Пять лет назад компания Qualcomm приступила к разработкам процессора для серверного рынка. Успешный разработчик уникальных вычислительных архитектур, совместимых с наборами команд ARM, вполне обоснованно решил перенести опыт создания SoC для смартфонов и планшетов в область высокопроизводительных серверных решений. К тому времени требования к серверным процессорам изменились в сторону снижения потребления и лучшей масштабируемости. Социальные сети и облачные сервисы создают настолько неравномерную нагрузку на вычислительные ресурсы ЦОД, что обычные x86-совместимые или RISC/UNIX-платформы перестают считаться эффективным инструментом для решения насущных задач.

В декабре 2016 года Qualcomm сообщила о завершении разработки и начале пробных поставок процессора Centriq 2400 с числом ядер до 48 штук. На днях компания подтвердила график вывода новинки на рынок, который предусматривает массовые коммерческие поставки SoC Centriq 2400 позднее в текущем году. Также Qualcomm поделилась деталями о строении и архитектуре Centriq 2400. Ниже мы расскажем о ключевых особенностях разработки.

Начнём с того, что внутренний согласованный интерфейс однокристальной сборки Centriq 2400 представляет собой сегментированную кольцевую шину. Компания Intel, как нам известно, в новых серверных и высокопроизводительных настольных процессорах перестанет использовать кольцевую шину в пользу ячеистой шины, что должно улучшить масштабируемость архитектуры для многоядерного окружения. Компания AMD использует другой принцип обмена данными между кластерами в процессорах на ядрах Zen. Все они соединены между собой двунаправленной шиной, топология которой ближе к кольцевой. Сегментированная кольцевая шина в составе Centriq 2400 использует преимущества кольцевой шины (простота, сравнительно низкое потребление) и элементы ячеистой сети внутри сегмента, что даёт возможность балансировать между скоростью, задержками и потреблением.

Вычислительные ядра в составе Centriq 2400 самостоятельно разработаны инженерами компании и носят кодовое имя Falkor. Это 64-битные решения с поддержкой команд ARMv8, которые разбиты на модули из двух связанных ядер (дуплексное строение, по определению Qualcomm). Подобное строение позволяет выпускать SoC Centriq 2400 с заданным числом ядер и облегчает масштабирование вычислительной структуры в процессе выполнения задачи. Каждая пара ядер имеет разделяемую кеш-память L2 и разделяемый доступ к кольцевой шине Qualcomm System Bus (QSB).

Для снижения потребления каждое ядро и кеш-память L2 имеют ряд состояний потребления энергии, которые контролируются на аппаратном уровне и могут переключаться с минимальными задержками. Вычислительные конвейеры Falkor имеют переменную длину с внеочередным исполнением команд. Это снижает вероятность простоя конвейеров в процессе работы с командами и инструкциями, не оптимизированными для немедленного исполнения.

Иерархия кеш-памяти Falkor оптимизирована для обработки значительных массивов данных. Так, кеш-память первого уровня для приёма данных объёмом 32 Кбайт дополнена «несимметричной» кеш-памятью L1 для инструкций: 24 Кбайт L0 и 64 Кбайт L1 (всего 88 Кбайт). Всё это снабжено многоуровневым движком предварительной выборки, который динамически адаптируется под текущую нагрузку.

В состав SoC Centriq 2400 вошли 6-канальный контроллер памяти с поддержкой DDR4-2667 МГц ECC (до двух модулей на канал), 32 линии PCI Express 3.0, интерфейсы SATA, USB и более специализированные сигнальные структуры. Также Centriq 2400 несёт интегрированный криптографический блок TrustZone и поддерживает аппаратную виртуализацию. В компании Qualcomm уверены, что данную разработку ждёт успешное будущее.

В ночь со вторника на среду AMD официально представила первые серверные процессоры с 14-нм микроархитектурой Zen, скромно именуемые EPYC. Семейство включает 8-, 16-, 24- и 32-ядерные модели «7000-й» серии для однопроцессорных и двухпроцессорных серверов (узлов). В распоряжение OEM-сборщиков поступят 12 CPU с ориентировочной стоимостью от $400 до $4000.

Конструкция AMD EPYC довольно примечательна. По крайней мере старшие 32-ядерные модели будут состоять из четырёх кристаллов (8-ядерные блоки Zeppelin), сообщающихся друг с другом посредством высокоскоростного интерфейса Infinity Fabric. Последний также отвечает за взаимодействие двух процессоров в одной системе.

Разъём SP3 (4094 контакта) также можно назвать составным, но стоит отметить, что CPU EPYC — не просто «двойной Ryzen Threadripper», а полноценное серверное решение с поддержкой больших объёмов памяти, массы разнообразных накопителей, специализированных графических адаптеров и ускорителей на базе GPU.

О преимуществах процессоров EPYC 7000 известно не первый день. Среди них — восьмиканальный доступ к памяти, поддержка 2 Тбайт RAM и наличие у каждого CPU 128 линий PCI Express 3.0.

Недавняя утечка сведений об EPYC оказалась, собственно, утечкой, а не вымыслом. AMD действительно готова предложить клиентам девять 1P/2P и три 1P процессора с 8–32 ядрами и 16–64 потоками обработки данных. Из-за обилия блоков системной логики в структуре кристалла частоты EPYC 7000 Series невысоки, а TDP — как раз наоборот. Семейство возглавил 32-ядерный процессор EPYC 7601 с частотой 2,2/3,2 ГГц, 64 Мбайт кеш-памяти третьего уровня и тепловыделением до 180 Вт. Часть CPU имеют настраиваемый TDP в 155/170 Вт — таким образом, у системных интеграторов будет выбор между режимами энергосбережения и максимальной производительности в работе серверов.

AMD не сомневается в преимуществе своих решений над процессорами Broadwell-EP конкурента (Intel). По мнению маркетологов компании, EPYC 7000 намного превосходят Xeon E5-2600 v4 во всех отношениях. В некоторых случаях одного EPYC будет достаточно, чтобы заменить тандем Xeon.

AMD надеется, что двусторонний интерфейс Infinity Fabric с пропускной способностью 38 Гбайт/с на канал и 152 Гбайт/с между CPU-разъёмами позволит кристаллам Zeppelin эффективно взаимодействовать друг с другом. В рамках одного чипа каждый Zeppelin может обмениваться данными со всеми своими собратьями, а в пределах 2P-платформы реализован своего рода покристальный CrossFire.

В Саннивейле рекомендуют серверы в составе EPYC и ускорителей Radeon Instinct на чипах Vega и Polaris. Сотрудничество с AMD в деле создания высокопроизводительных серверов подтвердили компании HPE, Dell, ASUS, Gigabyte, Inventec, Lenovo, Sugon, Supermicro, Tyan, Wistron (материнские платы, серверы в сборе); Microsoft, Red Hat, VMware (программное обеспечение); Mellanox, Samsung Electronics, Xilinx (контроллеры, адаптеры).

Прототип сервера Gigabyte на базе EPYC (ISC 2017)

Подробности о новых серверных процессорах AMD доступны на официальном сайте компании.

Корпорация IBM на конференции Hot Chips 28 в Купертино (Калифорния, США) раскрыла довольно подробную информацию о мощных процессорах Power9, которые выйдут на рынок в следующем году.

Итак, сообщается, что чипы будут изготавливаться по 14-нанометровой технологии FinFET. Они получат 120 Мбайт кеша третьего уровня и смогут работать с буферизированными и не буферизированными модулями памяти DDR4.

Корпорация IBM готовит несколько модификаций Power9. В частности, говорится об изделиях с 12 вычислительными ядрами, каждое из которых сможет одновременно обрабатывать восемь потоков инструкций. Такие процессоры будут ориентированы прежде всего на системы с виртуализацией.

Кроме того, будут выпущены чипы с 24 вычислительными ядрами с поддержкой одновременной обработки четырёх потоков инструкций. Эти решения найдут применение в различных Linux-платформах.

Отмечается, что в Power9 будут реализованы улучшенные средства предсказания ветвлений, что позволит поднять скорость вычислений. Кроме того, говорится о реализации новых инструкций для поддержки будущих перспективных технологий и о 48 линиях PCI Express 4.0.

В общей сложности процессоры получат до 8 млрд транзисторов. Они обеспечат существенный прирост производительности по сравнению с изделиями предыдущего поколения.

Многоядерные ускорители вычислений Intel Xeon Phi продолжают своё развитие. Об их очередном поколении с кодовым именем Knights Landing разработчик рассказывает уже почти три года, а с конца прошлого года даже поставляет образцы систем с ними своим избранным партнёрам. Однако до официального анонса дело дошло только сейчас. В рамках проходящей в эти дни в Германии конференции ISC High Performance 2016 компания Intel официально объявила о выходе принципиально новых Xeon Phi на базе дизайна Knights Landing, ключевое свойство которых заключается в том, что теперь это — не сопроцессоры, а полноценные x86-процессоры, способные взять на себя роль центрального компонента системы.

Иными словами, новые Xeon Phi могут работать полностью самостоятельно, не нуждаясь ни в каком дополнительном управляющем CPU. И это очень важное улучшение, так как проведённое коренное изменение архитектуры ликвидирует узкое место — шину PCI Express, которую используют для передачи данных предшествующие и конкурирующие ускорители вычислений, например, базирующиеся на GPU.

Источник изображений: Intel

Knights Landing воплощают собой уже третье поколение многоядерной x86-архитектуры Intel. Предыдущее поколение, известное под кодовым именем Knights Corner, базировалось на Pentium-подобных ядрах P54C. Новая же версия ускорителей переехала на модифицированную 14-нм микроархитектуру Airmont, известную по процессорам Atom. Однако в Knights Landing ядра Airmont попарно объединены в модули, которые включают также мегабайтный L2-кеш и четыре блока VPU (Vector Processing Unit), отвечающих за поддержку векторных инструкций AVX-512. Всего в новых процессорах Xeon Phi содержится до 36 таких модулей, то есть, общее число ядер в ускорителе может достигать 72.

При этом каждое ядро дополнительно поддерживает технологию Hyper-Threading и способно выполнять до четырёх потоков одновременно, что наделяет Xeon Phi впечатляющим арсеналом средств для работы с параллельными вычислениями. Учитывая, что в Knights Landing производительность на поток по сравнению с Knights Corner выросла примерно втрое только за счёт смены микроархитектуры, обновление ускорителей Xeon Phi дало им возможность дотянуться до планки в 3 Тфлопс.

Процессоры Knights Landing снабжены также интегрированной памятью MCDRAM с пропускной способностью до 500 Гбайт/с и объёмом 16 Гбайт, которая может взаимодействовать с системной шестиканальной DDR4-памятью по нескольким принципиально различным алгоритмам. Упоминания заслуживает и реализация в новых Xeon Phi отдельного двухпортового 100 Гбит/с-контроллера Omni-Path, который предполагается использовать для высокоскоростного объединения узлов, основанных на Knights Landing, в вычислительные кластеры.

Объявленная сегодня линейка процессоров Xeon Phi поколения Knights Landing включает четыре модели с числом ядер от 64 до 72 и частотой от 1,3 до 1,5 ГГц.

Стоит отметить, что в настоящее время для заказчиков доступны лишь три младшие модели: Xeon Phi 7250, 7230 и 7210. Самая же мощная 72-ядерная версия ускорителя, Xeon Phi 7290, обещана к сентябрю. Также пока Intel не поставляет варианты с интегрированным контроллером Omni-Path, который по плану появится в перечисленных моделях в октябре этого года.

Высокая производительность процессоров Xeon Phi, простая масштабируемость систем на их основе, а также полная совместимость с x86-экосистемой и знакомым всем средствами разработки, делает новинки отличным вариантом для использования в массе областей, где требуются параллельные высокопроизводительного вычисления. И особенно Intel подчёркивает применимость построенных на Xeon Phi кластеров в системах машинного обучения и искусственного интеллекта, то есть тех областях, где в последнее время высокую активность развила NVIDIA, реализующая свои ускорители семейства Tesla.

В подтверждение лидирующих характеристик Knights Landing, компания Intel приводит информацию о кратном превосходстве системы на базе Xeon Phi 7250 над системой, в которой используется конкурирующий ускоритель вычислений NVIDIA Tesla K80 и пара центральных процессоров Xeon E5-2697 v4.

При этом, Intel говорит не только о достигающем пятикратного размера преимуществе Xeon Phi в производительности. Согласно информации компании, конфигурация с процессором Xeon Phi 7250 оказывается в восемь раз экономичнее и в девять — дешевле.

Учитывая всё сказанное, Intel ожидает, что внедрение новых Xeon Phi пойдёт очень быстрыми темпами. До конца года производитель намеревается продать более ста тысяч процессоров, а готовые системы на базе Knights Landing будут поставлять более 50 компаний, включая Dell, Fujitsu, Hitachi, HP, Inspur, Lenovo, NEC, Oracle, Quanta, SGI, Supermicro, Colfax и другие. Кстати, в этом списке место нашлось и для российского интегратора — группы компаний РСК — которая собирается поставлять высокоплотные кластерные решения на базе Xeon Phi, оснащённые системами жидкостного охлаждения.