AMD představuje novou generaci Opteronů - Socket F
15.8.2006, Milan Šurkala, článek
Dnešním dnem vstupuje na trh nová generace oblíbených serverových procesorů AMD Opteron, které během tří let své existence dosáhly velmi slušných prodejních úspěchů. Na to, čím se tato nová generace bude od té předešlé odlišovat, se podíváme v tomto článku.
Tři roky jsou ve světě IT poměrně dlouhá doba. AMD si je toho vědomo a dneškem uvádí na trh novou generaci serverových procesorů AMD Opteron, které budou nyní využívat zbrusu novou patici Socket F. Jedná se o LGA, usazení procesoru je tedy podobné tomu, které je použito u dnešních procesorů Intel, "nožičky" jsou na základní desce. Nová patice má 1207 pinů, od toho se někdy místo Socket F říká také Socket 1207.
Mezi hlavní novinky procesoru a samotné patice, na které se postupně podíváme, patří možnost upgradu na čtyřjádrové procesory bez nutnosti přecházet na jinou patici (předpokládá se tedy její dlouhodobá existence), podpora virtualizace AMD-V (AMD Virtualization) a také DDR2 paměťový řadič.
V budoucnu až čtyři jádra
Čtyřjádrové Opterony se na trhu ještě neobjevily, jejich čas přijde o něco později. Ale už nyní nám AMD slibuje, že čtyřjádrové modely budou mít stejnou spotřebu jako modely dvoujádrové, mají tedy spadat do téže hranice TDP 95W. Přitom díky dvojnásobku výpočetních jader nabídnou mnohem vyšší výkon, poměr výkon/spotřeba tak bude bezkonkurenční. Hodně napoví přiložený obrázek.
Obr.1 - Spotřeby konkurenčních serverových řešení
Pro vysvětlenou, vrchní část sloupce oznamuje hodnotu spotřeby operační paměti, dále je tam northbridge a poslední, největší část ukazuje spotřebu procesoru. Jedná se o sestavu se dvěma procesory a osmi paměťovými moduly DIMM. V našem případě to jsou DDR2 moduly u procesorů AMD a FB-DIMM u procesorů Intel. Je vidět, že sestava s dvoujádrovým procesorem AMD by měla mít teoreticky totožnou spotřebu jako sestava s čtyřjádrovými procesory. U Intelu se předpokládá vzrůst spotřeby quad-core modelů o 23-50%. Na druhou stranu tyto procesory nenabídnou až tak vysoký nárůst výkonu, protože budou mít sníženou frekvenci sběrnice FSB z 1333MHz (Xeon 5100) na 1066MHz (Clovertown).
Čtyřjádrový design procesorů AMD Opteron bude pokročilejší než u konkurenčního Intel "Clovertown". AMD totiž používá nativní "čtyřjádro". Intel u svých quad-core procesorů použije podobný fígl, jaký použil i u svých prvních dvoujádrových procesorů s architekturou Netburst. Uloží dva čipy k sobě, nyní "slepí" dva dvoujádrové Xeony 5100 a vznikne tak Clovertown.
Obr. 2 - Platforma AMD versus spousta platforem Intel
AMD také sází na jednoduchost. Jak vidíte na Obr. 2, AMD se snaží vše co nejvíce zjednodušit, zatímco Intel má velké množství řešení s různými názvy a zákazníkovi (a nejen jemu) se jednotlivá označení mohou začít plést. Na tomto slidu z prezentace to však AMD mírně přehnalo, Intel má sice 12 různých platforem, ale AMD jich má také mnoho. Jen je mezi nimi zajištěn větší stupeň kompatibility a zejména vše má "tak nějak" svůj řád.
AMD Virtualization
Hardwarová virtualizace dovoluje na jednom počítači spustit více systémů (virtuálních strojů) najednou, přičemž přepínání mezi nimi je díky hardwarové podpoře poměrně rychlé a efektivní. Hardwarová implementace virtualizace zjednodušuje návrh software, snižuje režii, zvyšuje rovněž bezpečnost jednotlivých virtuálních strojů jejich zvýšenou izolací.
Obr. 3 - Vliv jednotlivých "features" na virtualizaci
Na Obr.3 je patrné, jak se co na virtualizaci. Direct Connect Architecture umožňuje rychlou komunikaci a zvyšuje tak výkon v přítomnosti více jader procesoru a zrychluje přístup do paměti. Hardwarová virtualizace implementovaná v procesoru zjednodušuje návrh software a snižuje režii, jak již bylo výše zmíněno. Nested Page Tables pak budou zavedeny v roce 2007, původně se měly objevit už v dnes představených procesorech, ale díky zpoždění najdou své místo až v novější revizi jádra. Jedná se vlastně o princip stránkování, kde registr CR3 obsahuje informace o tom, která část paměti patří uživateli. Přepnutí virtuálních strojů tak bude zjednodušeně problémem natažení dané paměti, na kterou odkazuje hodnota registru CR3. Rok 2008 pak přinese i virtualizaci I/O, tedy vstupu a výstupu, což má přinést v důsledku vyšší výkon i bezpečnost.
Obr. 4 - srovnání architektury Intel (vlevo) a AMD (vpravo)
Podívejme se nejprve jak je vše řešeno u Intelu (s čtyřjádrovým procesorem). Jednotlivá jádra sdílejí sběrnici FSB, kvůli tomu poté dochází k poklesu výkonu. Neefektivní je rovněž použití Untagged TLB (Translation Lookaside Buffer). To je pomocná tabulka, kde si procesor pamatuje několik posledně použitých virtuálních adres. V praxi se totiž velmi často sahá na stále stejná místa v paměti, pokud si na tato místa pamatuje přesnou cestu, kterou nemusí vždy složitě překládat a zjišťovat, mnohem rychleji se k požadovaným datům dostane. Problémem Untagged TLB je, že při přepnutí jiného virtuálního stroje se musí TLB vyprázdnit. AMD využívá Tagged TLB (je zde přidán identifikátor adresního prostoru ASID), při přepínání se pak TLB vyprazdňovat nemusí, což šetří paměťové operace.
Dalším problémem architektury Intel je to, že operační paměť není virtualizovaná, management paměti tak musí být řešen softwarově. Integrovaný řadič paměti v procesorech AMD tento problém nemá a efektivně tak izoluje jednotlivé virtuální stroje v paměti hardwarovou cestou.
Obr. 5 - Srovnání efektivity virtualizace Intel a AMD
AMD pak udává velmi zajímavá čísla. Pokud budeme na jednom počítači provozovat 20 virtuálních strojů, pak ve srovnání s platformou Intel v benchmarku WebBench a NetBench dosahuje systém AMD dvojnásobného výkonu při obsluze webu, okolo 50% nárůstu výkonu v obsluze souborů a tisku, má také o 15% nižší spotřebu a CPU je přitom zatíženo o 14% méně. Jinak také řečeno, při stejném využití procesoru (v grafu 96%) může AMD hostovat dalších 6 virtuálních strojů, nabídne 2,6 krát a 2,1 krát lepší obsluhu webu resp. souborů a tisku, přitom bude spotřeba stále o 12% nižší.
Podpora DDR2 pamětí
Taktéž DDR2 paměti přinášejí svá pozitiva. Díky nižšímu napětí mají nižší spotřebu a to se projeví na lepším poměru výkon/spotřeba. Výhodou je taktéž nižší cena v porovnání s DDR či FB-DIMM moduly. Pro srovnání, DDR2 paměti mají spotřebu o 30% nižší než DDR1 a o 58% nižší než FB-DIMM. Přesněji takto (při ceně $0,13 za kWh):
Oproti DDR1 modulům je zde také výhoda dostupnosti vysokokapacitních modulů, např. 2GB pamětí. To ve výsledku umožňuje dosáhnout stejného množství paměti s nižším počtem modulů (to sníží provozní náklady), resp. umožní osadit systém větším množstvím paměti než by tomu bylo možno s DDR1 moduly. Socket F procesory podporují maximálně DDR2-667 moduly, zatímco Socket AM2 procesory (tedy včetně nových Opteronů 12xx) podporují až DDR2-800 paměti.
Procesory AMD Opteron nové generace
Tak nyní již víme, jaké novinky pro nás AMD v nové generaci procesorů AMD Opteron přichystalo. To umožní společnosti dále pokračovat v tažení za větším tržním podílem. Ten byl v serverové oblasti v roce 2003 nulový, o tři toky později již bylo schopno AMD dosáhnout velmi pěkného čísla, 22%.
Obr. 6 - Podíl procesorů AMD Opteron na serverovém trhu
V budoucnu si společnost hodně slibuje i od technologie AMD Torrenza. Ta bude využívat HTX sloty, v podstatě patice pro usazení různých čipů, které budou propojeny velmi rychlou sběrnicí HyperTransport. Ta bude v blízké budoucnosti použita již ve své třetí verzi, která nabízí frekvenci 2,6GHz. Dnes je to "pouze" 1,0GHz. Do těchto patic pak lze usadit různé čipy, akcelerátory. Například koprocesor počítající herní fyziku nebo speciální koprocesor zvyšující výkon v operacích s plovoucí desetinnou čárkou.
Obr. 7 -charakteristika platformy AMD Torrenza
Nabídka bude činit od 15. srpna poměrně velké množství procesorů, které budou určeny pro jedno, dvou i osmiprocesorové stanice. V tabulce máte zveřejněny nejen všechny modely, ale taktéž jejich ceny.
Pokud se nevyznáte v číslování procesorů, pak jsou pro vás tyto dva odstavce tím pravým. První číslo udává, pro kolikaprocesorové stanice je procesor určen. Model 8xxx tak může být použit až v osmiprocesorové stanici, zatímco 1xxx pouze v jednoprocesorové. Druhé číslo je v našem případě vždy 2 (x2xx), udává totiž, že se jedná o druhou generaci procesorů. Poslední dvojčíslí udává výkon procesoru, čím vyšší číslo, tím je procesor výkonnější. 2218 tak výkonem převýší 2216, ten je zase výkonnější než 2214. Čísla jsou navyšována po dvou, přičemž rozdíl dvou značí rozdíl frekvence čipu o 200MHz. 2214 má 2,2GHz, 2216 pak 2,4GHz,... Modely pro jednoprocesorové sestavy jsou určeny pro patici Socket AM2, kterou využívají už nové Semprony a Athlony 64.
Případné písmenné koncovky udávají speciální edice procesorů. "HE" označuje energeticky úsporné modely, kdežto "SE" naopak velmi výkonné, avšak na druhou stranu neúsporné modely. Příkladem nechť je tato čtveřice procesorů:
Velký přehled nabízených procesorů, včetně údajů je charakterizujících, naleznete v následující tabulce:
Nové procesory AMD Opteron opět rozvířily vody serverového trhu. Bylo právě na čase, Intel v květnu představil serverový "Woodcrest" s novou architekturou Intel Core a ke konci roku hodlá ještě uvést čtyřjádrové procesory "Clovertown". AMD tedy potřebovalo také svá želízka v ohni. Ačkoli nové procesory jsou spíše evolucí než revolucí, jistě si najdou své kupce a tržní podíl se nejspíš bude dále zvyšovat. Čtyřjádrové verze však na sebe patrně nechají čekat do poloviny roku 2007.
Zdroj: www.amd.com
Mezi hlavní novinky procesoru a samotné patice, na které se postupně podíváme, patří možnost upgradu na čtyřjádrové procesory bez nutnosti přecházet na jinou patici (předpokládá se tedy její dlouhodobá existence), podpora virtualizace AMD-V (AMD Virtualization) a také DDR2 paměťový řadič.
V budoucnu až čtyři jádra
Čtyřjádrové Opterony se na trhu ještě neobjevily, jejich čas přijde o něco později. Ale už nyní nám AMD slibuje, že čtyřjádrové modely budou mít stejnou spotřebu jako modely dvoujádrové, mají tedy spadat do téže hranice TDP 95W. Přitom díky dvojnásobku výpočetních jader nabídnou mnohem vyšší výkon, poměr výkon/spotřeba tak bude bezkonkurenční. Hodně napoví přiložený obrázek.
Obr.1 - Spotřeby konkurenčních serverových řešení
Pro vysvětlenou, vrchní část sloupce oznamuje hodnotu spotřeby operační paměti, dále je tam northbridge a poslední, největší část ukazuje spotřebu procesoru. Jedná se o sestavu se dvěma procesory a osmi paměťovými moduly DIMM. V našem případě to jsou DDR2 moduly u procesorů AMD a FB-DIMM u procesorů Intel. Je vidět, že sestava s dvoujádrovým procesorem AMD by měla mít teoreticky totožnou spotřebu jako sestava s čtyřjádrovými procesory. U Intelu se předpokládá vzrůst spotřeby quad-core modelů o 23-50%. Na druhou stranu tyto procesory nenabídnou až tak vysoký nárůst výkonu, protože budou mít sníženou frekvenci sběrnice FSB z 1333MHz (Xeon 5100) na 1066MHz (Clovertown).
Čtyřjádrový design procesorů AMD Opteron bude pokročilejší než u konkurenčního Intel "Clovertown". AMD totiž používá nativní "čtyřjádro". Intel u svých quad-core procesorů použije podobný fígl, jaký použil i u svých prvních dvoujádrových procesorů s architekturou Netburst. Uloží dva čipy k sobě, nyní "slepí" dva dvoujádrové Xeony 5100 a vznikne tak Clovertown.
Obr. 2 - Platforma AMD versus spousta platforem Intel
AMD také sází na jednoduchost. Jak vidíte na Obr. 2, AMD se snaží vše co nejvíce zjednodušit, zatímco Intel má velké množství řešení s různými názvy a zákazníkovi (a nejen jemu) se jednotlivá označení mohou začít plést. Na tomto slidu z prezentace to však AMD mírně přehnalo, Intel má sice 12 různých platforem, ale AMD jich má také mnoho. Jen je mezi nimi zajištěn větší stupeň kompatibility a zejména vše má "tak nějak" svůj řád.
AMD Virtualization
Hardwarová virtualizace dovoluje na jednom počítači spustit více systémů (virtuálních strojů) najednou, přičemž přepínání mezi nimi je díky hardwarové podpoře poměrně rychlé a efektivní. Hardwarová implementace virtualizace zjednodušuje návrh software, snižuje režii, zvyšuje rovněž bezpečnost jednotlivých virtuálních strojů jejich zvýšenou izolací.
Obr. 3 - Vliv jednotlivých "features" na virtualizaci
Na Obr.3 je patrné, jak se co na virtualizaci. Direct Connect Architecture umožňuje rychlou komunikaci a zvyšuje tak výkon v přítomnosti více jader procesoru a zrychluje přístup do paměti. Hardwarová virtualizace implementovaná v procesoru zjednodušuje návrh software a snižuje režii, jak již bylo výše zmíněno. Nested Page Tables pak budou zavedeny v roce 2007, původně se měly objevit už v dnes představených procesorech, ale díky zpoždění najdou své místo až v novější revizi jádra. Jedná se vlastně o princip stránkování, kde registr CR3 obsahuje informace o tom, která část paměti patří uživateli. Přepnutí virtuálních strojů tak bude zjednodušeně problémem natažení dané paměti, na kterou odkazuje hodnota registru CR3. Rok 2008 pak přinese i virtualizaci I/O, tedy vstupu a výstupu, což má přinést v důsledku vyšší výkon i bezpečnost.
Obr. 4 - srovnání architektury Intel (vlevo) a AMD (vpravo)
Podívejme se nejprve jak je vše řešeno u Intelu (s čtyřjádrovým procesorem). Jednotlivá jádra sdílejí sběrnici FSB, kvůli tomu poté dochází k poklesu výkonu. Neefektivní je rovněž použití Untagged TLB (Translation Lookaside Buffer). To je pomocná tabulka, kde si procesor pamatuje několik posledně použitých virtuálních adres. V praxi se totiž velmi často sahá na stále stejná místa v paměti, pokud si na tato místa pamatuje přesnou cestu, kterou nemusí vždy složitě překládat a zjišťovat, mnohem rychleji se k požadovaným datům dostane. Problémem Untagged TLB je, že při přepnutí jiného virtuálního stroje se musí TLB vyprázdnit. AMD využívá Tagged TLB (je zde přidán identifikátor adresního prostoru ASID), při přepínání se pak TLB vyprazdňovat nemusí, což šetří paměťové operace.
Dalším problémem architektury Intel je to, že operační paměť není virtualizovaná, management paměti tak musí být řešen softwarově. Integrovaný řadič paměti v procesorech AMD tento problém nemá a efektivně tak izoluje jednotlivé virtuální stroje v paměti hardwarovou cestou.
Obr. 5 - Srovnání efektivity virtualizace Intel a AMD
AMD pak udává velmi zajímavá čísla. Pokud budeme na jednom počítači provozovat 20 virtuálních strojů, pak ve srovnání s platformou Intel v benchmarku WebBench a NetBench dosahuje systém AMD dvojnásobného výkonu při obsluze webu, okolo 50% nárůstu výkonu v obsluze souborů a tisku, má také o 15% nižší spotřebu a CPU je přitom zatíženo o 14% méně. Jinak také řečeno, při stejném využití procesoru (v grafu 96%) může AMD hostovat dalších 6 virtuálních strojů, nabídne 2,6 krát a 2,1 krát lepší obsluhu webu resp. souborů a tisku, přitom bude spotřeba stále o 12% nižší.
Podpora DDR2 pamětí
Taktéž DDR2 paměti přinášejí svá pozitiva. Díky nižšímu napětí mají nižší spotřebu a to se projeví na lepším poměru výkon/spotřeba. Výhodou je taktéž nižší cena v porovnání s DDR či FB-DIMM moduly. Pro srovnání, DDR2 paměti mají spotřebu o 30% nižší než DDR1 a o 58% nižší než FB-DIMM. Přesněji takto (při ceně $0,13 za kWh):
- DDR2: přibližně 4,4W/modul ($5,01 za rok)
- DDR1: přibližně 6,3W/modul ($7,17 za rok)
- FB-DIMM: přibližně 10,4W/modul ($11,84 za rok)
Oproti DDR1 modulům je zde také výhoda dostupnosti vysokokapacitních modulů, např. 2GB pamětí. To ve výsledku umožňuje dosáhnout stejného množství paměti s nižším počtem modulů (to sníží provozní náklady), resp. umožní osadit systém větším množstvím paměti než by tomu bylo možno s DDR1 moduly. Socket F procesory podporují maximálně DDR2-667 moduly, zatímco Socket AM2 procesory (tedy včetně nových Opteronů 12xx) podporují až DDR2-800 paměti.
Procesory AMD Opteron nové generace
Tak nyní již víme, jaké novinky pro nás AMD v nové generaci procesorů AMD Opteron přichystalo. To umožní společnosti dále pokračovat v tažení za větším tržním podílem. Ten byl v serverové oblasti v roce 2003 nulový, o tři toky později již bylo schopno AMD dosáhnout velmi pěkného čísla, 22%.
Obr. 6 - Podíl procesorů AMD Opteron na serverovém trhu
V budoucnu si společnost hodně slibuje i od technologie AMD Torrenza. Ta bude využívat HTX sloty, v podstatě patice pro usazení různých čipů, které budou propojeny velmi rychlou sběrnicí HyperTransport. Ta bude v blízké budoucnosti použita již ve své třetí verzi, která nabízí frekvenci 2,6GHz. Dnes je to "pouze" 1,0GHz. Do těchto patic pak lze usadit různé čipy, akcelerátory. Například koprocesor počítající herní fyziku nebo speciální koprocesor zvyšující výkon v operacích s plovoucí desetinnou čárkou.
Obr. 7 -charakteristika platformy AMD Torrenza
Nabídka bude činit od 15. srpna poměrně velké množství procesorů, které budou určeny pro jedno, dvou i osmiprocesorové stanice. V tabulce máte zveřejněny nejen všechny modely, ale taktéž jejich ceny.
Pokud se nevyznáte v číslování procesorů, pak jsou pro vás tyto dva odstavce tím pravým. První číslo udává, pro kolikaprocesorové stanice je procesor určen. Model 8xxx tak může být použit až v osmiprocesorové stanici, zatímco 1xxx pouze v jednoprocesorové. Druhé číslo je v našem případě vždy 2 (x2xx), udává totiž, že se jedná o druhou generaci procesorů. Poslední dvojčíslí udává výkon procesoru, čím vyšší číslo, tím je procesor výkonnější. 2218 tak výkonem převýší 2216, ten je zase výkonnější než 2214. Čísla jsou navyšována po dvou, přičemž rozdíl dvou značí rozdíl frekvence čipu o 200MHz. 2214 má 2,2GHz, 2216 pak 2,4GHz,... Modely pro jednoprocesorové sestavy jsou určeny pro patici Socket AM2, kterou využívají už nové Semprony a Athlony 64.
Případné písmenné koncovky udávají speciální edice procesorů. "HE" označuje energeticky úsporné modely, kdežto "SE" naopak velmi výkonné, avšak na druhou stranu neúsporné modely. Příkladem nechť je tato čtveřice procesorů:
- 2220 SE - 2,8GHz, 120W TDP
- 2218 - 2,6GHz, 95W TDP
- 2216 - 2,4GHz, 95W TDP
- 2216 HE - 2,4GHz, 68W TDP
Velký přehled nabízených procesorů, včetně údajů je charakterizujících, naleznete v následující tabulce:
Nové procesory AMD Opteron opět rozvířily vody serverového trhu. Bylo právě na čase, Intel v květnu představil serverový "Woodcrest" s novou architekturou Intel Core a ke konci roku hodlá ještě uvést čtyřjádrové procesory "Clovertown". AMD tedy potřebovalo také svá želízka v ohni. Ačkoli nové procesory jsou spíše evolucí než revolucí, jistě si najdou své kupce a tržní podíl se nejspíš bude dále zvyšovat. Čtyřjádrové verze však na sebe patrně nechají čekat do poloviny roku 2007.
Zdroj: www.amd.com
