9336
24077
-קסנומקס%
מעמקפּי
21085
111877
-קסנומקס%
qsort
522
728
-קסנומקס%
dentry
1389634
2770985
-קסנומקס%
טייַמער
4970125
15367075
-קסנומקס%
Конечно, микробенчмарки не всегда показывают объективную картину. Важна разница в реальной производительности приложения. Но и здесь картина оказалась не лучше. Коллеги из Scylla сравнили инстансы a1.metal и m5.4xlarge с одинаковым количеством процессоров. В стандартном тесте на чтение базы данных NoSQL в конфигурации с одним узлом первая показала 102 000 операций чтения в секунду, а вторая 610 000. В обоих случаях все доступные процессоры используются на 100%. Это соответствует снижению производительности примерно в шесть раз, что не компенсируется более низкой ценой.
Кроме того, инстансы A1 работают только на EBS без поддержки быстрых устройств NVMe, как в других инстансах.
В общем, A1 стал шагом в новом направлении, но не оправдал надежд на ARM.
Второе пришествие ARM: инстансы EC2 M6
Всё изменилось на этой неделе, когда AWS представила новый класс ARM-серверов, а также ряд инстансов на новых процессорах אַרייַנגערעכנט .
Сравнение этих инстансов показывает уже совершенно другую картину. В некоторых тестах ARM проявляет себя лучше, а иногда намного лучше, чем x86.
Вот результаты выполнения той же команды стресс-тестирования:
פּרובירן
EC2 M6g
EC2 M5d.metal
דיפפערענסע
קאַש
218
311
-קסנומקס%
icache
45887
34368
קסנומקס%
מאַטריץ
453982
252190
קסנומקס%
קפּו
14694
24077
-קסנומקס%
מעמקפּי
134711
111877
קסנומקס%
qsort
943
728
קסנומקס%
dentry
3088242
2770985
קסנומקס%
טייַמער
55515663
15367075
קסנומקס%
Это уже совершенно другое дело: M6g в пять раз быстрее A1 при выполнении операций чтения из базы данных Scylla NoSQL, а в новых инстансах M6gd работают быстрые накопители NVMe.
Наступление ARM по всем фронтам
Процессор AWS Graviton2 — лишь один пример использования ARM в дата-центрах. Но сигналы поступают с разных сторон. Например, 15 ноября 2019 года американский стартап Nuvia .
Стартап основали три ведущих инженера, которые занимались созданием процессоров в Apple и Google. Они обещают разработать процессоры для дата-центров, которые составят конкуренцию Intel и AMD.
אויף Nuvia האט דיזיינד אַ פּראַסעסער האַרץ פֿון דער ערד אַרויף וואָס קענען זיין געבויט אויף שפּיץ פון די ARM אַרקאַטעקטשער, אָבער אָן באקומען אַ ARM דערלויבעניש.
Всё это указывает на то, что ARM-процессоры готовы покорить серверный рынок. В конце концов, мы живём в эпоху пост-ПК. Годовые поставки x86 упали почти на 10% с пикового 2011 года, в то время как чипы RISC взлетели до 20 миллиардов. Сегодня 99% 32- и 64-разрядных процессоров в мире — это RISC.
Лауреаты премии Тьюринга Джон Хеннесси и Дэвид Паттерсон в феврале 2019 года опубликовали статью . Вот что они пишут:
Рынок урегулировал спор RISC и CISC. Хотя CISC выиграл более поздние этапы эпохи ПК, но RISC выигрывает сейчас, когда наступила эпоха пост-ПК. Новых ISA на CISC не создавалось в течение десятилетий. К нашему удивлению, общее мнение по лучшим принципам ISA для процессоров общего назначения сегодня по-прежнему склоняется в пользу RISC, спустя 35 лет после его изобретения… В экосистемах с открытым исходным кодом искусно разработанные чипы убедительно продемонстрируют достижения и тем самым ускорят коммерческое внедрение. Философией процессоров общего назначения в этих чипах, скорее всего, будет RISC, который выдержал испытание временем. Ожидайте таких же стремительных инноваций, как и во время прошлого золотого века, но на этот раз с точки зрения стоимости, энергии и безопасности, а не только производительности.
«В следующем десятилетии произойдет кембрийский взрыв новых компьютерных архитектур, означающий захватывающие времена для компьютерных архитекторов в академических кругах и в индустрии», — такой вывод делают они в завершении статьи.
מקור: www.habr.com