Экосистема серверных процессоров с архитектурой ARM продолжает активно цвести и развиваться. Как показывают результаты тестов, ARM может быть гораздо выгоднее x86. И компания Marvell старается оставаться «в струе»: она анонсировала третье поколение чипов ThunderX. Процессоры ThunderX3 получили 96 ядер и поддержку SMT4.

Четвёртое поколение ThunderX ожидается в 2022 году

Первые шаги ARM в мире серверных вычислений были довольно неуклюжими и в полной мере это относится к ThunderX. Прародительница этих процессоров, компания Cavium, пыталась дебютировать ещё в 2016 году, однако особого успеха не снискала. Второе поколение процессоров под этим именем получило новую архитектуру, продолжившую собой разработки Broadcom, но Cavium это не спасло — летом 2018 года компания была куплена корпорацией Marvell Technology Group. Впрочем, производительность ThunderX2 продемонстрировали неплохую и понемногу начали приживаться в серверном мире.

ThunderX3: основные характеристики

Новый владелец не забросил разработки, благо, к этому времени архитектура ARM уже доказала свою жизнеспособность не только в качестве решений для носимых устройств. Как и ожидалось, третье поколение ThunderX было анонсировано в 2020 году, а именно, 16 марта. В общих чертах ThunderX3 являются продолжением идей, заложенных в ThunderX2; в частности, третье поколение унаследовало поддержку SMT4, чего до сих пор нет в мире x86.

Улучшения, скорее, количественные, нежели качественные: оптимизирована микроархитектура для увеличения числа исполняемых за такт операций, освоен новый 7-нм техпроцесс, а максимально возможное количество ядер в одном процессоре выросло с 32 до 96, что даёт 384 потока на процессорный разъём и 768 потоков на стандартную двухпроцессорную платформу.

ThunderX3 vs. ThunderX2: производительность

Ядра у Marvell ThunderX3 кастомные, имеют архитектуру ARM8.3+. Компания избрала более сложный подход, нежели Amazon с их CPU Graviton2, который использует ядра ARM Neoverse N1 и SMT в текущей реализации не поддерживает вовсе. Помимо хорошей поддержки SMT с четырьмя потоками на ядро, ThunderX3 получили четыре 128-битных блока SIMD против двух у Graviton 2, что должно обеспечить новинкам преимущество на активно использующих векторные операции задачах.

ThunderX3 ориентирован на облачные системы

Подробностей о подсистеме кешей Marvell пока не раскрыла, заявлено лишь о постоянном уровне латентности, не зависящем от взаимного расположения ядер. Подсистема памяти аналогична Graviton2 и включает в себя восьмиканальный контроллер DDR4 с поддержкой частот до 3200 МГц.

ThunderX3: оценка производительности в облачных приложениях

Друг с другом процессоры ThunderX3 могут общаться посредством интерфейса CCPI (Cavium Cache Coherent Interconnect) третьего поколения с пропускной способностью 28 Гбит/с на линию, всего таких линий 24. Для подключения периферийных устройств реализован контроллер PCI Express 4.0, точнее, 16 контроллеров на процессор шириной x4 каждый. Поддерживается мультиплексирование линий PCIe для подключения устройств, требующих 8 или 16 линий интерфейса.

ThunderX3: преимущества новинки в сфере HPC

Компания не собирается ограничиваться выпуском единственной модели с максимальным количеством ядер и частотой 3 ГГц. Будут выпущены разные варианты ThunderX3 с теплопакетами от 100 до 240 Ватт, но все они будут базироваться на едином дизайне. В плане энергоэффективности, если верить Marvell, новый процессор превосходит на 30% платформу AMD Rome (EPYC 2 поколения).

ThunderX3: оценка производительности в сфере супервычислений

Производительность у ThunderX3 серьёзно подросла — компания-разработчик заявляет о 25% превосходстве по показателю IPC в сравнении с ThunderX2. На 60% увеличена производительность в однопоточном режиме, на целочисленных операциях новинка быстрее ThunderX2 в три, а на вычислениях с плавающей запятой — в пять раз. Таким образом, системы на базе новых процессоров Marvell должны опережать разработки Google и Ampere, по крайней мере, в теории.

Поддержка SMT4 даёт серьёзные преимущества в ряде сценариев

В основном, преимущество будет реализовываться в сценариях, задействующих крупные массивы данных. Также благодаря развитой поддержке SMT, однопроцессорные системы смогут запускать больше виртуальных машин. В этих областях ThunderX3 будут опережать даже AMD Rome, не говоря уж об Intel Cascade Lake-SP. По-видимому, x86 сохранит за собой превосходство в чисто вычислительных задачах, однако и здесь новая разработка Marvell должна выглядеть вполне конкурентоспособно.

ThunderX3: замах на лидерство в энергоэффективности

Пока речь идёт лишь об анонсе. Более детально о новых процессорах Maverll планирует рассказать на 32-ой конференции Hotchips 2020, которая пройдёт в Стэнфордском университете с 16 по 18 августа этого года.

Компания Marvell весьма активно продвигает на серверный рынок процессоры ThunderX2 с архитектурой ARMv8.1, однако относительно планов по развитию данной сферы до недавних пор хранилось молчание. За плечами Marvell есть несколько крупных достижений в области HPC: Astra, узлы Cray Shasta и Atos BullSequana X1310.

Однако конкуренция среди ARM-производителей серверных CPU обостряется: Fujitsu занимается A64FX, Ampere вывела на рынок eMAG, Amazon создала собственные Graviton. Так что на мероприятии Linley Processor Conference компания всё же решила поделиться свои видением будущего.

Marvell не без оснований полагает, что её текущие решения являются наилучшим выбором для облачных систем с «родной» поддержкой ARM-приложений, включая запуск Android. Один 32-ядерный процессор ThunderX2 способен заменить целые «кластеры» на базе менее мощных решений вроде Raspberry Pi 4.

Использование процессоров ThunderX2 снизит затраты на разработку ARM-приложений

Новую версию процессора, ThunderX3 компания планирует выпустить в 2020 году, а ThunderX4 следует ожидать в 2022 году. Третья версия ThunderX получит архитектуру Triton. О ней пока известно немного, но представитель Marvell отметил наличие четырех 128-битных блоков инструкций NEON (у ThunderX2 таких блоков 2 на ядро).

С помощью ThunderX2 можно создавать игровые сервисы для платформы Android

ThunderX3 будет вдвое быстрее ThunderX2, а ThunderX4 — вдвое быстрее ThunderX3. Интересно также отметить, что компания планирует добавить в будущие продукты поддержку векторных расширений ARM Scalable Vector Extention (SVE); некоторые из новых инструкций появятся уже в ThunderX3, но более подробной информации на этот счёт пока раскрыто не было.

Серьёзное внимание будет уделено наращиванию частотного потенциала и повышению экономичности новых процессоров. ThunderX3 будут производиться с использованием 7-нм техпроцесса TSMC. Если не возникнет проблем, то следующая итерация, ThunderX4 будет переведена на использование 5-нм технологических норм.

Представитель компании отметил, что при разработке новых семейств ThunderX Marvell будет придерживаться политики «создаём ядро с нуля». Таким образом, конкуренции со стороны самой ARM, которая не так давно представила собственную высокопроизводительную платформу с ядрами Neoverse N1 и E1, Marvell не опасается.