कैवियम थंडरएक्स 2 मूल्यांकन: आर्म सर्वर ड्रीम सही आता है (भाग 1, परिचय)

दो साल से भी कम समय पहले, हमने पहले आर्म SoC सर्वर की खोज की, जो सैद्धांतिक रूप से Intel Xeon E5s - कैवियम थंडरएक्स के साथ प्रतिस्पर्धा कर सकता था। एसओसी सर्वर ने उन सभी चीजों का प्रदर्शन किया, जिनकी घोषणा की गई थी, हालांकि, कम एकल-थ्रेडेड प्रदर्शन और ऊर्जा विशेषताओं के अनुकूलन में कठिनाइयों के कारण, 48-कोर SoC को आला बाजारों को सौंपा गया था। नतीजतन, पहले कैवियम SoC सर्वर कभी भी इंटेल के Xeon के साथ प्रतिस्पर्धा करने में सक्षम नहीं था।



लेकिन कैवियम ने स्पष्ट कारणों के लिए हार नहीं मानी: फिलहाल, सर्वर बाजार पहले से कहीं अधिक आकर्षक हो गया है। वैश्विक विशाल इंटेल के डेटा केंद्र प्रति वर्ष लगभग 20 बिलियन अमेरिकी डॉलर (!) का राजस्व लाते हैं। इसके अलावा, लाभप्रदता 50% है। लाभ और धन के कारोबार के संदर्भ में, सर्वर बाजार किसी भी अन्य उपकरण बाजार की तुलना में कई गुना अधिक है। इसलिए, थंडरएक्स को लॉन्च करने के बाद, कैविम ने एक दूसरी पुनरावृत्ति जारी करने का वादा किया: बेहतर बिजली प्रबंधन, एकल-थ्रेडेड प्रदर्शन में सुधार, और इससे भी अधिक कोर (54)।

कैवियम के हाथों में क्या नहीं है कि यदि उपयोगकर्ता को सर्वर की आवश्यकता होती है, तो वह केवल डिबग और विश्वसनीय मशीन ले सकता है। दरअसल, पिछले 5 वर्षों में आर्म, कैलक्सेडा, ब्रॉडकॉम, एप्लाइडमाइक्रो के जोरदार वादे किए गए हैं, जिससे संदेह और अविश्वास की गंभीर लहर पैदा हुई है और नए SoCs आर्म सर्वर का उदय हुआ है।

फिर भी, एक बाहरी कैवियम का नया निर्माण ध्यान देने योग्य है। कई परिवर्तन किए गए, न कि केवल "2" नाम के अलावा: कैवियम ने अवागो की वल्कन डिज़ाइन खरीदी। वल्कन एक महत्वाकांक्षी प्रोसेसर डिज़ाइन है, जो मूल रूप से आर्म सर्वर SoC ब्रॉडकॉम टीम द्वारा विकसित किया गया है, और इसमें मूल थंडरएक्स की तुलना में बहुत बड़ी विरासत है। इसके अलावा, थंडरएक्स के साथ अपने अनुभव के आधार पर, कैवियम अपने प्रदर्शन और शक्ति में सुधार करते हुए, वल्कन डिजाइन में कुछ सूक्ष्म-सुधार लाने में सक्षम था।

नतीजतन, थंडरएक्स 2 "पिछली पीढ़ी की तुलना में अधिक विस्तृत कोर" बन गया। थंडरएक्स कोर में बहुत छोटी पाइपलाइन थी और प्रति चक्र दो निर्देशों का सामना करने की संभावना नहीं थी, लेकिन वालकैन कोर को 8 भ्रूणों के लिए डिज़ाइन किया गया है और प्रति चक्र 4 निर्देशों तक क्रियान्वित किया जाता है। और इससे भी अधिक: सभी 4 धाराएँ (SMT4) एक ही समय में सक्रिय हो सकती हैं, जो लगातार बैक-एंड लोडिंग प्रदान करती हैं। नई थंडरएक्स 2 SoC32 में 2.5 गीगाहर्ट्ज़ तक की आवृत्ति के साथ 32 कोर हैं।



128 थ्रेड तक और कम से कम आठ डीडीआर 4 नियंत्रक के साथ, इस सीपीयू को सभी सर्वर भार में अच्छा प्रदर्शन करना चाहिए। दूसरे शब्दों में, थंडरएक्स (1) के विपरीत, थंडरएक्स 2 पहला आर्म सर्वर प्रोसेसर है और इसमें सर्वर बाजार में संतुलन को झटका देने का हर मौका है।

किसके पास अधिक है: विनिर्देशों

एक पैकेज में बत्तीस उच्च IPC कोर आशाजनक लग रहे हैं। लेकिन एएमडी, क्वालकॉम और इंटेल उत्पादों की तुलना में नया थंडरएक्स 2 कैसा दिखता है? नीचे दी गई तालिका में, हम कई टॉप-एंड सर्वर SKU के विनिर्देशों की तुलना करते हैं।



जानकार पाठक तुरंत ध्यान देंगे कि इंटेल प्रोसेसर लाइन का शीर्ष एक्सोन प्लेटिनम 8180 है। हालांकि, 205 डब्ल्यू टीडीपी और 10,000 डॉलर से अधिक कीमत वाला यह SKU आमतौर पर सूची में किसी भी प्रोसेसर के साथ तुलनीय नहीं है। हम पहले ही लगभग ,१ including६ सहित कारण की रेखा को पार कर चुके हैं, जैसा कि हमें लगता है, कर्नेल / थ्रेड ब्लॉक के अधिकतम SKU के मापदंडों के अनुसार इस सूची में आता है। वास्तव में, कैविअम कैवियम 9980 को एक्सॉन प्लेटिनम 8164 (और इंटेल इस भूमिका 8176 की भूमिका निभाता है) के साथ "तुलनीय" के रूप में रखता है, लेकिन थोड़ा कम आवृत्तियों के साथ।

हालांकि, डॉलर के प्रदर्शन के मामले में, कैवियम अपने फ्लैगशिप 9980 की तुलना इंटेल ज़ेओन गोल्ड 6148 से करता है, और इस मामले में, कैवियम प्रोसेसर की कीमत काफी तेज़ लगती है। परीक्षण के परिणामों के अनुसार, सबसे तेज थंडरएक्स 2 एक्सियन 6148 से 30-40% आगे है, जबकि कैवियम से ऑफर $ 1,300 सस्ता है। इस तरह के आक्रामक मूल्य निर्धारण अफवाहों को बताते हैं कि क्वालकॉम सर्वर बाजार में प्रवेश करने वाला नहीं है।

ऊपर तालिका में डेटा प्रतिद्वंद्वियों के बीच महत्वपूर्ण अंतर दिखाते हैं। इंटेल के पास सबसे उन्नत कोर टोपोलॉजी और उच्चतम टर्बो गति है। क्वालकॉम, इस बीच, यह प्रति वाट प्रदर्शन के लिए अधिक आकर्षक लगता है।



एएमडी के ईपीवाईसी की तरह, कैविटी का थंडरएक्स 2 उच्च प्रदर्शन कंप्यूटिंग बाजार (33% अधिक थ्रूपुट, उच्च कोर / थ्रेड्स) पर चमकने की संभावना है। एएमडी के डिजाइन के साथ, ईपीवाईसी एल 3 कैश धीमा है यदि आपको डेटा की आवश्यकता है जो स्थानीय 8 एमबी कैश स्लॉट में नहीं है। थंडरएक्स 2 बहुत अधिक जटिल है - एक्सोन वी 4 रिंग आर्किटेक्चर (ब्रॉडवेल-ईपी) के समान दोहरी अंगूठी वास्तुकला के साथ। कैवियम से मिली जानकारी के अनुसार, उनकी रिंग नॉन-ब्लॉकिंग आर्किटेक्चर 6 टीबी / एस तक के थ्रूपुट प्रदान करने में सक्षम है।

यह रिंग आर्किटेक्चर कैवियम के सुसंगत प्रोसेसर इंटरकनेक्ट (CCPI2 - आकृति के शीर्ष पर) से जुड़ा है, जो 600 Gbit / s की गति से संचालित होता है। यह कनेक्शन दो सॉकेट / NUMA नोड्स को जोड़ता है। PCIe 3.0 SoC के 56 लेन रिंग से जुड़े हैं, जो कैवियम 14 PCIe नियंत्रकों के बीच स्थित है। इन 14 नियंत्रकों, बदले में, नीचे दिखाए गए अनुसार x4 या X1 को शाखा दे सकते हैं।



साथ ही यह SR-IOV को सपोर्ट करता है, जो I / O वर्चुअलाइजेशन (Xen और KVM) के लिए बहुत महत्वपूर्ण है।

थंडरएक्स: आसान से जटिल तक

संक्षिप्त ब्रीफिंग। मूल थंडरएक्स ऑक्टोन III का एक उन्नत संस्करण था: एक सीपीयू जिसमें दो छोटी पाइपलाइनों के साथ एक साथ दो निर्देशों (दोहरी-निर्गम कोर) को निष्पादित करने की क्षमता होती है।



मूल थंडरएक्स डिज़ाइन का एक लाभ इसकी उच्च ऊर्जा दक्षता है, विशेष रूप से कम आईएलपी (निर्देश स्तर समानता) वाले कार्यभार के लिए। बेशक, इस तरह के एक छोटे कन्वेयर घड़ी की आवृत्ति को बढ़ाने के लिए गंभीर सीमाएं हैं, और एक साधारण डिजाइन डिजाइन मध्यम और उच्च ILP भार पर कम एकल-थ्रेडेड प्रदर्शन की गारंटी देता है, जबकि अधिक उन्नत आउट-ऑफ-ऑर्डर प्रोसेसर जितना संभव हो सके "छिपे हुए समानतावाद" को निकाल सकते हैं। "।

कैवियम का "नया" कोर: वल्कन

मूल थंडरएक्स की तुलना में, वल्कन थंडरएक्स 2 का कोर पूरी तरह से अलग जानवर है। ब्रॉडकॉम द्वारा 2014 में घोषित, वल्कन एक अपेक्षाकृत बड़ा कोर है जो 4 एक साथ थ्रेड्स (SMT4) को नियंत्रित करता है। परिणामस्वरूप, कम ILP वाले सर्वर लोड के साथ काम करने पर भी बैक एंड को अच्छी तरह लोड किया जाना चाहिए।

4 एसएमटी धाराओं की स्थिरता सुनिश्चित करने के लिए, थंडरएक्स 2 फ्रंट-एंड, 8-वे 32 केबी साहचर्य निर्देश कैश से 64 बाइट्स तक निकाल सकता है, जो एक सरल "अगली पंक्ति" प्रीफैचर से सुसज्जित है। हालाँकि, 8 कमांड्स का चुनाव तभी संभव है जब इन 64 बाइट्स में ब्रांचिंग न हो। अन्यथा, कांटे पर चयन बाधित होता है।

इसका मतलब यह है कि गहन रूप से शाखा कोड (डेटाबेस, एआई ...) में, भ्रूण को प्रति चक्र औसतन per 5 निर्देश प्राप्त होते हैं, क्योंकि 5 निर्देशों में से एक शाखा है। चयनित निर्देशों को फिर चौरसाई बफर में भेजा जाता है - एक बफर जिसमें संग्रहीत निर्देश डिकोडिंग के लिए संग्रहीत होते हैं।



तब डिकोडर 4 निर्देशों के पैकेज के साथ काम करता है। डिकोडर और नाम बदलने के चरण के बीच, प्रत्येक स्ट्रीम में एक "स्लिप बफर" होता है, जिसमें 8 पैक होते हैं। 4 थ्रेड्स के साथ, 32 पैकेट (128 निर्देश) तक किसी भी समय बफर किया जा सकता है।

ये 4 निर्देश - पैकेट - पाइपलाइन के साथ चलते हैं जब तक कि एक एकल संदेश कतार अनुसूचक के लिए नहीं पहुंच जाती है। इंटेल के लूप स्ट्रीम डिटेक्टर (एक छोटे कैश की तरह काम करता है) की तरह, इसमें एक लूप बफर और एक भविष्यवक्ता भी है। यह लूप बफ़र गलत शाखा भविष्यवाणियों को समाप्त करता है और इसमें डिकोड किए गए μops होते हैं जो पाइपलाइन को "छोटा" करते हैं और डिकोडिंग के लिए उपयोग की जाने वाली ऊर्जा को कम करते हैं।

एक बार में 6 निर्देशों को निष्पादित किया जा सकता है। कार्यान्वयन में 2 ALU / FP / NEON स्लॉट, 1 ALU / टैप स्लॉट, 2 लोड / स्टोर स्लॉट (16 बाइट्स), और 1 क्लीन स्टोरेज स्लॉट शामिल है जो D कैश में 16 बाइट भेजता है। वर्चुअल से भौतिक पते तक शून्य विलंब के साथ स्विच करने के लिए एक छोटा (कैवियम कितना खुलासा करेगा) एल 1 टीएलबी नहीं है। एल 1 डी 1 कैश के लिए कोई हार्डवेयर प्रीफ़ेचर नहीं है, लेकिन एल 2 कैश में एक परिष्कृत हार्डवेयर प्रीफ़ेचर है जो पैटर्न को पहचान सकता है (यह कदम से कदम काम कर सकता है या अगली पंक्ति पुनः प्राप्त कर सकता है)।

यह पीछे के छोर को "फीड" करने के लिए पर्याप्त है, जो 4 विभिन्न थ्रेड्स से प्रति चक्र 4 निर्देशों का समर्थन कर सकता है।

माइक्रोआर्किटेक्चर में अंतर

कैवियम ने थंडरएक्स 2 कोर के बारे में सीमित मात्रा में जानकारी प्रकाशित की है। विभिन्न प्रोसेसर आर्किटेक्चर की कुछ प्रमुख विशेषताएं नीचे संक्षेप में प्रस्तुत की गई हैं।



एक विस्तृत विश्लेषण इस लेख के दायरे से परे है। लेकिन आप पढ़ सकते हैं जोहान डी गेलस ने फाल्कोर, स्काईलेक, और ज़ेन के आर्किटेक्चर पर विश्लेषण किया। हम खुद को सबसे स्पष्ट अंतरों तक सीमित रखते हैं।

यह बहुत स्पष्ट है कि इंटेल का एकल-थ्रेडेड प्रदर्शन बेजोड़ है: स्काइलेक कोर वह कोर है जो मक्खी के अधिकांश निर्देशों को निष्पादित करता है, और सबसे महत्वपूर्ण बात, उच्चतर घड़ी की गति से चलता है। थंडरएक्स 2 का कोर इस मायने में अलग है कि यह प्रति चक्र अधिकतम निर्देशों को निकालता है, जो लगातार 4 थ्रेड्स का समर्थन करने में सक्षम है। भ्रूण एक धागे से 8 टीमों पर कब्जा करेगा, फिर दूसरे धागे से 8, और धागे के बीच चक्र करना जारी रखेगा। इसका मतलब यह है कि खराब भविष्यवाणी एकल थ्रेड के प्रदर्शन को काफी कम कर सकती है।

थंडरएक्स 2 एसकेयू: 16 से 32 कोर

परीक्षणों के लिए प्रयुक्त SKU थंडरएक्स 2 CN9980 2.2 है। यह शीर्ष-अंत SKU है, जिसमें 2.5 गीगाहर्ट्ज तक बढ़ाने की क्षमता के साथ 2.2 GHz की आवृत्ति पर 32 कोर हैं।



यदि आप कैवियम की योजनाओं पर विश्वास करते हैं, तो आने वाले महीनों में कई और एसकेयू होंगे। कैवियम का दावा है कि CN9980 जल्द ही 2.5 गीगाहर्ट्ज़ की आवृत्ति के साथ उपलब्ध होगा, और टर्बो 3 गीगाहर्ट्ज़ तक होगा।

कैवियम ने अपने सभी नियोजित SKU को तुलनीय Intel SKU के साथ सूचीबद्ध किया। कैवियम की परिभाषा के अनुसार, एक तुलनीय इंटेल SKU एक चिप है जो कैविअम के SKU के रूप में एक ही SpecInRate (2017) को प्राप्त करती है।



कैवियम का मानना ​​है कि हमें जो CN9880 2.2 मिला है, वह बहुत अधिक महंगा 8164 के बराबर है। हमारे परीक्षण के लिए, हम इसकी तुलना 8176 (Intel SKU हमारे लिए उपलब्ध) से करते हैं। ऐसा नहीं है कि यह मायने रखता है: 8174 की तुलना में 8176 में केवल 3% उच्चतर घड़ी की गति और 2 अतिरिक्त कोर (+ 7%) हैं। हालांकि, ध्यान दें कि थंडरएक्स 2 कैवियम वास्तव में इंटेल एसकेयू के संकेत के साथ प्रतिस्पर्धा कर सकता है, उन्होंने इंटेल SKU लागत के एक तिहाई के लिए समान प्रदर्शन प्रदान करते हैं।

अगले भाग में:

• टेस्ट कॉन्फ़िगरेशन और कार्यप्रणाली
• मेमोरी सबसिस्टम: बैंडविड्थ
• एकल-थ्रेडेड प्रदर्शन: विनिर्देश CPU2006
• विशेष CPU2006 कंटेंट: SMT के साथ कोर-आधारित प्रदर्शन

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