64-ядерный X-Gene 3 представляет собой существенный шаг вперед по сравнению с предыдущей моделью X-Gene 2, у которой насчитывалось только 16 ядер. Источник: AppliedMicro

Ожесточенная гонка за все большим числом ядер в процессорах x86-архитектуры, продолжавшаяся десять лет, в последнее время несколько поутихла, зато аналогичное соперничество среди тех, кто ориентируется на архитектуру ARM, только набирает обороты.

«Компания AppliedMicro, выпускающая 64-разрядные процессоры ARM, готова свой новый серверный чип X-Gene 3 оснастить 64 ядрами», – сообщил на конференции Hot Chips, проходившей в Купертино, вице-президент AppliedMicro по проектированию продуктов Горав Сингх.

Ближайшим конкурентом X-Gene 3 станет 48-ядерный процессор ThunderX, анонсированный в июне компанией Cavium.

X-Gene 3 представляет собой значительный шаг вперед по сравнению с предыдущей моделью X-Gene 2, у которой насчитывалось только 16 ядер. Производители серверов получат новый процессор для тестирования в следующем году.

Увеличение числа ядер позволяет повысить вычислительную мощность процессора без существенного роста его энергопотребления. Процессоры ARM используются сегодня, как правило, в смартфонах и планшетах, но все чаще встречаются и в серверах. Цель AppliedMicro заключается в том, чтобы разместить в своем чипе как можно больше экономичных ядер, благодаря чему производительность серверов можно будет наращивать при возникновении у клиентов такой потребности.

«У вас появляется возможность увеличить плотность быстродействия», – пояснил Сингх.

Процессоры на базе архитектуры ARM занимают меньшую площадь, благодаря чему внутри компактного сервера можно разместить больше процессорных ядер. Серверные чипы x86 требуют дополнительного места, выделяют больше тепла, и при их установке следует учитывать ограничения энергопотребления всей системы.

X-Gene 3 будет оснащен 64 ядрами, работающими на частоте 3 ГГц. Новые процессоры будут устанавливаться в серверы, потребляющие 160 ватт электроэнергии. Такие серверы можно применять для организации веб-хостинга, обслуживания облачных приложений и организации высокопроизводительных вычислений.

Увеличение числа ядер рассматривается в качестве альтернативы росту тактовой частоты процессора, приводящему к увеличению энергопотребления. По числу ядер модели X-Gene 3 нет сегодня равных ни среди процессоров ARM, ни в стане чипов x86.

Компания Intel размещает в своих серверных процессорах x86-архитектуры до 15 ядер, разработчики AMD оснастили 16 ядрами x86-процессор Opteron, а Opteron A1100, разрабатываемый под кодовым наименованием Seattle и построенный на базе архитектуры ARM, будет иметь восемь ядер.

Первый многоядерный чип, Power4, был представлен корпорацией IBM в 2001 году. В 2004 году война ядер разгорелась с новой силой, между Intel и AMD, но к концу десятилетия она постепенно пошла на спад. Серверы ARM с 64-разрядными процессорами пока не поставляются, но AppliedMicro уже начинает активно осваивать эту область.

«Ожидается, что первые серверы с 64-разрядными процессорами ARM появятся через несколько месяцев, и уж совершенно точно мы увидим их к концу текущего года», – заявил Сингх.

Первые серверы будут оснащаться восьмиядерным чипом X-Gene, представленным в 2011 году. Разработчикам моделей X-Gene 2 и X-Gene 3 удалось существенно увеличить производительность, уменьшив одновременно размеры процессора, что открыло возможность для дальнейшего наращивания числа ядер при сохранении энергопотребления на неизменном уровне.

Сингх признал, что процесс проектирования X-Gene занял больше времени, чем ожидалось, но нужно учесть, что от компании потребовалось направить серьезные усилия на развитие аппаратной и программной экосистемы.

«Нам пришлось проделать очень большой объем работы, для того чтобы доказать свою жизнеспособность, – подчеркнул он. – Обеспечение устойчивого функционирования отладчиков, операционных систем и всего остального зависело только от нас».

Intel, Nvidia и AMD уже поставляют процессоры для суперкомпьютеров, оснащенные 60 и более ядрами, но эти устройства представляют собой сопроцессоры, работающие в связке с центральными процессорами.

На конференции Hot Chips представители AppliedMicro изложили подробную информацию о чипах X-Gene 2 и X-Gene 3.

Компания Microsoft объявила о том, что новая плата Catapult, построенная на базе специальных процессоров, существенно увеличит производительность поискового механизма Bing. Как ожидается, новая технология появится в ЦОД в 2015 году. Аналогичную информацию сообщил и крупнейший китайский поисковик Baidu.

Повышение эффективности и производительности поисковых алгоритмов, которые сулит Katapult, несомненно, обрадует каждого

Обе компании представили свои доклады на конференции Hot Chips в Купертино, посвященной последним достижениям в области создания микропроцессоров и сопутствующих технологий.

Сегодня в ПК и игровых консолях широко применяются графические процессоры. Несколько лет назад не меньшей популярностью пользовались и звуковые платы. И те и другие чипы эффективно справлялись с порученными им специализированными функциями. В отличие от них Intel Core, AMD A-серии и ARM Cortex представляют собой программируемые процессоры общего назначения, которые служат для решения самого широкого спектра задач.

Программируемые логические матрицы (field-programmable gate array, FPGA) занимают в этой классификации промежуточное положение. Они обладают ограниченными возможностями программирования, но их производительность ниже, чем у специализированных чипов с фиксированным функционалом. «У нас возникла идея использовать микросхемы FPGA, чтобы продлить жизнь старым системам и добавить им гибкости, – отметил старший инженер-исследователь Microsoft Эндрю Путнэм. – А если вы приобретаете машину для ЦОД, она, как правило, остается там надолго».

Дополнительная гибкость очень значима для ускорения программных алгоритмов (в частности поиска), которые постоянно адаптируются и совершенствуются. Со временем ускоритель с фиксированным набором функций становится все менее и менее эффективным, продолжая занимать ценное пространство и потреблять электроэнергию.

По итогам испытаний команда Путнэма решила отказаться от специализированной платы, в которой использовалось шесть микросхем Xilinx, крупнейшего производителя FPGA. Эти платы заметно усложняли конструкцию серверов, становились дополнительным источником ошибок и выделяли слишком много тепла, что не могло не беспокоить администраторов ЦОД, поддерживавших функционирование Bing и других облачных сервисов Microsoft. Зато плата Catapult, на которой размещались микросхема Altera Stratix V G5 D5, 8 Гбайт оперативной памяти, 32 Гбайт флэш-памяти и восемь разъемов PCI 3, проявила себя самым лучшим образом.

Она прекрасно умещалась в серверах Microsoft Open Compute, чья конструкция стала популярной благодаря Facebook и не требовала специальных доработок со стороны производителей готового оборудования (HP или Dell). В серверах Microsoft установлены два восьмиядерных процессора Xeon с тактовой частотой 2,1 ГГц, 64 Гбайт оперативной памяти, четыре жестких диска объемом 2 Тбайт и два твердотельных накопителя емкостью 512 Гбайт. В половине стойки умещается 48 таких серверов, и в каждый была установлена плата FPGA. Посредством кабелей платы объединили в матрицу 6x8, имеющую тороидальную топологию.

В производственных испытаниях было задействовано 1632 сервера ЦОД. Выяснилось, что платы FPGA ускоряют поиск документов, отвечающих параметрам, задаваемым пользователями. Скорость поисковых операций выросла в два раза, а время задержки сократилось на 29%. Достигнутая экономия позволила Microsoft наполовину уменьшить число требуемых серверов.

Результаты испытаний оказались настолько успешными, что в 2015 году планируется оснастить новыми платами все серверы Bing. Соответственно возникает вопрос, где еще технология FPGA могла бы найти применение?

Компания Baidu, которой принадлежат десятки тысяч серверов в Китае, применяет микросхемы FPGA для ускорения работы нейронных сетей и реализации самых разных алгоритмов — от традиционного поиска до распознавания речи и поиска и распознавания изображений. Плату FPGA Xilinx K7 480t-2l, используемую Baidu, можно устанавливать в любые типы серверов высотой 1U или 2U. Испытания при различной рабочей нагрузке показали, что платы FPGA в несколько раз эффективнее центральных и графических процессоров.

Улучшение качества поисковых операций Bing и Baidu ощутят на себе все пользователи без исключения. Повышение эффективности и производительности поисковых алгоритмов, несомненно, обрадует каждого.

SPARC M7 будет производиться по более совершенной 20-нанометровой технологии

Компания Oracle обнародовала первую подробную информацию о готовящемся к выпуску процессоре SPARC M7, который обещает существенный прирост производительности клиентам СУБД 12С, использующим функции обработки данных в памяти.

«SPARC M7 появится в следующем году и будет использоваться в Unix-системах как старшего, так и младшего классов, в том числе в продуктах семейств M и T», – сообщил исполнительный вице-президент подразделения Oracle Systems Джон Фаулер.

Процессор имеет 32 ядра (столько же, сколько и предыдущая модель M6), но производиться будет по более совершенной 20-нанометровой технологии. Кроме того, здесь используется новая архитектура ядра S4.

По словам Фаулера, M7 обеспечит трех-четырехкратный прирост производительности приложений. Еще более важным для многих клиентов представляется то, что чип имеет встроенные ускорители, дающие весомый выигрыш при выполнении ряда ключевых задач.

Одна из таких задач связана с обработкой информации в памяти. При этом данные считываются не с диска, а из оперативной памяти, благодаря чему существенно сокращается время выполнения запросов. В этом заключается одно из главных конкурентных преимуществ новейшей СУБД Oracle 12C. Генеральный директор компании Ларри Эллисон заявил, что она способна обрабатывать данные на «просто-таки безбожных скоростях».

Разработчики процессора M7 в тесном контакте с командой, занимающейся СУБД Oracle для ускорения операций в памяти, постарались реализовать эти функции непосредственно на аппаратном уровне. Точные цифры роста производительности не приводятся, но говорят, что скорость выполнения типичных операций увеличилась в несколько раз, то есть по сравнению со SPARC M6 производительность по крайней мере удвоилась или утроилась.

«На некоторых запросах мы видим просто невероятное ускорение», – заметил Фаулер.

Процессор обеспечивает также распаковку на аппаратном уровне. Это означает, что клиенты могут хранить данные в сжатом виде, не теряя в производительности при отправке их на обработку. А это в свою очередь приводит к уменьшению стоимости хранения.

Еще одна функция, реализованная на аппаратном уровне, устраняет задержки при передаче сообщений между серверами (задержки приводили к снижению производительности кластеров баз данных).

«Если вам нужно объединить две системы, четыре системы, восемь систем, то чем меньше будут задержки, тем выше окажется масштабируемость, поскольку вам не придется ждать освобождения интерфейса с памятью», – подчеркнул Фаулер.

Еще одна функция проверяет данные в памяти на наличие ошибок, которые могут возникать в результате программных сбоев или нарушений системы безопасности. Так называемый контроль целостности информации приложений в реальном времени использовался прежде только в целях отладки и при решении других непроизводственных задач, но SPARC M7 обладает вполне достаточной производительностью, чтобы применять соответствующие средства и на рабочих приложениях.

На конференции Hot Chips инженеры Oracle провели презентацию нового чипа. Это уже пятый процессор, созданный Oracle после приобретения компании Sun Microsystems четыре года назад. Некоторые полагали, что Эллисон продаст аппаратное направление бизнеса Sun, но вместо этого он решил сосредоточиться на создании дорогостоящих, высокопроизводительных систем, в которых тесно интегрировано оборудование и программное обеспечение Oracle.

Настройки ускорителей, в том числе функций обработки данных в памяти и их распаковки, будут «совершенно прозрачны» для пользователей СУБД Oracle 12C. Вместе с тем здесь нет ничего уникального и отсутствуют какие-либо привязки к СУБД Oracle.

Таким образом, другие разработчики смогут создавать собственные приложения, извлекающие дополнительную выгоду из предложенных аппаратных решений. В Oracle ожидают, что многие разработчики воспользуются функциями проверки целостности данных приложений. Функции обработки данных в памяти и их распаковки потребуют более глубоких знаний, но инженеры IBM, например, теоретически вполне могут настроить свою СУБД соответствующим образом.

В Oracle пока не сообщают, в какие системы будут устанавливаться новые чипы, но Фаулер заявил, что SPARC M7, как и существующий SPARC M6, будет поддерживать конфигурации, объединяющие до 32 процессоров. В системах серий T и M будет использоваться один и тот же чип.

Компания Apple первой стала использовать в смартфонах 64-разрядные процессоры, но в Nvidia утверждают, что их 64-разрядный чип Denver работает быстрее.

32-х и 64-разрядные версии Tegra K1 совместимы на уровне контактов, благодаря чему производители устройств получат возможность устанавливать их в один и тот же разъем

Дополнительная информация о Denver была представлена на конференции Hot Chips. Разработчики объявили о создании «первого в мире 64-разрядного процессора архитектуры ARM для Android».

Ядра Denver будут использоваться в 64-разрядной версии чипа Nvidia Tegra K1, который объединит два заказных ядра центрального процессора и 192 графических ядра Kepler. Все это позволит наладить выпуск портативных компьютеров, планшетов и телефонов старшего класса, чья производительность будет сравнима с быстродействием ПК.

Как и процессор Apple A7, Denver построен на основе архитектуры ARMv8-A.

«По результатам выполнения тестов DMIPS и AnTuTu Denver значительно опередил всех прочих конкурентов с архитектурой ARM», – заявил руководитель направления разработки архитектуры центральных процессоров Nvidia Даррел Боггз. Один из слайдов его презентации на Hot Chips был призван наглядно продемонстрировать превосходство Denver над Apple A7.

Правда, чип еще не готов, и независимые тесты пока не могут подтвердить заявления разработчиков. Что ж, посмотрим, действительно ли Nvidia сумеет превзойти Apple.

Denver стал первым 64-разрядным процессором Nvidia, а его разработчикам пришлось пройти долгий путь. Проект создания 64-разрядного чипа впервые был обнародован в 2011 году, когда Nvidia нацелилась на покорение серверов. Теперь же компания переориентировалась на мобильные устройства.

«Наш процессор отлично подходит для создания контента, запуска игр для ПК и выполнения корпоративных приложений», – подчеркнул Боггз.

Первые разговоры о семействе Tegra K1 зашли в январе на выставке CES. Тогда были представлены 32-х и 64-разрядные версии, совместимые на уровне контактов, благодаря чему производители устройств получат возможность устанавливать их в один и тот же разъем. Тем самым обеспечивалось ускорение перевода устройств на 64-разрядную платформу.

Графические ядра Tegra K1 созданы на базе архитектуры Kepler, применяемой сегодня в графических процессорах для настольных компьютеров. Наличие объединенной кэш-памяти означает, что ядра центрального и графического процессоров могут совместно использовать одни и те же ресурсы.

Большинство современных смартфонов и планшетных компьютеров построены на основе процессоров с архитектурой ARM. Компания Apple первой представила 64-разрядный процессор ARM. Вскоре ее примеру последовали Qualcomm и Mediatek.

По словам Боггза, Tegra K1 лучше использует объединенную вычислительную мощность ядер центрального и графического процессоров. Чип, работающий на частоте до 2,5 ГГц, имеет суперскалярную архитектуру, а благодаря наличию множества конвейеров команды выполняются за меньшее число процессорных циклов. Такое решение способствует также ускорению обмена данными между центральным и графическим процессорами и другими компонентами.

Устройства, оснащенные 64-разрядным процессором Denver, скорее всего уже на подходе. Ранее мы уже имели возможность наблюдать 32-разрядный процессор Tegra K1, созданный на базе архитектуры ARM Cortex-A15, в планшете Nvidia Shield Tablet, платформе для разработчиков Jetson K1 и хромбуке Acer Chromebook 13.

По производительности 64-разрядная версия Tegra K1 опережает 32-разрядную в два-четыре раза в зависимости от специфики решаемых задач.

Первого 64-разрядный процессор AMD с архитектурой ARM, Opteron A1100, разрабатывался под кодовым наименованием Seattle

Ободренная успешным опытом создания заказных процессоров для игровых консолей Xbox One и PlayStation 4 компания Advanced Micro Devices прорабатывает возможность выпуска серверных чипов ARM.

Производитель планирует наладить производство 64-разрядных серверных процессоров ARM, отвечающих специфическим потребностям клиентов. По мере появления на рынке новых типов серверов перспективы создания элементной базы для них становятся все более заманчивыми.

Сегодня чипы ARM используются главным образом в мобильных устройствах, а эффективность применения их в серверах пока остается под вопросом. Между тем растет интерес к процессорам с низким энергопотреблением, которые могли бы найти применение в серверах, предназначенных для веб-хостинга и обслуживания облачных приложений. В компании AMD полагают, что серверные чипы ARM будут пользоваться популярностью у производителей компактных серверов. Чипы хорошо подходят для решения перечисленных задач и к тому же позволяют добиться существенного снижения энергопотребления.

«Сегодня в крупных ЦОД появляется все больше и больше таких приложений, – отметил инженер AMD Шон Уайт в ходе своего выступления на конференции Hot Chips, проходившей в Купертино (Калифорния). – Им не нужна вычислительная мощность серверов, обслуживающих традиционные СУБД старшего класса».

Поставки серверов с 64-разрядными процессорами ARM еще не начались, но в AMD утверждают, что они появятся уже в конце текущего года. По мере расширения сферы их применения модель использования таких компьютеров будет становиться все более четкой, а благодаря архитектурной гибкости AMD удастся полнее удовлетворять конкретные потребности клиентов, как это произошло недавно с игровыми консолями Microsoft и Sony.

«Если вы хотите, чтобы однокристальная система решала нужные вам задачи, или если вы ищете пути материального воплощения своих наработок и интеллектуальной собственности, мы готовы предоставить вам все необходимые услуги», – заявил Уайт.

В AMD сообщили также технические детали своего первого 64-разрядного процессора с архитектурой ARM, Opteron A1100, который разрабатывался под кодовым наименованием Seattle. Опытные образцы чипов уже поставляются производителям серверов для тестирования. Ожидается, что первые серверы с процессорами Seattle появятся в конце текущего или начале будущего года. Одной из таких машин может стать собственный сервер AMD SeaMicro.

Компания продолжает выпускать и серверные процессоры с архитектурой x86, но на чипы ARM возлагаются особые надежды. Серверные процессоры ARM, которые будут конкурировать с доминирующими в ЦОД чипами x86, готовят и конкуренты AMD, в частности компания AppliedMicro. Со своей стороны Intel предлагает владельцам крупных ЦОД (например, eBay) заказные процессоры на базе чипов Xeon.

В прошлом году в условиях спада на рынке ПК компания AMD стала уделять больше внимания разработке заказных процессоров. Благодаря игровым консолям, продажи которых исчислялись миллионами, ей удалось существенно поправить свое финансовое положение.

Серверный процессор Seattle поддерживает два канала памяти DDR3 и DDR4, серверные же чипы x86, как правило, могут обращаться к четырем каналам памяти. Процессоры ARM будут иметь до 4 Мбайт кэш-памяти второго уровня. Чипам, оснащенным восемью ядрами, доступны 8 Мбайт разделяемой кэш-памяти третьего уровня.

Новым решением для процессоров ARM станет поддержка памяти ECC, что будет иметь важное значение для исправления ошибок данных на серверах. Память с контролем четности характерна для серверных чипов x86, а вот 32-разрядные процессоры ARM с ней несовместимы.

Каждый процессор Seattle поддерживает до 128 Гбайт оперативной памяти. При наличии у Opteron A1100 восьми ядер общий объем памяти может достигать 1 Тбайт. Между тем 32-разрядные чипы ARM поддерживают всего 4 Гбайт оперативной памяти.

В числе других возможностей следует отметить функции шифрования и дешифрования, а также сжатия и распаковки данных. Технология TrustZone позволяет создать доверительную зону для безопасного выполнения кода, без нарушения целостности системы.

Разнообразие интерфейсов, поддерживаемых Seattle, вполне можно сравнить со швейцарским армейским ножом. Сюда относятся, в частности, 10-Gigabit Ethernet, PCI-Express и интерфейсы хранения SATA.

Опытные образцы процессоров Seattle уже поставляются избранным клиентам, изъявившим желание заняться написанием и тестированием приложений для них.