هل عصر خوادم ARM قادم؟

اللوحة الأم SynQuacer E-Series لخادم ARM ذو 24 نواة على معالج ARM Cortex A53 بسعة 32 جيجابايت من ذاكرة الوصول العشوائي ، ديسمبر 2018

لسنوات عديدة ، سيطرت معالجات ARM المزودة بمجموعة تعليمات مخفضة (RISC) على سوق الأجهزة المحمولة. لكنهم لم يتمكنوا من اقتحام مراكز البيانات ، حيث لا تزال Intel و AMD مع مجموعة تعليمات x86 تهيمنان. في بعض الأحيان ، تظهر بعض الحلول الغريبة ، مثل خادم ARM ذو 24 نواة استنادًا إلى نظام Banana Pi ، ولكن لا توجد عروض جدية حتى الآن. بتعبير أدق ، لم يكن حتى هذا الأسبوع.

هذا الأسبوع ، أطلقت AWS معالج Graviton2 ARM 64 نواة الخاص بها في السحابة - نظام مدمج مع ARM Neoverse N1. تدعي الشركة أن Graviton2 أسرع بكثير من الجيل السابق من معالجات ARM في مثيلات EC2 A1 ، وهنا هي أول اختبارات مستقلة .

أعمال البنية التحتية عبارة عن مقارنة بين الأرقام. في الواقع ، لا يهتم عملاء مركز البيانات أو الخدمة السحابية بالهيكل المعماري للمعالجات. انهم يهتمون نسبة السعر إلى الأداء. إذا كان العمل على ARM أرخص من الإصدار x86 ، فسيتم اختيارهم.

حتى وقت قريب ، كان من المستحيل أن نقول بشكل لا لبس فيه أن الحسابات على ARM ستكون أكثر ربحية من على x86. على سبيل المثال ، يعد ARM Cortex A53 من جانب الخادم 24 نموذجًا من طراز SocioNext SC2A11 يكلف حوالي 1000 دولار ، وهو ما قد يؤدي إلى رفع خادم ويب على Ubuntu ، ولكنه كان أدنى مستوى من الأداء بالنسبة لمعالج x86.

ومع ذلك ، فإن كفاءة الطاقة المذهلة لمعالجات ARM تجعلك تنظر إليها مرارًا وتكرارًا. على سبيل المثال ، يستهلك SocioNext SC2A11 5 واط فقط. لكن الكهرباء تمثل حوالي 20 ٪ من تكلفة مركز البيانات. إذا أظهرت هذه الرقائق أداءً لائقًا ، فلن يكون لدى x86 أي فرصة.

أول ARM قادم: EC1 A1 مثيلات

في نهاية عام 2018 ، قدمت AWS مثيلات EC2 A1 على معالجات ARM الخاصة بها. بالتأكيد ، كانت هذه إشارة إلى الصناعة حول التغييرات المحتملة في السوق ، ولكن النتائج القياسية كانت مخيبة للآمال.

يوضح الجدول أدناه نتائج مثيلات اختبار الإجهاد لكل من EC2 A1 (ARM) و EC2 M5d.metal (x86). للاختبار ، تم استخدام الأداة المساعدة stress-ng :

stress-ng --metrics-brief --cache 16 --icache 16 --matrix 16 --cpu 16 --memcpy 16 --qsort 16 --dentry 16 --timer 16 -t 1m

كما ترون ، كان أداء A1 أسوأ في جميع الاختبارات باستثناء ذاكرة التخزين المؤقت. بالنسبة لمعظم المؤشرات الأخرى ، حقق ARM الكثير. هذا الاختلاف في الأداء أكبر من الفرق في السعر البالغ 46٪ بين A1 و M5. بمعنى آخر ، لا تزال المثيلات على معالجات x86 أكثر فعالية من حيث التكلفة:

بالطبع ، لا تعرض العلامات المجهرية دائمًا صورة موضوعية. الفرق في أداء التطبيق الحقيقي هو المهم. ولكن هنا كانت الصورة ليست أفضل. قارن زملاء Scylla مثيلات a1.metal و m5.4xlarge مع نفس عدد المعالجات. في الاختبار القياسي لقراءة قاعدة بيانات NoSQL بتكوين عقدة واحدة ، أظهر الأول 102000 قراءة في الثانية والثانية 610،000. وفي كلتا الحالتين ، يتم استخدام جميع المعالجات المتوفرة بنسبة 100٪. هذا يتوافق مع انخفاض في الإنتاجية حوالي ست مرات ، وهذا لا يعوضه انخفاض الأسعار.

بالإضافة إلى ذلك ، تعمل مثيلات A1 ​​فقط على EBS دون دعم لأجهزة NVMe السريعة ، كما في الحالات الأخرى.

بشكل عام ، كانت A1 خطوة في اتجاه جديد ، لكنها لم ترق إلى مستوى توقعات ARM.

المجيء الثاني لـ ARM: مثيلات EC2 M6

تغير كل شيء هذا الأسبوع عندما قدمت AWS فئة جديدة من خوادم ARM ، بالإضافة إلى عدد من الحالات على معالجات Graviton2 الجديدة ، بما في ذلك M6g و M6gd .

توضح مقارنة هذه الحالات صورة مختلفة تمامًا. في بعض الاختبارات ، يعمل ARM بشكل أفضل وأحيانًا أفضل من x86.

فيما يلي نتائج فريق اختبار الإجهاد نفسه:

هذه مسألة مختلفة تمامًا: M6g أسرع بخمس مرات من A1 عند القراءة من قاعدة بيانات Scylla NoSQL ، بينما تعمل مثيلات M6gd الأحدث على تشغيل محركات NVMe سريعة.

هجوم أرمينيا على جميع الجبهات

يعد معالج AWS Graviton2 مجرد مثال على استخدام ARM في مراكز البيانات. لكن الإشارات تأتي من اتجاهات مختلفة. على سبيل المثال ، في 15 تشرين الثاني (نوفمبر) 2019 ، جمعت شركة " نوفيا" الناشئة الأمريكية 53 مليون دولار من رأس المال الاستثماري .

تأسست الشركة الناشئة من قبل ثلاثة مهندسين رائدين شاركوا في إنشاء معالجات في Apple و Google. يعدون بتطوير معالجات لمراكز البيانات التي ستتنافس مع Intel و AMD.

وفقًا للمعلومات المتاحة ، صممت شركة Nuvia منذ البداية مجموعة أساسية من المعالجات يمكن أن تُبنى "على رأس" بنية ARM ، ولكن دون الحصول على ترخيص ARM.

كل هذا يشير إلى أن معالجات ARM جاهزة للاستيلاء على سوق الخوادم. بعد كل شيء ، نحن نعيش في عصر ما بعد الكمبيوتر. انخفضت الشحنات السنوية من X86 بنسبة 10٪ تقريبًا عن الذروة التي بلغتها في عام 2011 ، بينما ارتفعت رقائق RISC إلى 20 مليار. اليوم ، 99 ٪ من المعالجات 32 و 64 بت في العالم هي RISC.

نشر جون هينيسي والفائزان بجوائز تورينج مقالًا بعنوان "العصر الذهبي الجديد لهندسة الكمبيوتر" في فبراير 2019. إليكم ما يكتبون:

حسم السوق النزاع بين RISC و CISC. على الرغم من فوز CISC بالمراحل اللاحقة من عصر الكمبيوتر الشخصي ، إلا أن RISC يفوز الآن بعد وصول عصر ما بعد الكمبيوتر. لا توجد معايير ISA جديدة في CISC لعقود. لدهشتنا ، لا يزال الإجماع العام حول أفضل مبادئ ISA لمعالجات الأغراض العامة اليوم يميل نحو RISC ، بعد 35 عامًا من اختراعه ... في النظم الإيكولوجية مفتوحة المصدر ، ستظهر الرقائق المصممة بشكل صناعي الإنجازات المقنعة وبالتالي تسرع في التنفيذ التجاري. من المحتمل أن تكون فلسفة المعالج للأغراض العامة في هذه الرقائق RISC ، والتي صمدت أمام اختبار الزمن. توقع نفس الابتكارات السريعة كما فعلت خلال العصر الذهبي الأخير ، ولكن هذه المرة من حيث التكلفة والطاقة والسلامة ، وليس فقط الأداء.

"في العقد المقبل ، سيحدث انفجار كامبري للهندسة الحاسوبية الجديدة ، مما يعني أوقاتًا مثيرة لمهندسي الكمبيوتر في الأوساط الأكاديمية والصناعة" ، يخلصون في نهاية المقال.