कैवियम थंडरएक्स 2 मूल्यांकन: आर्म सर्वर ड्रीम सच आता है (भाग 2)

पहला भाग, "कैवियम थंडरएक्स 2 मूल्यांकन: द ड्रीम ऑफ़ ए आर्म सर्वर कम ट्रू" यहाँ है

टेस्ट कॉन्फ़िगरेशन और कार्यप्रणाली

थंडरएक्स 2 समीक्षा के लिए, हमारे सभी परीक्षण उबंटू सर्वर 17.10, लिनक्स 4.13 64 बिट कर्नेल पर किए गए थे। हम आमतौर पर एलटीएस संस्करण का उपयोग करते हैं, लेकिन चूंकि कैवियम उबंटू के इस विशेष संस्करण के साथ आता है, इसलिए हमने ओएस को बदलने का जोखिम नहीं उठाया। उबंटू वितरण में जीसीसी 7.2 संकलक शामिल है।



आप देखेंगे कि DRAM की राशि हमारे सर्वर कॉन्फ़िगरेशन में भिन्न होती है। कारण सरल है: इंटेल में 6 मेमोरी चैनल हैं, और कैवियम के थंडरएक्स 2 में 8 मेमोरी चैनल हैं।





विशिष्ट BIOS सेटिंग्स को नीचे देखा जा सकता है। यह ध्यान देने योग्य है कि हाइपरथ्रेडिंग और इंटेल वर्चुअलाइजेशन तकनीक शामिल हैं।

अन्य नोट

दोनों सर्वर यूरोपीय मानक - 230 V (अधिकतम 16 एम्पीयर) के अनुसार संचालित होते हैं। हमारे Airwell CRAC उपकरणों द्वारा 23 डिग्री सेल्सियस पर इनडोर वायु तापमान को नियंत्रित और बनाए रखा जाता है।

ऊर्जा की खपत

यह उल्लेखनीय है कि गिगाबाइट "कृपाण" प्रणाली ने 500 वाट की खपत की अगर यह सिर्फ लिनक्स चला रहा था (अर्थात, यह ज्यादातर बेकार था)। हालांकि, लोड के तहत, सिस्टम लगभग 800 डब्ल्यू का उपभोग करता है, जो सिद्धांत रूप में हमारी अपेक्षाओं को पूरा करता है, क्योंकि हमारे पास दो 180 डब्ल्यू टीडीपी चिप्स अंदर हैं। जैसा कि आमतौर पर प्रारंभिक परीक्षण प्रणालियों के साथ होता है, हम सटीक विद्युत तुलना नहीं कर सकते।

वास्तव में, कैवियम का दावा है कि एचपी, गीगाबाइट और अन्य से मौजूदा सिस्टम बहुत अधिक कुशल होंगे। कृपाण परीक्षण प्रणाली का उपयोग किया गया था जिसमें पावर प्रबंधन के साथ कई समस्याएं थीं: अनुचित प्रशंसक फर्मवेयर नियंत्रण, बीएमसी त्रुटि और बहुत अधिक शक्ति (1600 डब्ल्यू) के साथ बिजली की आपूर्ति इकाई।

मेमोरी सबसिस्टम: बैंडविड्थ

नवीनतम प्रोसेसर पर जॉन मैकक्लिन की स्ट्रीम बैंडविड्थ बेंचमार्क बेंचमार्क का उपयोग करना सिस्टम बैंडविड्थ की पूरी क्षमता को मापने के लिए तेजी से मुश्किल हो रहा है क्योंकि कोर और मेमोरी चैनलों की संख्या बढ़ती है। जैसा कि आप नीचे दिए गए परिणामों से देख सकते हैं, थ्रूपुट का अनुमान लगाना आसान नहीं है। परिणाम बहुत चयनित सेटिंग्स पर निर्भर करता है।



सैद्धांतिक रूप से, थंडरएक्स 2 में इंटेल एक्सॉन की तुलना में 33% अधिक बैंडविड्थ है, क्योंकि एसओसी में छह इंटेल चैनलों की तुलना में 8 मेमोरी चैनल हैं। ये उच्च थ्रूपुट संख्याएं केवल बहुत विशिष्ट परिस्थितियों में प्राप्त की जाती हैं, और दूरस्थ मेमोरी के उपयोग से बचने के लिए कुछ ट्यूनिंग की आवश्यकता होती है। विशेष रूप से, हमें यह सुनिश्चित करना चाहिए कि प्रवाह एक सॉकेट से दूसरे तक नहीं ले जाए।

शुरुआत के लिए, हमने दोनों आर्किटेक्चर पर सर्वोत्तम परिणाम प्राप्त करने की कोशिश की। इंटेल के मामले में, ICC कंपाइलर ने हमेशा स्ट्रीम लूप के भीतर कुछ निम्न स्तर के अनुकूलन के साथ बेहतर परिणाम प्राप्त किए हैं। कैवियम के मामले में, हमने कैवियम के निर्देशों का पालन किया। मोटे तौर पर, परिणामी तस्वीर इस बात का अंदाजा है कि ये प्रोसेसर अपनी चोटियों पर किस बैंडविड्थ को प्राप्त कर सकते हैं। इंटेल के साथ ईमानदार होने के लिए, आदर्श सेटिंग्स (AVX-512) के साथ आप 200 जीबी / एस तक पहुंच सकते हैं।

हालाँकि, यह स्पष्ट है कि थंडरएक्स 2 प्रणाली अपने प्रोसेसर कोर को 15 से 28% अधिक बैंडविड्थ प्रदान कर सकती है। परिणाम 235 जीबी / एस, या लगभग 120 जीबी / एस प्रति स्लॉट है। यह, बदले में, मूल थंडरएक्स की तुलना में लगभग 3 गुना बड़ा है।

मेमोरी सबसिस्टम: देरी

यद्यपि बैंडविड्थ माप केवल सर्वर मार्केट के एक छोटे से हिस्से पर लागू होता है, लगभग हर एप्लिकेशन मेमोरी सबसिस्टम की विलंबता पर अत्यधिक निर्भर होता है। कैश और मेमोरी विलंबता को मापने के प्रयासों में, हमने LMBench का उपयोग किया। परिणाम के रूप में हम जो डेटा देखना चाहते हैं, वह "रैंडम लोड में देरी, स्टेप = 16 बाइट्स" है। ध्यान दें कि हम nanoseconds में L3 विलंबता और DRAM समय देरी व्यक्त करते हैं, क्योंकि हमारे पास सटीक L3 कैश घड़ी मान नहीं हैं।



थंडरएक्स 2 एल 2 कैश बहुत कम विलंबता के साथ एक्सेस किया जाता है, और एकल स्ट्रीम का उपयोग करते समय, एल 3 कैश इंटेल के एकीकृत एल 3 कैश के लिए एक प्रतियोगी की तरह दिखता है। हालाँकि, जब हम DRAM से मिले, तो इंटेल ने काफी कम विलंबता दिखाई।

मेमोरी सबसिस्टम: TinyMemBench

संबंधित आर्किटेक्चर की गहरी समझ हासिल करने के लिए, ओपन-सोर्स टेस्ट TinyMemBench का उपयोग किया गया था। स्रोत कोड GCC 7.2 का उपयोग करके संकलित किया गया था, और अनुकूलन स्तर -O3 पर सेट किया गया था। परीक्षण रणनीति को अच्छी तरह से बेंचमार्क मैनुअल में वर्णित किया गया है:

विभिन्न आकारों के बफ़र्स में यादृच्छिक मेमोरी एक्सेस के लिए औसत समय मापा जाता है। बड़ा बफर, टीएलबी कैश मिस, एल 1 / एल 2 और डीआरएएम एक्सेस के सापेक्ष अधिक से अधिक योगदान। सभी संख्याएँ अतिरिक्त समय का प्रतिनिधित्व करती हैं जिन्हें L1 कैश (4 चक्र) की विलंबता में जोड़ने की आवश्यकता होती है।

हमने एक और दो यादृच्छिक रीड्स (विशाल पृष्ठों के बिना) के साथ परीक्षण किया, क्योंकि हम यह देखना चाहते थे कि मेमोरी सिस्टम ने कई रीड अनुरोधों को कैसे संभाला।



मूल थंडरएक्स की मुख्य कमियों में से एक कई उत्कृष्ट मिसाइलों का समर्थन करने में असमर्थता थी। किसी भी उच्च-प्रदर्शन वाले आधुनिक प्रोसेसर कोर के लिए मेमोरी स्तर की संगामिति एक महत्वपूर्ण विशेषता है: इसकी मदद से, यह कैश मिस से बचता है जो बैक-एंड "भूख" का कारण बन सकता है। इस प्रकार, गैर-रोकड़ कैश बड़े कोर के लिए एक महत्वपूर्ण विशेषता है।

थंडरएक्स 2 इस समस्या से बिल्कुल भी ग्रस्त नहीं है, इसके गैर-अवरुद्ध कैश के लिए धन्यवाद। Xeon 8176 में स्काईलेक कोर की तरह, दूसरी रीडिंग कुल विलंबता को केवल 15-30% बढ़ाती है, न कि 100%। TinyMemBench के अनुसार, स्काईलेक कोर में काफी बेहतर विलंबता है। 512KB संदर्भ बिंदु की व्याख्या करना आसान है: स्काईलेक कोर अभी भी अपने तेज L2 से पुनर्प्राप्त कर रहा है, और थंडरएक्स 2 कोर को L3 तक पहुंचना चाहिए। लेकिन 1 और 2 एमबी की संख्या दर्शाती है कि इंटेल प्रीफैचर्स एक गंभीर लाभ प्रदान करते हैं, क्योंकि विलंबता L2 और L3 कैश के लिए औसत है। लेटेंसी की दरें 8 से 16 एमबी रेंज में समान हैं, लेकिन जैसे ही हम एल 3 (64 एमबी) से आगे बढ़ते हैं, इंटेल का स्काईलेक कम विलंबता मेमोरी प्रदान करता है।

एकल-थ्रेडेड प्रदर्शन: विनिर्देश CPU2006

वास्तविक कंप्यूटिंग प्रदर्शन को मापने के साथ शुरू करना, हम विशेष CPU2006 पैकेज के साथ शुरू करते हैं। जानकार पाठक बताएंगे कि जब विशेष CPU2017 दिखाई दिया, तब विनिर्देश CPU2006 को हटा दिया गया था। लेकिन सीमित परीक्षण समय और इस तथ्य के कारण कि हम थंडरएक्स को पुन: प्राप्त करने में सक्षम नहीं थे, हमने सीपीयू 2006 से चिपके रहने का फैसला किया।

यह देखते हुए कि विनिर्देशन हार्डवेयर की तरह लगभग एक अच्छा बेंचमार्क है, हम मानते हैं कि हमारे परीक्षण दर्शन को तैयार करना उचित होगा। आपको वास्तविक संकेतकों का मूल्यांकन करने की आवश्यकता है, न कि परीक्षण के परिणामों को बढ़ाना। इसलिए, जहाँ तक संभव हो, निम्नलिखित सेटिंग्स के साथ "वास्तविक दुनिया की तरह" स्थितियां बनाना महत्वपूर्ण है (इस मुद्दे पर रचनात्मक आलोचना का स्वागत है):

• 64 बिट gcc: लिनक्स पर सबसे अधिक इस्तेमाल किया जाने वाला कंपाइलर, एक अच्छा कंपाइलर जो "इंटरप्ट" टेस्ट (libquantum) करने की कोशिश नहीं करता है ...
• -ऑप्ट: कंपाइलर ऑप्टिमाइज़ेशन जो कई डेवलपर्स उपयोग कर सकते हैं
• -फोर-सख्त-अलियासिंग: कुछ उप-संकलन संकलित करने के लिए आवश्यक
• आधार रन: प्रत्येक उपप्रकार उसी तरह संकलित करता है

सबसे पहले, आपको अनुप्रयोगों में प्रदर्शन को मापने की आवश्यकता होती है, जिसमें किसी कारण से, "शत्रुतापूर्ण मल्टीथ्रेडेड वातावरण" के कारण देरी होती है। दूसरा, आपको यह समझने की आवश्यकता है कि इंटेल के स्काईलेक वास्तुकला की तुलना में थंडरएक्स एलएलसी वास्तुकला एक एकल धागे के साथ कितनी अच्छी तरह काम करता है। कृपया ध्यान दें कि उस विशेष स्काईलेक मॉडल में आप आवृत्ति को 3.8 गीगाहर्ट्ज से अधिक कर सकते हैं। चिप लगभग सभी स्थितियों में 2.8 गीगाहर्ट्ज की आवृत्ति पर काम करेगी (28 धागे सक्रिय हैं) और 14 सक्रिय धागे के साथ 3.4 गीगाहर्ट्ज का समर्थन करेंगे।

सामान्य तौर पर, कैवियम थंडरएक्स 2 सीएन 9980 ($ 1795) को "6148 से बेहतर" ($ 3072) के रूप में रखता है, 2.6 गीगाहर्ट्ज (20 थ्रेड्स) पर चलने वाला प्रोसेसर और बिना किसी समस्या के 3.3 गीगाहर्ट्ज तक पहुंचता है (16 थ्रेड सक्रिय तक) )। दूसरी ओर, इंटेल-एसकेयू को कई स्थितियों में घड़ी की गति में महत्वपूर्ण 30 प्रतिशत का लाभ होगा (3.3 गीगाहर्ट्ज बनाम 2.5 गीगाहर्ट्ज)।

कैवियम ने कोर की संख्या द्वारा आवृत्ति घाटे की भरपाई करने का फैसला किया, 32 कोर की पेशकश की - जो कि एक्सोन 6148 (20 कोर) की तुलना में 60% अधिक है। यह ध्यान देने योग्य है कि कोर की एक बड़ी संख्या कई अनुप्रयोगों में रिटर्न में कमी का कारण बनेगी (उदाहरण के लिए, अमदहल)। इसलिए, अगर कैवियम थंडरएक्स 2 के साथ इंटेल के प्रमुख स्थान को हिला देना चाहता है, तो प्रत्येक कोर को कम से कम प्रतिस्पर्धी वास्तविक दुनिया के प्रदर्शन की पेशकश करनी चाहिए। या इस मामले में, थंडरएक्स 2 को कम से कम 66% (2.5 बनाम 3.8) एकल-थ्रेडेड स्काईलेक प्रदर्शन प्रदान करना चाहिए।



परिणाम धुंधले हैं क्योंकि ThunderX2 ARMv8 कोड (AArch64) के साथ काम करता है, और Xeon x86-64 कोड का उपयोग करता है।

पॉइंटर ट्रैकिंग टेस्ट - एक्सएमएल प्रोसेसिंग (बड़े ओओओ बफ़र्स) और ऐसे रास्ते खोजना, जो आमतौर पर एक्सेस लेटेंसी के प्रभाव को कम करने के लिए बड़े एल 3 कैश पर निर्भर करते हैं, थंडरएक्स 2 के लिए सबसे खराब हैं। यह माना जा सकता है कि DRAM सिस्टम की एक उच्च विलंबता प्रदर्शन को नीचा दिखाती है।

वर्कलोड जिसमें शाखा की भविष्यवाणी का प्रभाव अधिक होता है (कम से कम x86-64 पर: गलत शाखा चुनने का एक उच्च प्रतिशत) - थंडरएक्स 2 पर गॉम्बक, सेंज, हम्मर - सर्वश्रेष्ठ भार नहीं हैं।

यह भी ध्यान देने योग्य है कि पेर्लेन्बच, गॉम्बक, एचएमआर, और एच 264 टीआर निर्देशों को स्काइलेक के बड़े एल 2 कैश (512 केबी) से लाभ के लिए जाना जाता है। हम आपको पहेली के कुछ टुकड़े दिखाते हैं, लेकिन साथ में वे चित्र को एक साथ रखने में मदद कर सकते हैं।

दूसरी तरफ, थंडरएक्स 2 ने जीसीसी के लिए अच्छी तरह से काम किया है, जो ज्यादातर एल 1 और एल 2 कैश के अंदर काम करता है (इस तरह कम एल 2 विलंबता पर निर्भर करता है), और शाखा भविष्यवक्ता के प्रदर्शन का प्रभाव न्यूनतम है। सामान्य तौर पर, TunderX2 के लिए सबसे अच्छा परीक्षण mcf (सार्वजनिक परिवहन में वाहनों का वितरण) है, जो, जैसा कि आप जानते हैं, लगभग पूरी तरह से L1 डेटा कैश को छोड़ देता है, L2 कैश पर निर्भर करता है, और यह थंडर 2 का मजबूत बिंदु है। मैक्फ मेमोरी बैंडविड्थ पर भी मांग कर रहा है। लिब्कैंटम एक ऐसा परीक्षण है जिसमें मेमोरी बैंडविड्थ की सबसे बड़ी आवश्यकता होती है। तथ्य यह है कि स्काईलेक काफी औसत दर्जे का सिंगल-थ्रेडेड बैंडविड्थ प्रदान करता है, शायद यही कारण है कि थंडरएक्स 2 भी लिबक्वांटम और एमसीएफ पर इतना अच्छा प्रदर्शन करता है।

विशेष CPU2006 कंटेंट: SMT के साथ कोर-आधारित प्रदर्शन

एकल-थ्रेडेड प्रदर्शन से परे जाकर, एकल कोर के भीतर बहु-थ्रेडेड प्रदर्शन पर भी विचार किया जाना चाहिए। वल्कन प्रोसेसर आर्किटेक्चर मूल रूप से SMT4 का उपयोग अपने कोर को लोड करने और समग्र थ्रूपुट को बढ़ाने के लिए किया गया था, और अब हम इसके बारे में बात करेंगे।



सबसे पहले, थंडरएक्स 2 कोर में पहले थंडरएक्स कोर पर कई महत्वपूर्ण सुधार हुए हैं। यहां तक ​​कि लिबेकैंटम को ध्यान में रखते हुए, यह परीक्षण संकलक के लिए कुछ सुधारों और अनुकूलन के बाद पुरानी थंडरएक्स कर्नेल पर आसानी से 3 गुना तेजी से चल सकता है। खैर, नया थंडरएक्स 2 अपने बड़े भाई की तुलना में 3.7 गुना तेज है। आईपीसी की यह श्रेष्ठता पिछले थंडरएक्स के किसी भी लाभ को समाप्त करती है।

एसएमटी के प्रभाव को देखते हुए, हम औसतन देखते हैं कि 4-तरफ़ा एसएमटी थंडरएक्स 2 प्रदर्शन को 32% तक सुधारता है। यह वीडियो एन्कोडिंग के लिए 8% से लेकर 74% पाथफाइंडिंग के लिए है। इस बीच, इंटेल अपने 2-तरफ़ा एसएमटी से 18%, 4% से 37% समान परिदृश्य में प्राप्त कर रहा है।

कुल मिलाकर, थंडरएक्स 2 का प्रदर्शन वृद्धि 32% है, जो बहुत अच्छा है। लेकिन यहां स्पष्ट सवाल उठता है: यह अन्य एसएमटी 4 आर्किटेक्चर से कैसे अलग है? उदाहरण के लिए, IBM POWER8, जो SMT4 का भी समर्थन करता है, उसी परिदृश्य में 76% की वृद्धि दर्शाता है।

हालांकि, यह काफी हद तक समान के साथ तुलना नहीं है, क्योंकि आईबीएम चिप में बहुत व्यापक बैक-एंड है: यह 10 निर्देशों को संसाधित कर सकता है, जबकि थंडरएक्स 2 कोर प्रति चक्र 6 निर्देशों तक सीमित है। POWER8 कोर अधिक लसदार है: प्रोसेसर इन "अल्ट्रा-वाइड" कोर के केवल 10 को 22 एनएम प्रक्रिया पर 190 डब्ल्यू के पावर बजट में समायोजित कर सकता है। सबसे अधिक संभावना है, एसएमटी 4 का उपयोग करने से प्रदर्शन में और वृद्धि के लिए और भी बड़े कोर की आवश्यकता होगी और बदले में, थंडरएक्स 2 के अंदर उपलब्ध कोर की संख्या को गंभीरता से प्रभावित करेगा। फिर भी, भविष्य में इस 32% वृद्धि को देखना दिलचस्प है।

अगले (3) भाग में:

• जावा प्रदर्शन
• जावा प्रदर्शन: विशाल पृष्ठ
• अपाचे स्पार्क 2.x बेंचमार्किंग
• परिणाम

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