Современные высокоскоростные сети требуют от коммутаторов и маршрутизаторов серьёзных мощностей, поэтому появление специализированных сетевых процессоров и ускорителей уже достаточно давно никого не удивляет. Над одним из таких процессоров в настоящее время работает компания NXP Semiconductors. Новинка под названием QorIQ LayerScape LX2160A будет обладать весьма серьёзной конфигурацией. В основе нового процессора лежит суперскалярная архитектура ARM Cortex-A72, это одна из самых производительных реализаций ARM на сегодняшний день, поддерживающая внеочередное исполнение инструкций и умеющая оперировать объёмными кешами (до 4 Мбайт L2 и более).

Таких ядер с частотой до 2,2 ГГц у LayerScape LX2160A запланировано 16, объём кеша L2 увеличен до 8 Мбайт, кроме того, SoC получит и 8 Мбайт общего кеша. Двухканальный контроллер DDR4 с поддержкой ECC позволит подключить до 256 Гбайт оперативной памяти. Сетевая часть у LX2160A весьма развита: дизайн включает в себя 16 конфигурируемых портов Ethernet. В зависимости от модели и пожеланий заказчика они могут работать в режимах вплоть до 100G. Имеется встроенный коммутатор второго уровня с производительностью 130 Гбит/с. Расширяемость новому сетевому процессору обеспечат шесть выделенных линий PCIe 4.0 и 24 линии SerDes с частотой до 28 ГГц.

Выделенный ускоритель средств безопасности обладает производительностью 50 Гбит/с, а блок компрессии‒декомпрессии способен пропустить через себя 100 Гбит/с без загрузки основных ядер. Для подключения периферийных устройств и подсистем предусмотрено 4 порта SATA 3.0, а также интерфейсы SD, eMMC, DUART, I2C, CAN и USB 3.0. Процессор получит упаковку с 1517 контактами размером 40 × 40 миллиметров. Благодаря использованию 16-нм техпроцесса FinFET теплопакет не превысит 30 ватт. Программную поддержку обеспечит Linux SDK for QorIQ, заявлена совместимость с пакетом разработки CodeWarrior для ARMv8. Помимо 16-ядерного LX2160A будут выпущены и менее мощные, но более доступные 12- и 8-ядерные варианты — LX2120A и LX2080A. Образцы станут доступны к заказу уже в 1 квартале текущего года, а массовое производство новинок намечено на 2019 год. Ожидается, что в партиях от 1000 чипов стоимость старшей версии составит около $350 за процессор, что весьма скромно для устройства с такими характеристиками.

Архитектура x86 с нами давно. Когда-то её уделом были лишь персональные компьютеры, но в последние годы подавляющее большинство серверных систем и прочих решений класса HPC строятся именно на базе процессоров Intel или AMD. Времена господства таких архитектур, как DEC Alpha или MIPS давно позади, хотя, к примеру, IBM POWER всё ещё сопротивляется активному натиску со стороны Intel Xeon и AMD Opteron/EPYC: в свежем рейтинге TOP500 всего 24 машины из 500 используют отличную от x86 архитектуру.

Но по ряду причин x86 даже с 64-битными расширениями не является оптимальной и особенно в том случае, когда речь заходит о соотношении производительности и энергопотребления. Последнее автоматически тянет за собой и повышенное тепловыделение, что в условиях увеличения плотности размещения узлов в ЦОД и суперкомпьютерах представляет собой серьёзную проблему. У x86 есть и ещё один конкурент — это архитектура ARM, которую долгое время никто всерьёз в качестве серверной не воспринимал.

Широко известный слайд, демонстрирующий эволюцию архитектур суперкомпьютеров

Однако ARM это не просто рабочая лошадка в секторе планшетов и смартфонов. Всё зависит от реализации, и некоторые варианты процессоров на базе этой архитектуры обладают весьма серьёзными возможностями. К числу таких чипов относится Cavium ThunderX2. Этот новый чип на базе ARMv8-A был продемонстрирован разработчиками ещё на ISC 2017. Характеристики его выглядят вполне солидно: здесь и 54 ядра с частотой 3 ГГц, и поддержка двухсокетных конфигураций, и шестиканальный контроллер памяти, и 24 порта SATA (и, вероятно, SAS).

Блок-схема ThunderX2

Нельзя забывать и про встроенную поддержку Ethernet 25G, наличие 32 Мбайт общего кеша L2, интегрированные аппаратные средства шифрования и контроллер PCI Express 3.0. При этом теплопакет, по данным Cavium, не превышает 95 ватт. К сожалению, у нас пока нет возможности проверить это утверждение. Но можно представить себе, какой величины достиг бы этот показатель в случае 54-ядерного Xeon, даже в варианте Skylake. Проникновение ARM в сегмент HPC, впрочем, быстрым назвать нельзя, хотя Cavium вполне заслуженно хвалится своими успехами на этом поприще.

Процессоры Cavium используют пусть и свой, но вполне привычный разъём типа LGA

Одна из национальных лабораторий Министерства энергетики США — Аргоннская национальная лаборатория — объявила, что планирует установку нового кластера производства Hewlett Packard Enterprise, а основой этого кластера станут именно процессоры Cavium ThunderX2. Надо полагать, что в такой организации, как Министерство энергетики, хорошо понимают всю важность экономичности суперкомпьютеров. Кластер под названием Comanche Wave будет состоять из 32 узлов. В числе прочего его задачей будет оценка применимости ARM в сфере супервычислений и разработка соответствующего программного обеспечения, включая ARM-версию компилятора LLVM.

Потенциальный конкурент Xeon и EPYC: взгляд вблизи

Именно Аргоннская лаборатория активно поддерживает альтернативные процессорные архитектуры и славится своими разработками для платформ PowerPC и IBM Blue Gene/Q, так что выбор места установки нового кластера не вызывает удивления. Интересно отметить, что Cavium, по сути, смогла перехватить кусок пирога буквально под носом у Intel, которой не удалось заключить контракт на установку суперкомпьютера Aurora на базе процессоров Xeon Phi Knights Hill. Лишь в 2021 году «синие» повторят попытку с процессорами x86, которые будут доступны к тому моменту. Впрочем, не факт, что это будет именно x86.