Placa-mãe SynQuacer E-Series para um servidor ARM de 24 núcleos em um processador ARM Cortex A53 com 32 GB de RAM, dezembro de 2018Por muitos anos, os processadores ARM com um conjunto de instruções reduzido (RISC) dominam o mercado de dispositivos móveis. Mas eles nunca conseguiram invadir os data centers, onde Intel e AMD com o conjunto de instruções x86 ainda dominam. Ocasionalmente, certas soluções exóticas aparecem, como um
servidor ARM de 24 núcleos baseado na plataforma Banana Pi , mas ainda não há ofertas sérias. Mais precisamente, não foi até esta semana.
Nesta semana, a AWS lançou seu próprio processador ARM
Graviton2 de 64 núcleos na nuvem - um sistema no chip com o núcleo ARM Neoverse N1. A empresa afirma que o Graviton2 é muito mais rápido que os processadores ARM da geração anterior nas instâncias do EC2 A1, e aqui estão os
primeiros testes independentes .
O negócio de infraestrutura é uma comparação de números. De fato, os clientes de um datacenter ou serviço de nuvem não se importam com a arquitetura dos processadores. Eles se preocupam com a relação preço-desempenho. Se trabalhar no ARM for mais barato que no x86, eles serão escolhidos.
Até recentemente, era impossível dizer inequivocamente que os cálculos no ARM seriam mais lucrativos do que no x86. Por exemplo, o ARM Cortex A53 de 24 núcleos no servidor é um modelo
SocioNext SC2A11 que custa cerca de US $ 1000, o que poderia elevar um servidor Web no Ubuntu, mas com desempenho muito inferior ao do processador x86.
No entanto, a incrível eficiência energética dos processadores ARM faz com que você os observe várias vezes. Por exemplo, o SocioNext SC2A11 consome apenas 5 watts. Mas a eletricidade é responsável por quase 20% do custo de um data center. Se esses chips mostrarem um desempenho decente, o x86 não terá chance.
Primeira vinda do ARM: instâncias do EC2 A1
No final de 2018, a AWS introduziu
instâncias do EC2 A1 em seus próprios processadores ARM. Certamente, este foi um sinal para a indústria sobre possíveis mudanças no mercado, mas os resultados do benchmark foram decepcionantes.
A tabela abaixo mostra os
resultados das instâncias de
teste de estresse do EC2 A1 (ARM) e EC2 M5d.metal (x86). Para o teste, o utilitário
stress-ng foi usado:
stress-ng --metrics-brief --cache 16 --icache 16 --matrix 16 --cpu 16 --memcpy 16 --qsort 16 --dentry 16 --timer 16 -t 1mComo você pode ver, A1 teve um desempenho pior em todos os testes, exceto no cache. Para a maioria dos outros indicadores, o ARM rendeu muito. Essa diferença de desempenho é maior que a diferença de preço de 46% entre A1 e M5. Em outras palavras, as instâncias nos processadores x86 ainda permaneciam mais econômicas:
Obviamente, nem sempre as marcas de micropigmentação mostram uma imagem objetiva. A diferença no desempenho real do aplicativo é importante. Mas aqui a imagem não era melhor. Os colegas de Scylla compararam as instâncias a1.metal e m5.4xlarge com o mesmo número de processadores. No teste padrão para ler um banco de dados NoSQL em uma configuração de nó único, o primeiro mostrou 102.000 leituras por segundo e o segundo 610.000. Nos dois casos, todos os processadores disponíveis são 100% usados. Isso corresponde a uma redução de produtividade de cerca de seis vezes, o que não é compensado por um preço mais baixo.
Além disso, as instâncias A1 são executadas apenas no EBS sem suporte para dispositivos NVMe rápidos, como em outras instâncias.
Em geral, A1 foi um passo em uma nova direção, mas não atendeu às expectativas da ARM.
Segunda vinda do ARM: instâncias EC2 M6
Tudo mudou nesta semana, quando a AWS apresentou uma nova classe de servidores ARM, além de várias instâncias nos novos processadores
Graviton2 , incluindo
M6g e M6gd .
Uma comparação dessas instâncias mostra uma imagem completamente diferente. Em alguns testes, o ARM tem um desempenho melhor e, às vezes, muito melhor que o x86.
Aqui estão os resultados da mesma equipe de teste de estresse:
É uma questão completamente diferente: o M6g é cinco vezes mais rápido que o A1 ao ler no banco de dados Scylla NoSQL, e as instâncias mais recentes do M6gd executam unidades NVMe rápidas.
Ofensivo ARM em todas as frentes
O processador AWS Graviton2 é apenas um exemplo do uso do ARM em data centers. Mas os sinais vêm de direções diferentes. Por exemplo, em 15 de novembro de 2019, a startup americana Nuvia
levantou US $ 53 milhões em financiamento de capital de risco .
A startup foi fundada por três engenheiros líderes envolvidos na criação de processadores na Apple e no Google. Eles prometem desenvolver processadores para data centers que competirão com Intel e AMD.
De acordo com
as informações disponíveis , o Nuvia projetou do zero um núcleo de processador que pode ser construído "em cima" da arquitetura ARM, mas sem obter uma licença ARM.
Tudo isso indica que os processadores ARM estão prontos para conquistar o mercado de servidores. Afinal, vivemos na era pós-PC. As remessas anuais do X86 caíram quase 10% em relação ao pico de 2011, enquanto os chips RISC subiram para 20 bilhões. Hoje, 99% dos processadores de 32 e 64 bits no mundo são RISC.
Os vencedores do Prêmio Turing John Hennessey e David Patterson publicaram um artigo intitulado
"A Nova Era de Ouro para Arquitetura de Computadores" em fevereiro de 2019. Aqui está o que eles escrevem:
O mercado resolveu a disputa entre RISC e CISC. Embora o CISC tenha vencido as fases posteriores da era dos PCs, o RISC vence agora que a era pós-PC chegou. Não há novas ISAs na CISC há décadas. Para nossa surpresa, o consenso geral sobre os melhores princípios ISA para processadores de uso geral hoje continua a favor do RISC, 35 anos após sua invenção ... Em ecossistemas de código aberto, chips habilmente projetados demonstrarão convincentemente conquistas e, assim, acelerarão a implementação comercial. A filosofia do processador de propósito geral nesses chips provavelmente é RISC, que resistiu ao teste do tempo. Espere a mesma inovação acelerada que você fez durante a última era dourada, mas desta vez em termos de custo, energia e segurança, não apenas desempenho.
"Na próxima década, ocorrerá uma explosão cambriana de novas arquiteturas de computadores, o que significa tempos emocionantes para arquitetos de computadores na academia e na indústria", concluem eles no final do artigo.