Концепция периферийных вычислений сравнительно молода и до недавнего времени зачастую её реализации были вынуждены обходиться стандартными процессорами, разработанными для применения в серверах, или даже в обычных ПК и ноутбуках. Intel, достаточно давно имеющая в своём арсенале серию процессоров Xeon D, обновила модельный ряд этих CPU, которые теперь специально предназначены для использования на периферии.

Изображения: Intel

Анонс выглядит очень своевременно, поскольку по оценкам Intel, к 2025 году более 50% всех данных будет обрабатываться вне традиционных ЦОД. Новые серии процессоров Xeon D-1700 и D-2700 обладают рядом свойств, востребованных именно на периферии — особенно на периферии нового поколения.

Новинки имеют следующие особенности:

• Интегрированный 100GbE-контроллер (до 8 портов) с поддержкой RDMA iWARP и RoCE v2;
• Интегрированный коммутатор и обработчик пакетов у Xeon D-2700;
• До 32 линий PCI Express 4.0;
• Поддержка Intel QAT, SGX и TME;
• Поддержка AVX-512, в том числе VNNI/DL Boost;
• Поддержка технологий TSN/TCC, критичных для систем реального времени.

Последний пункт ранее был реализован в процессорах серий Atom x6000E, Xeon W-1100E и некоторых процессорах Core 11-го поколения. Вкратце это технология, позволяющая координировать вычисления с точностью менее 200 мкс в режиме TCC за счёт точной синхронизации таймингов внутри платформы. И здесь у Xeon D, как у высокоинтегрированной SoC, есть преимущество в реализации подобного класса точности. Помогает этому и наличие специального планировщика для общего кеша L3, позволяющего добиться более консистентного доступа к кешу и памяти.

Это незаменимая возможность для систем, обслуживающих сверхточные промышленные процессы, тем более что Intel предлагает хорошо документированный набор API и средств разработки для извлечения из режима TCC всех возможностей. Важной также выглядит наличие поддержки пакета технологий Intel QuickAssist (QAT) для ускорения задач (де-)шифрования и (де-)компрессии.

Третье поколение QAT, доступное, правда, только в Xeon D-2700, в отличие от второго (и это случай D-1700), связано в новых SoC непосредственно с контроллером Ethernet и встроенным программируемым коммутатором. В частности, поддерживается, и IPSec-шифрование на лету (inline) на полной скорости, и классификация (QoS) трафика. Также реализована поддержка новых алгоритмов, таких, как Chacha20-Poly1305 и SM3/4, имеется собственный движок для публичных ключей, улучшены алгоритмы компрессии.

Но QAT может работать и совместно с CPU (lookaside-разгрузка), а можно и вовсе обойтись без него, воспользовавшись AES-NI. Поддержке безопасности помогает и полноценная поддержка защищённых вычислительных анклавов SGX, существенно ограничивающая векторы атак как со стороны ОС и программного обеспечения, так и со стороны гипервизора виртуальных машин. Это важно, поскольку на периферии уровень угрозы обычно выше, чем в контролируемом окружении в ЦОД, но для использования SGX требуется модификация ПО.

В целом, «ядерная» часть новых Xeon-D — это всё та же архитектура Ice Lake-SP. Так что Intel в очередной раз напомнила про поддержку DL Boost/VNNI для работы с форматами пониженной точности и возможности эффективного выполнения инференс-нагрузок — новинки почти в 2,5 раза превосходят Xeon D-1600. Есть и прочие стандартные для платформы функции вроде PFR или SST. Из важных дополнений можно отметить поддержку Intel Slim BootLoader.

Масштабируемость у новой платформы простирается от 2 до 10 (D-1700) или 20 (D-2700) ядер, а TDP составляет 25–90 и 65–129 Вт соответственно. В зависимости от модели поддерживается работа в расширенном диапазоне температур (до -40 °C). У обоих вариантов упаковка BGA, но с чуть отличными размерами — 45 × 45 мм против 45 × 52,5 мм. На этом различия не заканчиваются. У младших Xeon D-1700 поддержка памяти ограничена тремя каналами DDR4-2933, а вот у D-2700 четыре полноценных канала DDR4-3200.

Однако возможности работы с Optane PMem обе модели лишены, несмотря на то, что контроллер памяти их поддерживать должен. Представитель Intel отметил, что если будет спрос со стороны заказчиков, то возможен выпуск вариантов CPU с поддержкой PMem. Дело в том, что прошлые поколения Xeon-D использовались и для создания СХД, а наличие 100GbE-контроллера с RDMA делает новинки не менее интересными для этого сегмента.

Кроме того, есть и поддержка NTB, да и VROC с VMD вряд ли исчезли. Для подключения периферии у D-2700 доступно 32 линии PCIe 4.0, а у D-1700 — 16. У обоих серий CPU также есть 24 линии HSIO, которые на усмотрение производителя можно использовать для PCIe 3.0, SATA или USB 3.0. Впрочем, пока Intel предлагает использовать всё это разнообразие интерфейсов для подключения ускорителей и различных адаптеров.

Поскольку в качестве одной из основных задач для новых процессоров компания видит их работу в качестве контроллеров программно-определяемых сетей, включая 5G, она разработала для этой цели референсную платформу. В ней предусматривается отдельный модуль COM-HPC с процессором и DIMM-модулями, что позволяет легко модернизировать систему. А базовая плата предусматривает наличие радиотрансиверов, что актуально для сценария vRAN.

Поскольку речь идёт не столько о процессорах, сколько о полноценной платформе, Intel серьезное внимание уделила программной поддержке, причём, в основе лежат решения с открытым программным кодом. Это позволит заказчикам систем на базе новых Xeon D разворачивать новые точки и комплексы периферийных вычислений быстрее и проще. Многие производители серверного аппаратного обеспечения уже готовы представить свои решения на базе Xeon D-1700 и 2700.

В 2015 году компания Intel представила процессоры Xeon семейства D. Первой появилась серия Xeon D-1500. Процессоры Xeon D получили архитектуру уровня Intel Core (Broadwell), став на ступеньку выше Xeon на архитектуре Atom. Целевое назначение Xeon D при этом не изменилось ― они всё так же были ориентированы на создание микросерверов, встраиваемых решений, систем для хранения данных малого и среднего уровней и сетевого оборудования. В 2018 году компания выпустила серию Xeon D-2100 на архитектуре Skylake. Тем самым в семейство Xeon D добавились решения повышенной производительности. Сегодня Intel представила третью серию Xeon D ― процессоры D-1600, которые возвращают нас к истокам семейства, главной целью которого был захват рынка производительной периферии с акцентом на плотность и сниженное потребление.

Процессоры Intel Xeon D-1600 получили меньшее число ядер, чем у их предшественников в лице Xeon D-1500. Диапазон числа физических ядер у моделей Xeon D-1600 сократился с 4–16 до 2–8. Максимальный тепловой пакет при этом остался тем же ― 65 Вт, тогда как минимальное значение TDP снизилось с 35 Вт до 27 Вт. Снижение числа ядер и сохранение максимального уровня TDP говорит о росте производительности в пересчёте на одно ядро. Во многом это достигается за счёт прироста как базовой частоты (в 1,2–1,5 раза), так и за счёт увеличения частоты при автоматическом разгоне до 3,2 ГГц, тогда как модели Xeon D-1500 в режиме турбо ограничивались частотой до 2,7 ГГц. Определённым образом Intel откатилась назад по шкале эволюции, понизив градус многоядерности в пользу наращивания однопоточной производительности. Собственно, этого требует позиционирование новой серии и активное развитие виртуализации сетевых функций (NFV). Для этого стала важнее скорость реакции сетевой платформы, что хорошо отрабатывается повышением тактовых частот.

Архитектурных изменений в моделях Xeon D-1600 не очень много, если они вообще есть (пока предполагаем, что архитектура осталась прежней ― Broadwell). Интегрированный контроллер памяти остался двухканальным с поддержкой модулей DDR4 с частотой до 2400 МГц суммарным объёмом до 128 Гбайт. Также поддерживается память DDR3L-1600. Уточним, процессоры Xeon D ― это однокристальная платформа, фактически SoC, что чрезвычайно удобно для тех областей, на которые нацелены эти решения.

Встроенные в процессоры интерфейсы представлены 24 линиями PCIe 3.0, 8 линиями PCIe 2.0, 6 портами SATA 6 Гбит/с, 4 портами USB 3.0, 4 портами USB 2.0 и 4 портами Ethernet 10 Гбит/с. Кстати, об Ethernet. На кристалл Xeon D-1600 интегрирован контроллер Intel серии Ethernet 700. На это намекают не только четыре интерфейса Ethernet 10GbE, но также поддержка технологии Intel QuickAssist.

У старшей серии Xeon D-2100 модели Xeon D-1600 взяли то, чего не было у моделей Xeon D-1500 ― это поддержка технологии Intel QuickAssist (QAT). Технология QAT поддержана в моделях Xeon D-1600 с индексом «N». Наличие QAT означает, что процессор несёт встроенный аппаратный ускоритель для работы с криптографией, компрессией и обработки сетевого трафика. Поддерживается целый ряд популярных алгоритмов, что существенно разгружает вычислительные ядра и даёт ощутимый прирост производительности. Например, обработка трафика TLS/IPSec плюс компрессия происходит со скоростью 30 Гбит/с плюс 30 000 операций в секунду, как и расшифровка ключами RSA с такой же производительностью.

Поставки процессоров Xeon D-1600 компания Intel начнёт во втором квартале текущего года. Решения на основе новинок попадут на рынок к середине года или во второй его половине. По представлениям Intel, вычислительное и коммуникационное оборудование на базе Xeon D-1600 станет оптимальным выбором для развёртывания инфраструктуры для реализации и поддержки сотовой связи поколения 5G, а также для организации периферийных (пограничных) вычислений, когда обработка сырых данных (видео, сбор информации с датчиков, включая автомобильную электронику) происходит на месте и минимизирует пересылку в центры по обработке информации. Кроме того, они могут быть использованы в системах хранения данных.

Процессоры Intel Xeon D 1600 представлены в рамках большого обновления решений для ЦОД, которое включает «взрослые» Intel Xeon Cascade Lake AP и SP с поддержкой памяти Optane в формате DDR4-модулей и новых инструкций для ИИ, модульные FPGA Agilex и сетевые контроллеры 100GbE Intel Ethernet 800. Подробности по ссылкам ниже.

Кликните по изображению продукта для перехода в соответствующий раздел/материал