Это холодное лето оказалось жаркой порой для рынка серверных решений: на нём впервые за последние несколько лет зарождается реальная конкуренция. Благодаря архитектуре Zen и процессорам EPYC на этот рынок готова вернуться компания AMD. Причём, судя по всему, у компании есть все шансы поколебать гегемонию Intel даже несмотря на то, что микропроцессорный гигант обновил свои серверные платформы и представил новое семейство процессоров Xeon-SP, внедрив в них новую архитектуру Skylake-SP. И это, кажется, действительно заставляет Intel беспокоиться. По крайней мере, на борьбу с EPYC компания решила бросить всю мощь своей маркетинговой машины, которая в качестве первого результата своей работы выдала достаточно спорную презентацию, рассказывающую о преимуществах Xeon-SP над EPYC. В этой презентации процессоры AMD EPYC пренебрежительно описываются как склейка («glued-together») десктопных ядер, в то время как Xeon-SP называются процессорами со специальной серверной архитектурой.

Совершенно очевидно, что такие выпады в адрес AMD могут повлечь за собой ожесточённую перепалку между компаниями, но правда заключается в том, что EPYC действительно собираются из нескольких полупроводниковых кристаллов Zeppelin, однако конечное устройство, в котором используется несколько шин Infinity Fabric, гораздо сложнее и технически совершеннее, нежели простая склейка. Более того, применённый AMD подход неплохо работает и даёт AMD определённые преимущества, в частности, позволяет снизить себестоимость EPYC.

В числе претензий к продукту конкурента маркетинг Intel выдвигает и тезис о том, что для EPYC пока нет должной экосистемы и даже утверждает, что «для новых серверных процессоров AMD потребуется оптимизация программного обеспечения, как и для Ryzen». Однако этот аргумент тоже кажется притянутым за уши: сравнение серверных процессоров с отсылкой к производительности десктопных продуктов в играх может показаться имеющим какой-то смысл разве только для людей, далёких от IT-отрасли.

На самом же деле даже после анонса Xeon-SP процессоры AMD EPYC продолжают казаться вполне конкурентоспособной новинкой. Например, один процессор EPYC может иметь до 32 ядер с поддержкой SMT, в то время как старшие представители в линейке Xeon-SP обладают лишь 28 ядрами с Hyper-Threading. При этом в процессорах Xeon-SP появилась поддержка AVX-512, которой нет в вариантах AMD, к тому же они обладают новой структурой кеш-памяти, предполагающей расширение L2-кеша до 1 Мбайт на ядро. Однако в пользу EPYC говорит цена. Старший 32-ядерный процессор EPYC 7601 стоит $4200, в то время как старший 28-ядерный Xeon Platinum 8180 оценён Intel в $10 тыс.

Первое сравнение EPYC и Xeon-SP в реальных тестах провёл сайт Anadtech. Специалисты сайта сравнили производительность двух систем: двухпроцессорного сервера на базе Epyc 7601 (32 ядра, 2,2-3,2 ГГц, 180 Вт TDP, $4200) и сервера на базе двух процессоров Xeon 8176 (28 ядер, 2,1-3,8 ГГц, 165 Вт TDP, $8719).

В первую очередь системы продемонстрировали совершенно различную работу с кешем и памятью, обусловленную их принципиально различным строением. Каждое ядро Skylake-SP располагает 1 Мбайт L2-кешем с латентностью 13 тактов (в Broadwell-EP кеш второго уровня имел размер 256 Кбайт и латентность 11 тактов). Общий на процессор L3-кеш формируется из расчёта 1,375 Мбайт на ядро, обладает неинклюзивным (виктимным) принципом работы и имеет среднюю латентность 77 тактов (против 44 тактов ранее).

В процессорах EPYC L2-кеш меньше — всего 512 Кбайт на ядро, но зато его латентность — 12 тактов. Что же касается L3-кеша, то он не общий, как у Intel, а рассредоточен по четырёхъядерным комплексам CCX, которых в каждом кристалле Zeppelin размещено по две штуки. Сам кеш тоже имеет эксклюзивный (виктимный) принцип работы, однако его латентность сильно зависит от того, где расположены запрашиваемые данные — в одном CCX с генерирующим запрос ядром, в соседнем на кристалле, или вообще в другом кристалле. В лучшем случае латентность составляет 35 циклов, в худшем — может быть выше на порядок. Иными словами, несмотря на то, что AMD говорит о L3-кеше как о едином массиве ёмкостью 64 Мбайт, правильно говорить, что он в EPYC имеет формулу 8 x 8 Мбайт.

Подобным образом обстоит дело и с памятью: каждый кристалл в EPYC имеет собственный двухканальный контроллер, поэтому скорость работы с памятью может сильно различаться в зависимости от того, где в системе находятся данные. Это накладывает результаты на результаты теста Stream, в котором измеряется пропускная способность памяти.

Пропускная способность по данным Stream

В зависимости от того, какие процессорные ядра выполняют этот тест, пропускная способность Epyc 7601 может быть более чем в два раза лучше, чем у Xeon-SP, но может быть и вдвое хуже. При этом любопытно, что Skylake-SP стал с точки зрения пропускной способности памяти хуже Broadwell-EP. Негативный вклад вносит новая ячеистая структура соединения ядер, пришедшая на смену кольцевым шинам.

Зато Xeon-SP почти всегда выигрывает у EPYC с точки зрения латентности.

Сравнительные тесты производительности в исследовании Anandtech были проведены в SPEC2006 в однопоточном и многопоточном режиме, при работе с базами данных и обслуживании транзакций, в Java, в расчётах Big Data, и при работе с вещественными числами.

SPECInt 2006 в многопоточном режиме

Java

MySQL Percona Server 5.7.0

Big Data

Производительность FPU

Проиводительность FPU

Неожиданно производительность FPU у процессора AMD оказалась значительно лучше, чем у Xeon-SP. Тому может быть несколько причин, но скорее всего определяющее влияние оказывает то, как турбо-режим работает при исполнении AVX-инструкций. В частности, процессоры Intel используют заметно более низкие частоты при работе с AVX-командами. Например, Xeon 8176 при нагрузке на все 28 ядер способен работать на частоте 2,8 ГГц, однако при активации AVX 2.0 его максимальная частота в тех же условиях ограничивается величиной 2,4 ГГц. Если же говорить об исполнении AVX-512, то в этом случае предельная частота составит лишь 1,9 ГГц при нагрузке на все ядра.

Intel указывает, что её процессоры используют 256-битные и 512-битные исполнительные устройства, в то время как у AMD обработка AVX-инструкций происходит на 128-битных устройствах. Но вполне возможно, что в конечном итоге реализация AMD оптимальнее, поскольку частотам EPYC работа с векторными инструкциями не наносит никакого урона. Да, при этом у EPYC нет поддержки AVX-512, но и приложений, опирающихся на такие инструкции, пока тоже практически нет.

В конечном итоге система на AMD EPYC проигрывает системе на Xeon-SP при работе с базами данных, но превосходит её в тестах Java и является чрезвычайно конкурентоспособной в тестах Big Data, особенно если принять во внимание ситуацию с ценами.

Что касается энергопотребления, то оно сильно зависит от нагрузки. Xeon Platinum 8176 очень прожорлив в режиме холостого хода, но зато демонстрирует неплохую эффективность при работе с MySQL. Зато при рендеринге в POV-RAY система на EPYC оказывается не только значительно экономичнее, но и к тому же заметно быстрее, чем сервер с процессорами Xeon-SP.

Таким образом, реальность такова, что AMD EPYC нельзя назвать ни худшим, ни лучшим выбором для любого сервера. Однако если учитывать его конкурентную среднюю производительность, низкие цены, а также подавляющее превосходство в отдельных сферах, серверный процессор AMD вне всяких сомнений сможет стать причиной головной боли для Intel. И в первую очередь EPYC привлечёт внимание тех предприятий, которые захотят оптимизировать цену своих дата-центров. Но в то же время Intel всё ещё может предложить более высокую абсолютную производительность благодаря тому, что у компании есть масштабируемая платформа, поддерживающая многопроцессорные конфигурации.

И да, для того, чтобы донести преимущество своих значительно более дорогостоящих серверных решений до конечных пользователей, Intel действительно придётся задействовать маркетинговый отдел. Но тот топорный маркетинг, к которому компания прибегла сейчас, вызывает серьёзные вопросы.

Недавний официальный анонс серверных процессоров AMD EPYC лишь частично обозначил их цены. Особенно было тревожно за топовую 32-ядерную модель EPYC 7601 с ценником «свыше $4000», который при желании можно было трактовать как «от 4000 долларов и до бесконечности». Расширенные сведения о стоимости первых серверных CPU на базе микроархитектуры Zen обнародовал ресурс TechPowerUp, опираясь на фото с презентации EPYC.

Исходные данные о ценах

В целом цены оказались ближе к нижнему пределу, чем к верхнему. В частности, «7601-й» EPYC стратеги AMD оценили в $4200 (для заказчиков из США). Немногим менее мощный 32-ядерный чип с индексом 7501 стоит $3400. Примерно в ту же сумму должен обойтись и EPYC 7551 с идентичной частотной формулой, но более высоким уровнем TDP. Все три процессора уже доступны для OEM-сборщиков серверных систем, как и, кстати, старший 24-ядерный CPU EPYC 7451. Он обоснуется в районе отметки $2500.

Большинство процессоров EPYC (а точнее все, кроме вышеупомянутых четырёх) будут доступны для заказа с конца июля. И если рабочая станция или сервер на основе двух 24-ядерных EPYC 7401 будет дорогим удовольствием ($1850 за чип), то стоимость 16-ядерных моделей для 2P-систем не так уж и высока — от $650 до ~$1200.

Процессоры для 1P-серверов и рабочих станций значительно доступнее собратьев. Так, 32-ядерные AMD EPYC 7551 и EPYC 7551P разделяют как минимум 1300 долларов, а 24-ядерные EPYC 7401 и EPYC 7401P — $775. При этом частоты 1P-моделей такие же, как и у 2P.

Для удобства восприятия все данные о ценах AMD EPYC мы свели в одну таблицу. Точная стоимость моделей с индексами 7351, 7451 и 7551 пока остаётся в тайне, но, скорее всего, наши предположения ($3400 за EPYC 7551, $2500 за EPYC 7451 и $1200 за EPYC 7351) недалеки от истины.

Напомним, что старшую модель настольного процессора Threadripper для платформы TR4 зарубежные коллеги «оценили» примерно в 1000 долларов, а младшую, с более низкими частотами, — в $850.

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.

За несколько дней до официального анонса (20 июня) стал известен полный состав процессорного семейства AMD EPYC для 1P- и 2P-серверов. Свои решения AMD позиционирует в качестве альтернативы моделям Intel Xeon E5-2600 v4 (Broadwell-EP), заверяя потенциальных клиентов в том, что в некоторых случаях один CPU EPYC может заменить два Xeon.

Источником сведений стал ресурс VideoCardz, команда которого, как утверждается, заполучила официальную документацию к релизу и на основе неё составила две таблицы. В первой перечислены все процессоры EPYC, которые в следующий вторник получат статус серийного продукта, а во второй — сравнение EPYC 7000 Series с Intel Xeon E5-2600 v4 в разных ценовых сегментах (от AMD).

Итак, у Advanced Micro Devices готовы девять моделей EPYC для двухпроцессорных серверов (узлов) и три для однопроцессорных. Чипы с 8, 16, 24 и 32 ядрами объединяют невысокая частота и серьёзное, но типичное для серверных CPU, тепловыделение. Флагман EPYC 7601 оперирует 32 ядрами и 64 потоками обработки данных, характеризуется частотной формулой 2,2/3,2 ГГц и паспортным TDP в 180 Вт. Напротив, всего восемь ядер насчитывает скромный EPYC 7251, работая даже на более низкой частоте и выделяя до 120 Вт тепла.

«Горячий нрав» большинства процессоров EPYC объясняется интеграцией 8-канального контроллера оперативной памяти, 128 линий PCI Express 3.0 и интерфейса для взаимодействия двух CPU в одной системе. В отличие от Intel, AMD не ограничила количество линий PCI-E у младших процессоров. Максимальный объём оперативной памяти в системе на базе EPYC может достигать 4 Тбайт.

За один процессор EPYC 7601 сборщикам серверов придётся заплатить свыше $4000. Вложение, как считают в Саннивейле, окупится высочайшей производительностью CPU и платформы в целом (по крайней мере, в бенчмарке SPECint_rate_base2006).

Хорошая новость для желающих приобрести в обозримом будущем настольные 16-ядерные процессоры Ryzen Threadripper заключается в том, что за похожий по набору характеристик чип EPYC 7351P будет стоить от 700 до 1000 долларов США.

Сегодня доля AMD на рынке серверных CPU ничтожно мала, но EPYC обещают быть достаточно хороши, чтобы хотя бы немного потеснить Intel. Большую роль будет играть то, удастся ли маркетологам Advanced Micro Devices убедить OEM-сборщиков (а тем — потенциальных клиентов) в преимуществах EPYC.