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处理效能提升65%,英特尔Xeon Scalable服务器处理器有多逆天?

 pterodactyl2007 2019-11-12

英特尔今日(7/12)正式推出了采用 Skylake-SP 微架构打造的全新一代 Intel Xeon Scalable 服务器处理器,可以提供最高 28 核心、56 线程,更内建高达 28MB 的 L2 快取,处理效能较上一代提升达 65%,还采用全新网格互连架构,以加快 CPU 核心存取, 这也是英特尔近 10 年以来最大一次的 Xeon 核心架构大翻新。 另在产品画分上,也有了全新变革,新 Xeon Scalable 处理器不再沿用既有 E5 和 E7 的产品命名方式,而是改采 4 级制,改用白金、金、银、铜等级来区分,并一口气推出了涵盖 2 路、4 路及 8 路共 51 款全新 CPU 型号。

英特尔现场也首度展示采用 Skylake-SP 架构开发的第一代 Xeon Scalable 系列处理器工程样品,采用 14 奈米制程,拥有高达 28 颗核心,56 线程。



英特尔表示,新一代 Xeon Scalable 系列处理器芯片目前已可供出货,包括 HPE、Dell、Supermicro、广达、爱立信、华为、Lenovo、Inspur、Sugon 在内等服务器及 OEM/ODM 厂商,都将陆续发表搭载 Xeon Scalable 系列的全新服务器。


往年,英特尔每次只要有新款 Xeon 系列处理器产品推出时,通常都是以 Xeon E3、Xeon E5、Xeon E7 系列划分,来分别对应单路、2 路 /4 路,及 4 路 /8 路以上的服务器应用。 不过这次英特尔在发表采用 Skylake-SP 微架构的新一代 Xeon 服务器处理器时,则是针对定位主流、高阶服务器应用的 Xeon E5、Xeon E7 系列处理器决定不再延用这套命名方式,而是将对应 2 路 /4 路及 4 路以上的 Xeon 处理器系列全部改采分级制,依企业数据中心应用需求,由高至低划分成 4 个不同等级,分别是白金(Platinum)、 金(Gold)、银(Silver)以及铜(Bronze)等系列,并以此作为各系列处理器的主要名称亮相。

英特尔新 Xeon 处理器除了采用新的产品线分级方式,也顺势将原有产品识别的 Xeon 处理器系列(Xeon processor Family),重新改名为「Xeon 处理器可扩充系列(Xeon processor Scalable family),代表比起以前可以涵盖的服务器应用范围更广,可以同时满足企业新一代数据中心应用所需的更高处理效能, 及具备更加灵活的扩充弹性。


这次新发表亮相的 Xeon Scalable 处理器,也不再视为是延续前一版推出的第 5 代 Xeon 处理器系列,而是当作英特尔旗下 Intel Xeon Scalable processors 系列推出的第一代 Xeon 可扩充处理器产品问世。 英特尔也首次在做为新 Xeon 产品线代号统一名称使用的 Skylake-SP 处理器的字尾加注「SP」,意思指的是 Scalable Processor,以便于和以往代表 2 路(Xeon E5)或 4 路及 8 路(Xeon E7)平台采用的 EP(Efficient Performance)或 EX(Expandable)的称呼作区隔,代表可以同时对应到 2 路 、4 路及 8 路以上的服务器应用。


英特尔再将原来分属前一代 Xeon E5 (2 路 /4 路)及 Xeon E7(4 路 /8 路)系列两个产品线、多达 51 款处理器型号整并后,而重新推出以白金、金、银、铜等 4 种全新 Xeon 可扩充处理器系列为名、同样也是 51 款全新 CPU 型号,若以其中针对处理器层级最高的 Intel Xeon Platinum 8100 系列(白金级)为例, 这次一共推出包含了 8180、8176、8176F、8170、8168、8164、8160、8160T、8160F、8158、8153、8156 等共 12 款新型号,可以同时涵盖主流 2 路、4 路,或者是 8 路以上高效能服务器应用。 次高的 Intel Xeon Gold 6100/5100 系列(黄金级)推出型号更多,有达到 29 款之多,能分别对应 2 路及 4 路的主流服务器应用;至于主打高效率的 Intel Xeon Silver 4100 系列(银级)及入门的 Intel Xeon Bronze 3100(铜级)两个新系列,也各自分别有推出 8 款及 2 款处理器新型号, 不过最多只能支持到 2 路 Xeon 服务器应用。


这次产品更新时,英特尔也针对新 Xeon Scalable 处理器编号命名方式做了部分调整,虽然同样使用字母与数字组合,不过前面产品线名称直接以白金、金、银、铜的英文全写,代表不同层级处理器系列主要名称,另外也由于新一代 Xeon Scalable 处理器多数可以同时适用在 2 路或 4 路以上的服务器应用, 所以不再特别针对编号后面四位数字序列第 1 个数字,加注 CPU 配置上限(例如 2 路、4 路或 8 路),而仅仅是用来表示 SKU 层级(例如 8=白金;6、5=黄金;4=银;3=铜);另外也舍弃了原本在字尾附加版本号码(如 v2、v3、v4 等)的作法,而是直接在四位数字序列的第 2 个数字表示处理器的世代。 另外某些处理器名称有附加字母后缀,表示不同特色的处理器产品线(例如 F=Fabric(光纤)等)。

英特尔数据中心事业群副总经理暨 Intel Xeon 产品总经理 Lisa Spelman 表示,采用 Xeon processor Scalable family 做为全新系列产品线的主要目的,在于建立一个能够将整个 Xeon 处理器涵盖范围更加扩大的整合平台,可以同时横跨光纤互连网络(Intel OPA)、网络环境(Intel Ethernet)、 运算加速(Intel AVX-512)、SSD 固态内存储存(Intel Optane SSD)、辅助运算平台(Intel FPGA、Intel Xeon Phi),以及还整合能优化工作负载的各式开发框架及软件工具(如 Caffe、DPDK、SPDK 等),以满足企业或云端服务商,未来所需处理横跨虚拟化环境及混合云部署的各种运算任务, 也能做为一般关键性任务、传统数据中心应用、实时分析,以及 AI 及深度学习训练使用。

这次推出的全新 Xeon Scalable 处理器系列,全部皆是采用 Skylake-SP 微架构打造的新一代 Xeon 处理器,核心、线程数量都向上提升近 30%,从原本 Broadwell-EP 架构最高 22 核心,到了新一代 Skylake-SP 架构,更向上提高到了最高 28 核心、56 线程,至于处理器频率速度上变化并不大,最高还是维持 3.6GHz。 英特尔表示,在处理运算效能上,采用全新 2 路的 Xeon Scalable 处理器,处理效能较前一代 Xeon E5 v4 系列处理器能提升多达 65%,若改以 4 路服务器为基准比较的话,也有近 5 成(49%)的处理器效能提升。

英特尔也同时比较了另一家竞争对手 AMD 最近才刚推出的二路 EPYC 处理器系列,宣称与 AMD EPYC 7601 相比之下,采用 Xeon Platinum 8180 的处理效能还高出了 1.28 倍,甚至在每个核心的效能提升上,8180 更多出 1.46 倍这么多。

新一代 Xeon Scalable 处理器也特别增加 L2 高速缓存容量,来提高 L2 快取的使用率,从原来 Broadwell-EP 架构的最多 5.5MB,更向上提高到 28MB,藉此以缩短 CPU 存取延迟,至于原来做为共享式 L3 快取大小,则从原来的最多 55MB 降至 38.5MB,并改采用非包含式 (non-inclusive)的 L3 快取。


英特尔首次还在设计新 Skylake-SP 处理器核心架构,尝试采用了全新网格互连架构(Mesh Interconnect Architecture),以取代前面几代微架构采用的环形(Ring)互连设计,可以在增加核心数的同时,也能够维持很快存取数据,及支持更高内存带宽的需求,以因应未来新一代数据中心虚拟化应用环境, 以及提供更加优化的工作负载效能,以便于做为全新一代服务器设计来使用。 这也是英特尔 8 年以来最大一次的 Xeon 核心架构大翻新。 英特尔也将此一新架构视为未来发展下一代 Xeon Scalable processors 会延续采用的全新芯片架构设计。

根据英特尔提供的数据测试比较,新的 Xeon Scalable 系列处理器在提供做为在线事务处理(OLTP)时,可以比前一代 E5 v4 系列最高还获得增加超过 7 成(73%)数据库效能提升,更比初代 E5 系列(5 年前)高出 4.89 倍,甚至在提供做为 SAP BW on HANA benchmark 效能测试时,采用 Intel Xeon Platinum 系列处理器,也比前一代 E7 v4 系列最高每秒能够处理的交易量,还高出 1.59 倍之多。 另在服务器虚拟化应用的环境当中,新一代 Xeon Scalable 系列处理器,在效能增长的幅度,亦达到先前世代 E7 v4 产品的 1.2 倍,甚至是 3.4 倍,可以获得更高密度 VM 数量增加。



另外在针对 AI 或深度学习训练的应用上,英特尔也指出,在使用于 Caffe ResNet-18 类神经网络来当作训练时,比起前代 Intel Xeon Processor E5-2699 v4,采用 2 路 Intel Xeon Platinum 8180 处理器可以获得高达 2.4 倍推论吞吐量(Inference Throughput)。


至于 Xeon Scalable 系列每个处理器可支持的最大内存容量还是维持不变,最高可支持 1.5TB 内存,不过在内存信道的配置上,Xeon Scalable 系列也针对每个插槽可支持最多 6 信道 DDR4 内存扩充,原先 Xeon E5 v4 系列只可支持最多 4 信道。 另外 Xeon Scalable 处理器也同样整合了 PCI Express 3.0 接口,每个插槽可支持最多 48 线道(lane)。 除此之外,做为内部与其他相邻的处理器连接的系统总线,也改采用了新一代高速互连 UPI(Ultra Path Interconnect)系统总线,来取过去的 QPI 系统总线,新 Xeon Scalable 系列同样搭配有最多 3 个 UPI 系统总线,UPI 最高速度可以达到每秒最高 10.4GT,至于原本 Xeon E5 v4 的 QPI 最高只到 9.6GT/ s

另外在热设计功耗(TDP)的配置上,新的 Xeon Scalable 系列最高也向上增加至 205 瓦,像是采用白金级系列最高型号的 Xeon Platinum 8180,热设计功耗就比起前一代型号最高的 E5-2699 v4 还要高出了足足 60 瓦。 同时在最低的热设计功耗上,Xeon Scalable 系列最低也可只到 70 瓦,例如 Xeon Silver 4109T 这款型号,只比 Xeon E5 v4 系列最低小幅增加 15 瓦。


英特尔 Scalable 系列也提供更强大的加速效能、安全性与灵活度,像是整合了新的效能加速技术,可以支持新的进阶向量延伸指令集 AVX-512,比起前一代 AVX-2 加速处理效能提高 6 成,以便于运用在加速机器学习类型工作负载的执行。 另外也整合了新一代 Omni-Path 光纤互连网络架构(Omni-Path Architecture),来支撑更高速网络传输,还加入了可用来优化加密与压缩硬件加速器部署的 QuickAssist 技术(QAT),以提供更安全密钥管理。

除此之外,新的 Xeon 也结合英特尔发展的 Volume 管理装置平台(VMD),可将服务器端的 PCIe 固态硬盘一并纳入管理。 另外也增加超过 70 个以上 RAS 新特色,例如采用全新 Intel Run Sure 技术来强化 RAS,像是加强了内建机械检查架构复原(MCA Recovery)功能,以及能应用在多台设备的错误检测。


英特尔也首度展示采用 Skylake-SP 架构开发的第一代 Xeon Scalable 系列处理器芯片,而图中则为一个可同时支持 2 路、4 路以及 8 路以上服务器架构设计的 Xeon Platinum 8180 工程样品,采用 14 奈米制程,拥有高达 28 颗核心,56 线程。

 


现场不只有展示采用了 Skylake-SP 架构的 Xeon Scalable 处理器芯片,英特尔另外也展出了装载有 Xeon Scalable 处理器的 4 路及 2 路测试工程机。 如上图则是一款采用 4 路 Xeon Scalable 服务器。


这台 Xeon Scalable 系列工程机,机箱高度为 2U,内装有 4 颗最新 Xeon Platinum 8180 处理器,每颗可支持最高 1.5TB 的内存容量,若以每个插槽可支持最多 6 信道 DDR4 内存扩充来计算,代表最多一次可扩充至 6 TB 内存。

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