Dell готовится к приходу процессоров ARM в серверы (часть 3)

Мозаика начинает складываться

В двух предшествующих частях материала мы рассмотрели историю и проблематику вопроса. В первой части — славный путь и особенности архитектуры процессоров ARM, а во второй — современные вызовы HPC и позиционирование ARM на этом рынке. На данный момент, до выхода на рынок готовых решений от Dell, в заключительном материале цикла припомним несколько недавних новостей, в которых сейчас прослеживается четкая тенденция.

ARM

Компания, чье имя стало нарицательным, занимается проектированием и разработкой готовых решений на базе RISC-архитектуры. Она поставляет на рынок не только дизайн процессорных ядер, но и полную экосистему для использования их практически для любых нужд. Является крупнейшим держателем пакета лицензий на процессоры RISC и все, что с ними связано.

В настоящее время флагманами компании являются процессоры, а точнее ядра ЦПУ Cortex-A57 и Cortex-A53. Первый оптимизирован для максимальной производительности, второй — для максимальной энергоэффективности. Оба ядра являются 64-битными, но в то же время исполняют 32-битный код в нативном режиме, без перекомпиляции и эмуляции. Содержат блок для операций с плавающей точкой и криптоядро, котроллер памяти, поддерживающий более 4 ГБ и кеш-память.

Оба способны работать в конфигурации до 4 ядер в качестве единого процессора с общим кешем. Такой многоядерный чип поддерживает технологию виртуализации один-в-один.

Оба поддерживают технологию big.LITTLE Processing, направленную на повышение энергоэффективности. При комбинации ядер А57 и А53 в одной сборке эта технология позволяет в случае потребности в максимальной производительности задействовать все вычислительные мощности процессора, а в случае выполнения фоновых задач, характерных для режима ожидания, отправлять А57 в глубокий сон и обеспечивать небольшие потребности системы за счет экономичного ядра А53.

Для сборки готовых решений класса SoC (System on Chip, система на чипе) и FPGA (Field Programmable Gate Array, программируемая пользователем вентильная матрица) доступны ядра-компаньоны, в частности, предназначенные для сетевого взаимодействия, и видеопроцессор Mali. Кроме того, для специфических задач существует обширная база полностью совместимых наработок в виде дизайна ядер-компаньонов.

В настоящее время готовые решения, использующие все вышеперечисленные технологии, используются, например, в процессорах Samsung для флагманских моделей телефонов этой компании.

Altera

Компания как раз и занимается разработкой готовых решений для нужд клиентов на основе «конструкторов», предлагаемых ARM. FPGA, ASIC и SoC ее разработки перекрывают большое количество применений ARM-процессоров. В частности, они используются в активном сетевом оборудовании, системах навигации, радиолокации, управляющих блоках ракет и других военных объектов.

Компания еще совсем недавно выражала опасения из-за возможного возврата Intel на рынок RISC-процессоров, а вот в итоге выступила партнером микроэлектронного гиганта в этом своевременном шаге. Именно она разработала процессорное ядро на основе архитектуры ARM, которое будет выпускать Intel.

Intel

В свою очередь компании Intel тема производства RISC-процессоров знакома давно и освоена очень плотно. В свое время целое подразделение компании занималось разработкой и выпуском таких микросхем. Эти разработки были начаты компанией DEC и перешли к Intel в виде Digital Semiconductor, ставшей впоследствие XScale. Разработанная ей линейка StrongARM пришла на смену собственным ядрам Intel, i860 и i960. Все эти микросхемы использовались как контроллеры устройств, контроллеры ввода-вывода и сетевые процессоры, а также в мобильных телефонах, ПДА, плеерах и т.д. В середине 2006 года Marvell Technology Group купила все наработки Intel в области ARM- и RISС-процессоров, включая полный пакет лицензий не только на ядра, но и на всю экосистему. В то же время сама Intel также осталась держателем полного пакета лицензий, но прекратила производство продукции. Тогда это выглядело как «полностью сфокусироваться на производстве процессоров х86».

Сейчас мы видим, что такая излишне узкая направленность ведет к неполной загрузке огромных производственных мощностей Intel. Помимо количества фабрик она является разработчиком и владельцем самого тонкого на настоящий момент техпроцесса, 14 нм. Четвертое поколение процессоров Core производится еще на основе 22 нм литографии, но в пятом поколении планируется уже 14 нм. В общем случае более тонкий техпроцесс дает некоторое увеличение скоростей переключения транзисторов, более заметное уменьшение площади кристалла той же сложности и производительности и еще более заметное снижение энергопотребления при сравнимой мощности.

Несмотря на то что три вышеперечисленных эффекта бесспорны и явно заметны в теории, на практике их видно меньше из-за сопутствующего увеличения сложности кристаллов, увеличения объемов кеш-памяти, включения блоков с новыми функциями и т.д. При одинаковой архитектуре преимущества более тонкого техпроцесса заметны более четко. В частности, все три подчеркивают изначальные сильные стороны архитектуры ARM.

Для Intel контрактное производство процессоров хотя и не новой для нее, но «подзабытой» архитектуры – хорошее вложение сил и средств. Имея полный пакет лицензий на ARM, она может выйти на этот рынок в скором времени со своими новыми разработками. Тестирование нового техпроцесса на более простой, чем у х86, архитектуре, должно обойтись дешевле и может ускорить выход нового, пятого поколения собственных х86-разработок. Кроме того, в условиях сдвига фокуса спроса ходят упорные слухи о том, что для Intel это всего лишь проба пера в контрактном производстве микросхем на заказ по чужому дизайну, т.к. для простой фабрики это дело не выгодное, и для бизнеса лучше работать на полной загрузке.

Итак, пока еще не совсем понятно, чем обернется новый виток отношений у Intel и ARM-архитектуры, но первый шаг выглядит уже многообещающе.

ARM TechCon

Прошедшая в конце октября в Санта-Кларе конференция имела своей целью собрать заинтересованные стороны с тем, чтобы они могли продемонстрировать серьезность своих намерений и техническую готовность для грядущего массового прихода процессоров архитектуры ARM на серверный рынок. Помимо Dell в ней приняли участие Applied Micro / APM, PMC, Fedora и сама ARM. Участники конференции обменивались опытом и наработками, пока недоступными для открытой аудитории.

Для демонстрации полноценной инсталляции использовались следующие компоненты:

1. ARM показала рабочий прототип сервера Blackbird 3U на базе 64-битной архитектуры ARM,
2. PMC представила 7085H HBA, адаптер для дисковых накопителей, на базе 64-битной архитектуры ARM,
3. Dell представила дисковый массив PowerVault MD1220 JBOD и Dell Precision T1700 MT с сетевым адаптером Intel 10GbE SFP+ в качестве клиента,
4. Fedora продемонстрировала работоспособность своей серверной операционной системы (основанной на Linux, с открытым кодом) базе 64-битной архитектуры ARM.

В ходе демонстрации системный монитор оболочки Gnome демонстрировал загрузку процессоров и сети при потоковой видеотрансляции, а стандартные тесты FIO и iperf показывали загрузку ЦПУ при операциях обмена данными. Таким образом, был собран полностью работоспособный прототип.

Следующим шагом развития для Dell станет сборка и тестирование прототипов будущих промышленных систем в начале 2014 года, а на второе полугодие запланирована поставка на рынок коммерческих решений.

Тогда мы и вернемся к теме процессоров ARM в массовых серверах Dell, лидера рынка серверостроения и потребительских решений для высокопроизводительных вычислений, HPC, «под ключ».