入侵X86服务器芯片市场,ARM准备好了吗?

发布时间:2017-03-14  

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来源:内容来自 eetimes,谢谢。

在近日于美国矽谷举行的开放运算计画(OpenCompute Project ,OCP) 年会上,聚集了资料中心领域的重量级大咖;其中微软(Microsoft) 透露正在测试来自凯为(Cavium) 、高通( Qualcomm) 以及至少另一家晶片供应商的ARM 伺服器处理器,为ARM 阵营挑战主流英特尔(Intel)x86 架构再添希望;Facebook 则发表了一系列全新伺服器。

Facebook 与微软都宣布了采用NVLink 连结8 颗Nvidia Pascal 晶片的加速器系统;此外IBM 展示了第一批采用Power 9 处理器的主机板,内含赛灵思(Xilinx) FPGA 以及以色列业者Mellanox 的乙太网路交换器,采用Power 9 率先支持的最新PCIe 4 连结介面。

整体看来,今年的OCP 大会显示目前资料中心硬体领域活力充沛,但呈现多元发展的趋势;该计画目前有195 家成员,其线上商店有70 款产品,有部份还未将硬体设计档案开放,而即使是大咖成员如Facebook 与微软的最新主机板,也是采用截然不同的设计。

微软开始评估ARM 架构伺服器的举措,可说是今年OCP 大会上最让众人跌破眼镜的讯息;该公司的测试是将来自Azure 云端服务的一套生产应用程式,以及.Net 应用程式架构、还有某个仅供内部使用的Windows Server 作业系统版本移植到ARM 伺服器。微软还协助高通与Cavium 以其Project Olympus 标准设计主机板。

在位于美国华盛顿州Redmond 总部的实验室进行初步评估之后,微软将在位于亚洲的一个据点,以小规模的丛集测试超过200 片新主机板;不过该公司未透露其早期评估结果,以及测试时间将为期多久。

微软的高层十分热衷于探索在资料中心广泛使用ARM 处理器的潜力;在两年前加入微软资料中心部门、曾任职于AMD 参与ARM 架构处理器开发的Leendert Van Doorn 表示:「我们进行了以云端服务与生产系统并行的评估,结果相当令人惊艳。」

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微软与凯为、高通的合作将跨越数个世代的处理器;图为微软的 Leendert Van Doorn ( ) Kushagra Vaid OCP 年会上展示高通的 ARM 伺服器主机板(来源: EE Times

Van Doorn 表示,初步评估将涵盖Bing 搜寻引擎、微软的Cosmos 巨量资料分析、储存以及机器学习:「这些索引是我们资料中心容量的一半,因此相当有潜力;」而在另一方面:「我们并没有看到在我们内部应用程式之外以ARM 伺服器执行Windows Server 的任何机会,」因为一般企业用户会执行很多种的既有x86 架构应用程式。

Facebook 与惠普(HP) 都设计了一些早期的ARM 伺服器系统,但都非常低调;那些新型处理器支援更多核心以及执行续,能媲美最新一代的英特尔Xeon 晶片;Van Doorn 指出:「今年我们看到的伺服器真的很强,而以我们的工作量来说正需要那种强大性能,太弱的伺服器不行──产业界其他厂商也有类似的体验。」

Van Doorn 表示,有很多因素减轻了移植软体的繁重工作;微软控制自家的程式码基底(code base) ,使用越来越多的无关CPU(CPU-agnostic) 韧体以及限制数量的周边。

微软与凯为、高通的合作将跨越数个处理器世代,而微软对新一代记忆体架构以及处理器介面的兴趣也很浓厚,例如预计2019 年问世的CCIX 与Gen-Z ;Van Doorn 甚至猜测ARM 将会扩展其指令集架构,让使用独立16 、32 与64 位元作业系统程式码空间比英特尔架构更容易,因为后者有更多旧版本程式需要支援。

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微软在网路伺服器主机版测试凯为处理器

「当我们因为无秩序的执行而耗尽精力,人们就会重新检视能让资料流执行以及各种东西,并催促我们迈向下一个阶段;」Van Doorn 表示,相较于类似版本的x86 架构:「第四版的ARM ISA 相对简单多了。」

其他微软可能合作的处理器供应商,只有收购了AppledMocro 以及其ARM 处理器部门X-Gene 的Macom 代表们有现身;但该部门准备要被出售。没出现的是两家中国厂商,一是华为(Huawei) ,另一家则是新创公司飞腾(Phytium)

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微软的 JBOD 主机板采用高通的 ARM 伺服器处理器

在处理器议题上面面俱到的微软还展示了采用英特尔下一代Skylake 处理器与AMD Zen 架构Naples 处理器的Project Olympus 主机板( 下图) ,是在OCP 首度亮相。

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不过微软把采用英特尔Skylake 处理器的主机板上之记忆体卡盖住了( 下图) ,也没有预先公布该晶片的功能;针对业界认为他们会采用英特尔3D Xpoint 记忆体(Optane 技术) 的预期,该公司的一位发言人婉拒发表任何评论。

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而微软以及Facebook不约而同展示了加速器系统。

微软(Microsoft) 在OCP 年会上展示了HGX-1 GPU 加速器( 下图) ,采用了4 个96 通道的PCI Express (PCIe) 交换器,以总数32 颗GPU 连结最多四个机箱;该公司资料中心硬体事业群总经理KushagraVaid 表示:「没有其他方案能提供这么高的扩展性。」

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Facebook 的新一代Big Basin 加速器( 下图) ,采用了充分发挥Nvidia NVLink 高速互连介面的类似方案,将8 颗Pascal 100 GPU 放进一个机箱,以4 个PCIe 交换器连结远端伺服器。

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Facebook 升级x86 系统

在微软朝多处理器架构迈进了一大步的同时,Facebook 伺服器则是以英特尔架构设计、偏向渐进式的演变;举例来说,采用新一代英特尔处理器的第二版Yosemite 伺服器( 下图) ,支援一个单插槽CPU 卡,能在不必关闭其他三个被封在单一节点(sled) 之伺服器情况下进行替换。

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还有双插槽的Tioga Pass 伺服器( 下图) ,为先前的Leopard 伺服器添加更多PCIe 连结,并将乙太网路连结升级到100 Gbits/s

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在储存伺服器方面,Bryce Canyon 内含72 个硬碟,比先前的Open Vault 多了20% ,并以英特尔的Broadwell 处理器做为控制器;Lightning 快闪记忆体阵列采用新的金属托架,能以更佳散热效果支援更高密度的M.2 快闪记忆体卡。

Facebook 技术策略总监Vijay Rao 表示,就像先前协助为新一代的储存等级固态硬碟(SSD) 开发软体,现在该公司也正在开发永久读取快取记忆体(persistentread cache) 的程式码;不过Facebook 并未透露任何关于去年问世之英特尔3D Xpoint 记忆体方面的研发进展。

此外还有少数关于48V 伺服器的新讯息,这是Google 在去年推动的规格;有几个话题讨论了相关趋势,并至少有两家板卡制造商展示了支援该规格的x86 系统原型,但看来12V 系统仍然是今年OCP 大会上的主流。

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Facebook 还采用博通(Broadcom) 的100Gbit/sTomahawk II 晶片升级了网路交换器。上图的背板在6U 机箱中搭载了12 颗Tomahawk II 晶片,能做为枝叶(leaf) 或是主干(spine) 交换器;下图的置顶式交换器Wedge 100S 则只用了一颗TomahawkII 做为机顶(top-of-rack) 交换器,并以升级的Xeon 控制器来因应阻断式服务攻击。Facebook 预期上述两款系统将于本季量产。

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凯为(Cavium) 与新创公司Barefoot 也展示了采用自家晶片的Wedge 交换器;Facebook 鼓励了不少网通领域的新厂商,包括台湾的新创公司擎发通讯(Nephos) ,但是到目前为止Facebook 还是只采用博通的晶片。

微软在去年推出了Sonic 抽象层软体,旨在削弱底层晶片规格的重要性;微软的Vaid 表示:「最后交换器可以更像是伺服器,」这将为新的连网应用程式以及白牌交换器供应商带来机会。

Power9 与PCIe 4 齐亮相

IBM 在今年OCP 大会上展示了配备去年发表之Power 9 处理器的第一款双插槽主机板样本( 下图) ;该款为云端服务业者Rackspace 打造的Barrel Eye 2 支援最多4 颗Nvidia NVLink GPU ,以及OpenCAPI 与PCIe 4 。赛灵思(Xilinx) 与Mallanox 则分别发表了也支援PCIe 4 的一款Virtex FPGA 以及100G 乙太网路转接器。

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Google 展示了一款较简单的设计( 下图) ,只采用了一个开机硬碟而非上面Rackspace 主机板采用的25 个NVMe 固态硬碟;IBM 与Google 的设计也是少数在OCP 上亮相的48V 伺服器。

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