В рамках программы импортозамещения СберТех провёл тестирование серверов на базе процессоров Эльбрус-8С. По результатам системы признаны работоспособными, но не отвечающими предъявляемым требованиям по целому ряду параметров. Все пожелания и замечания переданы МЦСТ, разработчику Эльбрус.

Банковские информационные системы — критически важная часть любого государства. Поэтому неудивительно стремление использовать в них решения собственной разработки, дабы меньше зависеть от чужих чипов и серверов. Примеры Huawei это подтверждают, но в данной заметке речь пойдёт не о китайских процессорах, а о российских. Лаборатория СберТех провела полноценное тестирование серверов на базе процессоров Эльбрус-8С, результаты которого, к сожалению, трудно назвать удовлетворительными.

Фото: МЦСТ

Это первое полномасштабное испытание процессоров Эльбрус в «полевых условиях», то есть, на уровне реальных серверов и задач, которые эти серверы должны выполнять. В испытаниях приняли участие платформы с двумя и четырьмя чипами Эльбрус-8С (VLIW, 8C/8T, 1,3 ГГц, 16 Мбайт L3-кеш, 70 Вт TDP, 28 нм). В качестве оппонентов выступили «типичные системы» на базе Intel Xeon Gold 6230 (x86-64, Cascade Lake-SP, 20C/40T, 2,1-3,9 ГГц, 27,5 Мбайт кеш, 125 Ватт TDP, 14 нм), которых в Сбере тысячи и тысячи.

Изображения: YouTube/ElbrusTV

По итогам тестирования серверы признаны работоспособными, но показавшими неудовлетворительный уровень производительности. Озвучены основные выводы: «мало памяти, медленная и устаревшая память, мало ядер, низкая тактовая частота». Особенно низкой оказалась производительность в приложениях, использующих Java.

Если в тестах PGbench/PostreSQL Xeon опередил Эльбрус в 1,7-3,3 раза, то в тестах на время отклика Java-приложения разница составила 23-26 раз. Запуск приложения, который по нормативам СберТеха должен укладываться в 60 секунд, занял у серверов Эльбрус 220 секунд в двухпроцессорном варианте и 164 секунды — в четырёхпроцессорном.

Кроме того, в рамках стандартных спецификаций компании системы на базе Эльбрус-8С смогли пройти всего по 7 параметрам из 44 предъявляемых. Если отсутствие монтажных стоечных рельсов можно отнести к «мелким претензиям», которые легко решаются, то отсутствие системы удалённого управления — недоработка весьма серьёзная, поскольку затраты на увеличение штата ИТ-специалистов окажутся непомерно велики.

Стоит, однако, отметить, что Эльбрус-8С уже устарел в рамках собственной экосистемы: МЦСТ обещает представить на тестирование усовершенствованные варианты серверов на базе Эльбрус-8СВ с более высокой частотой (1,5 против 1,3 ГГц), удвоенной производительностью в операциях над числами с плавающей запятой, а также использующие память DDR4-2400 (до 1 Тбайт на сервер) вместо окончательно устаревшей DDR3-1600. Однако массовые поставки таких серверов при заказе 1-5 тыс. единиц возможны не ранее IV квартала 2022 года при заказе в III квартале 2021 года.

Признана необходимость проведения тестов систем на базе Эльбрус под управлением ОС, сертифицированных ФСТЭК по профилю не ниже ОС.А4 (использование для обработки персональных данных и ГИС). Также отмечена необходимость введения полноценной поддержки технологий виртуализации, а не только контейнеризации.

Отметим также, что МЦСТ успешно завершила разработку Эльбрус-16С, в котором ряд фундаментальных недостатков, присущих процессорам Эльбрус-8С/8СВ успешно устранён. Новый чип будет иметь 16 ядер с возросшей до 2 ГГц частотой, восьмиканальный контроллер памяти DDR4-3200 (до 16 Тбайт на сервер), контроллер 10GbE и интегрированный контроллер PCIe 3.0 (32 линии). Последний снимает серьёзные ограничения по пропускной способности чипов Эльбрус-8C/CB к периферийным устройствам. Также с 8 до 48 Гбайт/с возрастёт скорость межпроцессорного обмена данными.

Представитель МЦСТ отметил, что низкие результаты в Java-тестах отчасти обусловлены «слепым тестированием», в котором разработчикам не были предоставлены данные, необходимые для полноценной оптимизации Java-машины. Простым подбором опций МЦСТ удалось улучшить показатели в три раза, а «макет» оптимизированного приложения СберТеха позволил сократить время отклика с 24 до 4 мс, что практически равнозначно показателям систем на базе процессоров Intel (Core i7-9700, 3 мс).

Наличие собственных высокопроизводительных процессоров и сопровождающей их технической инфраструктуры — в современном мире вопрос стратегического значения для любой силы, претендующей на первые роли. Консорциум European Processor Initiative (EPI), в течение долгого времени работавший над созданием мощных процессоров для нужд Евросоюза, наконец-то, получил первые весомые плоды.

О проекте EPI мы неоднократно рассказывали читателям в 2019 и 2020 годах. В частности, в 2020 году к консорциуму по разработке мощных европейских процессоров для систем экза-класса присоединилась SiPearl. Но сегодня достигнута первая серьёзная веха: EPI, насчитывающий на данный момент 28 членов из 10 европейских стран, наконец-то получил первую партию тестовых образцов процессоров EPAC1.0.

Источник изображений: European Processor Initiative (EPI)

По предварительным данным, первичные тесты новых чипов прошли успешно. Процессоры EPAC имеют гибридную архитектуру: в качестве базовых вычислительных ядер общего назначения в них используются ядра Avispado с архитектурой RISC-V, разработанные компанией SemiDynamics. Они объединены в микро-тайлы по четыре ядра и дополнены блоком векторных вычислений (VPU), созданным совместно Барселонским Суперкомпьютерным Центром (Испания) и Университетом Загреба (Хорватия).

Строение кристалла EPAC1.0

Каждый такой тайл содержит блоки Home Node (интерконнект) с кешем L2, обеспечивающие когерентную работу подсистем памяти. Имеется в составе EPAC1.0 и описанный нами ранее тензорно-стенсильный ускоритель STX, к созданию которого приложил руку небезызвестный Институт Фраунгофера (Fraunhofer IIS). Дополняет картину блок вычислений с изменяемой точностью (VRP), за его создание отвечала французская лаборатория CEA-LIST. Все ускорители в составе нового процессора связаны высокоскоростной сетью, использующей SerDes-блоки от EXTOLL.

Первые 143 экземпляра EPAC произведены на мощностях GlobalFoundries с использованием 22-нм техпроцесса FDX22 и имеют площадь ядра 27 мм². Используется упаковка FCBGA 22x22. Тактовая частота невысока, она составляет всего 1 ГГц. Отчасти это следствие использования не самого тонкого техпроцесса, а отчасти обусловлено тестовым статусом первых процессоров.

Но новорожденный CPU жизнеспособен: он успешно запустил первые написанные для него программы, в числе прочего, ответив традиционным «42» на главный вопрос жизни и вселенной. Ожидается, что следующее поколение EPAC будет производиться с использованием 12-нм техпроцесса и получит чиплетную компоновку.

Южная Корея намерена добиться большей независимости в сфере разработки и производства чипов для серверов и суперкомпьютеров, в первую очередь для нужд внутри страны. По сообщению Министерства науки и ИКТ Южной Кореи, пять гиперскейлеров подписали меморандум о взаимопонимании с пятью производителями микросхем.

Меморандум предполагает расширение использования отечественных технологий, в частности, ИИ-ускорителей в центрах обработки данных на территории страны. Производители и разработчики чипов — SK Group, Rebellions, FuriosaAI и Исследовательский институт электроники и телекоммуникаций — также согласились создать для этого новый технологический центр в Кванджу на юго-западе страны.

Отечественные чипы получат компании Naver Cloud, Douzone Bizon, Kakao Enterprise, NHN и KT. Все они являются крупными игроками на местном рынке и, каждая в своей области, довольно успешно конкурируют с зарубежными IT-гигантами. Это во многом напоминает ситуацию в Китае и Японии, которые также имеют сильных локальных игроков и вкладываются в разработку собственной микроэлектроники, чтобы быть менее зависимыми от США, как минимум, в области суперкомпьютинга.

Несколько недель назад правительство объявило о пакете поддержки в размере 510 трлн вон ($451 млрд) для увеличения производства микросхем в стране, что принесёт пользу не только Samsung и SK Hynix, но и небольшим компаниям. Также ранее сообщалось, что Южная Корея намерена к 2030 году построить суперкомпьютер экзафлопсного класса на базе преимущественно «домашних» компонентов.

Мощные многоядерные процессоры, могущие служить основой суперкомпьютерных комплексов и кластерных систем могут разрабатывать, а тем более производить, не так уж много стран. Но любое государство, претендующее на независимость в IT, хорошо понимает, что в современном мире такая возможность может оказаться ключевой. Именно поэтому создан консорциум European Processor Initiative, именно для этого КНР, Япония и Россия разрабатывают свои многоядерные чипы. Теперь в игру вступает и Южная Корея.

Концепция процессора для сферы супервычислений может отличаться кардинально: так, Европа и Япония предпочитают архитектуру ARM, Европа присматривается и к RISC-V, а Россия делает основную ставку на VLIW (семейство «Эльбрус»). Японские процессоры Fujitsu A64FX тоже основаны на ARM, но заметно отличаются от всех остальных чипов: набор инструкций SVE, HBM-память и встроенный интерконнект.

Южнокорейский институт электроники и телекоммуникаций (ETRI), ведущий свой проект совместно с ARM, объявил о том, что стал ещё на шаг ближе к созданию собственного уникального процессора класса HPC. Уникальность южнокорейской разработки в том, что она должна обеспечивать как высокую производительность в традиционных суперкомпьютерных задачах, обычно использующих вычисления двойной точности (FP64), так и невысокий уровень энергопотребления в «низкоточных» задачах (инференс, машинное обучение и тому подобные сценарии).

Спецификации, поставленные перед южнокорейскими разработчиками, довольно серьёзны: финальный вариант процессора должен обеспечивать 2,5-кратное превосходство над классическими ускорителями (обычно на базе графических чипов), но при этом быть на 60% экономичнее них. Это должно достигаться за счёт уникальной реализации управления питанием и тактовыми частотами отдельных компонентов процессора. Речь идёт как об аппаратной составляющей, так и о разработке собственного программного стека, позволяющего тонко манипулировать режимами работы нового ЦП.

Заявлена возможность интеграции собственных блоков ускорителей, совместимых с уже существующими фреймворками за счёт поддержки OpenMP и OpenCL. Процессор в полной мере сохранит классический режим вычислений с двойной точностью. Текущий прототип получил название K-AB21, причём AB означает «Artificial Brain» (искусственный мозг) — разработчики заявляют, что за счет активного использования матричных ядер (XPU) им удалось достичь производительности 16 Тфлопс на процессор. Это обещает до 1600 Тфлопс на стойку. Процессор с такой производительностью должен открыть Южной Корее дорогу к собственным суперкомпьютерам экзафлопсного класса.

Компоновкой K-AB21 отчасти напоминает Fujitsu A64FX, поскольку также предусматривает наличие пула HBM2 в виде четырёх сборок, однако это не единственная его память. HBM выступает скорее в роли ещё одного уровня кеша, а основной объём составляют модули DDR5. Вычислительная часть состоит из классических ARM-ядер Zeus и многопоточных масштабируемых ядер XPU собственной разработки ETRI. Их-то разработчики и называют «матричными ядрами», поскольку работа с матричной математикой главная задача этих ядер.

Группы таких ядер, называемые доменами XEMC на схеме (всего их в каждом процессоре 4), имеют свой MMU, а также собственные подсистемы кешей и программируемых блоков логики с поддержкой SMT. За соединение частей процессора между собой отвечает внутренняя сеть с ячеистой (mesh) топологией. Текущая реализация K-AB21 также включает в себя шесть контроллеров шины PCI Express 5.0, каждый на 16 линий.

В настоящее время разработчики заняты финализацией отдельных элементов дизайна K-AB21, но в целом разработка близка к завершению. Полноценная реализация «в кремнии» ожидается к концу 2021 года, что для проекта такого масштаба достаточно быстро и позволит Южной Корее вовремя войти в эру суперкомпьютеров экза-класса.

В настоящее время самым мощным южнокорейским кластером является Nurion, занимающий 17 место в Top500. Однако это система Cray CS500 на базе Intel Xeon Phi 7250, которая целиком базируется на технологиях США, а выпуск собственного HPC-процессора позволит Южной Корее стать более независимой в этом аспекте.