L'ère des serveurs ARM approche-t-elle?

Carte mère SynQuacer E-Series pour un serveur ARM 24 cœurs sur un processeur ARM Cortex A53 avec 32 Go de RAM, décembre 2018

Pendant de nombreuses années, les processeurs ARM avec un jeu d'instructions réduit (RISC) ont dominé le marché des appareils mobiles. Mais ils n'ont jamais réussi à pénétrer dans les centres de données, où Intel et AMD avec le jeu d'instructions x86 dominent toujours. Parfois, certaines solutions exotiques apparaissent, comme un serveur ARM à 24 cœurs basé sur la plate - forme Banana Pi , mais il n'y a pas encore d'offres sérieuses. Plus précisément, ce n'est que cette semaine.

Cette semaine, AWS a lancé son propre processeur Graviton2 ARM à 64 cœurs dans le cloud - un système sur puce avec le cœur ARM Neoverse N1. La société affirme que Graviton2 est beaucoup plus rapide que les processeurs ARM de génération précédente dans les instances EC2 A1, et voici les premiers tests indépendants .

Les affaires d'infrastructure sont une comparaison de chiffres. En fait, les clients d'un centre de données ou d'un service cloud ne se soucient pas de l'architecture des processeurs. Ils se soucient du rapport qualité-prix. Si travailler sur ARM est moins cher que sur x86, ils seront choisis.

Jusqu'à récemment, il était impossible de dire sans équivoque que les calculs sur ARM seraient plus rentables que sur x86. Par exemple, le serveur ARM Cortex A53 à 24 cœurs côté serveur est un modèle SocioNext SC2A11 coûtant environ 1000 $, ce qui pourrait augmenter un serveur Web sur Ubuntu, mais ses performances étaient bien inférieures à celles du processeur x86.

Cependant, l'incroyable efficacité énergétique des processeurs ARM vous fait les regarder encore et encore. Par exemple, SocioNext SC2A11 ne consomme que 5 watts. Mais l'électricité représente près de 20% du coût d'un datacenter. Si ces puces affichent des performances décentes, alors x86 n'aura aucune chance.

ARM's First Coming: Instances EC2 A1

Fin 2018, AWS a introduit des instances EC2 A1 sur ses propres processeurs ARM. Certes, cela a été un signal à l'industrie concernant les changements potentiels sur le marché, mais les résultats de référence ont été décevants.

Le tableau ci-dessous montre les résultats des instances de test de résistance de EC2 A1 (ARM) et EC2 M5d.metal (x86). Pour les tests, l'utilitaire stress-ng été utilisé:

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

Comme vous pouvez le voir, A1 a obtenu de moins bons résultats dans tous les tests, à l'exception du cache. Pour la plupart des autres indicateurs, ARM a donné beaucoup. Cette différence de performance est supérieure à la différence de prix de 46% entre A1 et M5. En d'autres termes, les instances sur les processeurs x86 sont toujours restées plus rentables:

Bien sûr, les microbenchmarks ne montrent pas toujours une image objective. La différence dans les performances réelles des applications est importante. Mais ici, l'image n'était pas meilleure. Les collègues de Scylla ont comparé les instances a1.metal et m5.4xlarge avec le même nombre de processeurs. Dans le test standard de lecture d'une base de données NoSQL dans une configuration à nœud unique, le premier a montré 102 000 lectures par seconde et le second 610 000. Dans les deux cas, tous les processeurs disponibles sont utilisés à 100%. Cela correspond à une baisse de la productivité d'environ six fois, qui n'est pas compensée par une baisse des prix.

De plus, les instances A1 ne s'exécutent que sur EBS sans prise en charge des périphériques NVMe rapides, comme dans d'autres instances.

En général, A1 était un pas dans une nouvelle direction, mais n'a pas répondu aux attentes d'ARM.

ARM's Second Coming: EC2 M6 Instances

Tout a changé cette semaine lorsque AWS a introduit une nouvelle classe de serveurs ARM, ainsi qu'un certain nombre d'instances sur les nouveaux processeurs Graviton2 , notamment M6g et M6gd .

Une comparaison de ces instances montre une image complètement différente. Dans certains tests, ARM fonctionne mieux, et parfois bien mieux que x86.

Voici les résultats de la même équipe de tests de résistance:

C'est un tout autre problème: M6g est cinq fois plus rapide que A1 lors de la lecture à partir de la base de données Scylla NoSQL, et les nouvelles instances M6gd exécutent des disques NVMe rapides.

Offensive ARM sur tous les fronts

Le processeur AWS Graviton2 n'est qu'un exemple d'utilisation d'ARM dans les centres de données. Mais les signaux proviennent de différentes directions. Par exemple, le 15 novembre 2019, la startup américaine Nuvia a levé 53 millions de dollars en financement de capital-risque .

La startup a été fondée par trois ingénieurs de premier plan qui ont participé à la création de processeurs chez Apple et Google. Ils promettent de développer des processeurs pour les centres de données qui seront en concurrence avec Intel et AMD.

Selon les informations disponibles , Nuvia a conçu à partir de zéro un cœur de processeur qui peut être construit "au-dessus" de l'architecture ARM, mais sans obtenir de licence ARM.

Tout cela indique que les processeurs ARM sont prêts à conquérir le marché des serveurs. Après tout, nous vivons dans l'ère post-PC. Les livraisons annuelles du X86 ont chuté de près de 10% par rapport au sommet de 2011, tandis que les puces RISC ont grimpé à 20 milliards. Aujourd'hui, 99% des processeurs 32 et 64 bits dans le monde sont RISC.

Les lauréats du prix Turing, John Hennessey et David Patterson, ont publié un article intitulé «Le nouvel âge d'or de l'architecture informatique» en février 2019. Voici ce qu'ils écrivent:

Le marché a réglé le différend entre RISC et CISC. Bien que le CISC ait remporté les dernières étapes de l'ère PC, RISC gagne maintenant que l'ère post-PC est arrivée. Il n'y a pas de nouvelles normes ISA au CISC depuis des décennies. À notre grande surprise, le consensus général sur les meilleurs principes ISA pour les processeurs à usage général continue aujourd'hui d'être en faveur de RISC, 35 ans après son invention ... Dans les écosystèmes open source, les puces conçues avec soin démontreront de manière convaincante les réalisations et accéléreront ainsi la mise en œuvre commerciale. La philosophie du processeur à usage général dans ces puces est probablement RISC, qui a résisté à l'épreuve du temps. Attendez-vous à la même innovation au rythme rapide que vous avez fait au cours du dernier âge d'or, mais cette fois en termes de coût, d'énergie et de sécurité, pas seulement de performances.

"Au cours de la prochaine décennie, une explosion cambrienne de nouvelles architectures informatiques aura lieu, ce qui signifie des moments passionnants pour les architectes informatiques dans les universités et l'industrie", concluent-ils à la fin de l'article.