Intel Xeon Scalable – новое слово в вопросах работы с памятью

Привет, GT! В 2017 году на рынке процессоров для серверов произошло много интересного. Пожалуй, самым знаменательным событием стала презентация новых серверных процессоров Intel Xeon Scalable, а также связанной с ними платформы Purley. И сегодня мы расскажем о том, как эти новинки работают с памятью, чем отличаются от своих предшественников и какие модули лучше с ними использовать.


По данным IDC, Intel принадлежит более 90% рынка серверных процессоров, но в текущем году AMD представила новые мощные процессоры EPYC. Лидеры не остались в долгу и летом показали всему миру платформу Purley, которая отличается от предыдущих решений, а также от продуктов конкурентов новой схемой работы с памятью.

Пожалуй, самой важной особенностью Purley является именно архитектура. Производитель представил одновременно процессоры Intel Xeon Scalable со встроенными контроллерами и специальными оптимизаторами, а также SSD-компоненты Intel Optane и чипсеты Intel Xeon Phi. При условии установки высокопроизводительной памяти DRAM, все это будет работать с максимальной скоростью, открывая новые возможности для «облачных вычислений, виртуализации, телекоммуникационных сетей нового поколения (5G), машинного обучения и искусственного интеллекта».

Сами процессоры Intel Xeon Scalable отличаются намного более высокой производительностью, чем предыдущее поколение. По данным Intel, рост составляет порядка 65%. Это касается топовых процессоров Intel Xeon Scalable Platinum, которые могут содержать до 28 ядер на кристалле (бывают версии с меньшим количеством), работающих на частоте до 2,4 ГГц. За счет новых технологий передачи данных между процессорами и вычислительными ядрами новинки позволяют выполнять плохо распараллеливаемые задачи, когда вы не можете заранее предсказать, какая информация потребуется в следующий момент. Давайте разберемся с тем, как новая платформа работает с данными.

Новая иерархия памяти

Помимо наличия 6-канального контроллера памяти DDR4, процессоры Intel Xeon Scalable могут работать и напрямую с SSD-накопителями Intel Optane. Благодаря специальным оптимизациям, подключаясь через интерфейс PCIe 3.0 они фактически создают новый уровень оперативного хранения данных, обеспечивая процессорам доступ к обширному полю памяти. Процессоры поддерживают до 48 интерфейсов PCIe на плате, что позволяет устанавливать дополнительные накопители Intel Optane в достаточно большом количестве. Скорость передачи данных по шине PCIe составляет 8 гигатранзакций в секунду (что эквивалентно 32 Гбит/с), и Optane могут работать со скоростью порядка 2 Гбит/с на каждый накопитель.

По данным Intel, при установке 6 накопителей Intel Optane и использовании Intel SPDK можно добиться снижения времени отклика до 40 раз, а также увеличения IOPS (количества операций ввода-вывода) до 5,2 раз и снижения задержек до 3,3 раз по сравнению с работой на традиционных накопителях. Это происходит за счет ускорения доступа к информации и Tier-инга размещения данных на различных накопителях.

Сколько при этом система получает памяти? Давайте посчитаем: каждый процессор Intel Xeon Scalable поддерживает 6 каналов памяти по 2 модуля в каждом. Таким образом, можно установить 12*128 МБ=1,5 ТБ ОЗУ. Дополнив их 6 SSD емкостью 512 ГБ, можно получить 1,5+3=4,5 ТБ высокоскоростной памяти для КАЖДОГО процессора. Более того, использование технологии Intel Memory Drive Technology (MDT) позволяет создать программно-определяемое хранилище памяти для каждого конкретного сервера. Специальный драйвер загружается до ОС и объединяет в единое двухуровневое хранилище всю оперативную память и накопители. В результате операционная система получает готовое хранилище памяти с автоматизированным распределением данных по «быстрым» и «медленным» сегментам.

Это действительно невероятный результат, учитывая, что в каждый сервер можно установить достаточно много емких, но более медленных дисков для статического хранения дата-сетов. Например, 10 дисков SATA емкостью 2 ТБ каждый могут добавить 20 ТБ «медленного» хранилища, для достижения более высокой скорости выбор можно сделать в пользу SSD-накопителей. Процессоры Intel Xeon Scalable обладают встроенным модулем VMD (Virtual Management Device), который самостоятельно создает RAID-массивы из подключенных через PCIe и SATA дисков, поддерживая «горячую замену» выходящих из строя компонентов, а также напрямую взаимодействует с сетевым контроллером для ускорения работы с данными во всем вычислительном кластере.

Кеш и специальный доступ к памяти

Теперь давайте вернемся к самому процессору. Архитектура SkyLake меняет структуру самой кэш-памяти. Кэш L1 находится внутри ядра, рядом с каждым ядром размещается «добавка» к кэшу L2 в 768 КБ, которая позволяет ему достичь 1 МБ. А кэш L3, из которого каждое ядро может получать данные напрямую, расположен в отдельном слое кристалла и составляет 39 Мбайт – то есть 1,375 Мбайт на ядро. Этот кэш неинклюзивный – данные поступают из памяти непосредственно в L2, а уже ненужные или общие для нескольких ядер строки данных вытесняются в кэш L3.

Как вы можете видеть на представленной выше схеме, межъядерное взаимодействие происходит не по кольцевой шине, как это было в предыдущем поколении процессоров, а согласно архитектуре Mesh. Она ускоряет обмен информацией и качественно улучшает работу новых чипов при высоких нагрузках, характерных для задач виртуализации и сложных аналитических систем, особенно когда запросы ядер к памяти практически невозможно предсказать.

Кстати, такая же архитектура используется для обмена данными между процессорами в многопроцессорном сервере. Благодаря шине OmniPath «общение» чипов между собой происходит намного быстрее, а архитектура Remote Direct Memory Access позволяет получить доступ напрямую к «чужим» ячейкам памяти, минуя уровень ОС. Таким образом, вычислительные ядра могут работать с данными, находящимися в поле памяти другого процессора или даже другого узла вычислительного кластера.

И снова все дело в памяти!

Иерархия кэша, а также технологии доступа к данным, хранящимся в ОЗУ других процессоров, в том числе по сети, делают большое и доступное поле оперативной памяти одним из основных преимуществ новой платформы Intel. И если традиционные накопители, подключенные через интерфейс SATA, можно заменять в режиме hot swap, то оперативную память необходимо изначально выбирать максимально надежную и стабильную. В облачных ЦОД и в тяжелых аналитических системах, оперативная память играет ключевую роль, и у Kingston уже есть предложение, созданное специально для новых процессоров.

Платформа Purley позволяет устанавливать регистровые модули памяти RDIMM или модули со сниженной нагрузкой LRDIMM, либо 3DS LRDIMM для достижения энергоэффективности. С появлением новых платформ Intel и AMD, Kingston сертифицировала свои модули памяти для инновационных серверных платформ.

Кстати, обратите внимание, что для линейки серверной памяти Kingston теперь используется маркировка KSM (Kingston Server Memory), а не KVR, KCP, KTH, KTD, KTL, KCS – или как-то еще. Пока это касается модулей со скоростью 2666 МГц, но все новые брендовые модули серверной памяти Kingston будут иметь маркировку KSM, в том числе работающие на более высоких частотах, выпуск которых запланирован уже в 2018 году. Однако в случае с Xeon Scalable это пока не имеет значения, так как встроенный контроллер памяти у топовых Intel Xeon Scalable работает на частоте 2666 МГц и более быстрая память в Purley попросту не нужна. А для реальных задач и вовсе не всегда нужны именно самые дорогие чипы. В большинстве случаев вполне можно обойтись процессорами Gold 51xx, Silver 41хх и Bronze 31хх на той же архитектуре, которые поддерживают частоты памяти 2400 МГц и 2133 МГц.

Как вы можете видеть, при разумном подходе можно сэкономить и на памяти, благо Kingston, разумеется, предлагает продукты с любыми частотами из вышеприведенной схемы. Достаточно определить спектр задач, которые будет выполнять сервер, и установить в него память, соответствующую возможностям процессора. Например, в серию Bronze 31xx нет смысла покупать даже DDR4-2400 МГц, так как процессор не будет использовать ее возможности.

Заказ памяти нового поколения – модулей KSM – стал заметно проще. Нет больше никаких различий маркировок. Если вы покупали память Kingston для серверов, то прекрасно знаете, что раньше у нас было два вида серверной памяти – Server Premier и Value RAM. Вся память KSM обладает свойствами Server Premier, при том, что цена модулей была снижена по отношению к премиальной серии. К тому же, если раньше нужно было проверять, есть ли в маркировке памяти суффикс «i» (говорящий о сертификации Intel), теперь о нем можно забыть – вся серия KSM изначально проходит сертификацию. Поэтому новинки будет проще выбирать как сборщикам, так и пользователям серверных систем.

Все модули KSM используют фиксированный BOM (Bill of Materials). Это значит, что специалисты Kingston тщательно выбирают производителей самих микросхем и допускают в серию только самые качественные продукты. Инженеры проводят тестирование каждой ячейки памяти на этапе производственного контроля, а также проверяют сами печатные платы. Мы контролируем все, вплоть до ревизии чипов и производителя регистрового чипа. Таким образом, модули серии KSM представляют собой самую тщательно контролируемую серию памяти Kingston для профессиональных задач.

Вся информация о памяти теперь легко читается в ее парт-номере. Например, если вы прочитаете следующий номер на модуле:

То это будет значить, что производитель чипа H – Hynix, ревизия чипа – А, а производитель регистрового чипа – IDT. Кстати, производителями регистровых чипов могут быть разные компании. Кроме IDT (I) также используются компоненты от Rambus, известная ранее как Inphi ® и Montage (M).

Вообще более прозрачная маркировка не только отражает более целостный подход Kingston к Выпуску серверной памяти, но также поможет производить апгрейды модулей, контролируя все параметры, вплоть до производителя чипов. Это позволит избежать возможных конфликтов или снижения производительности оборудования из-за неполной совместимости, а также закупать однотипные модули для нескольких видов серверов, упрощая логистику и обслуживание систем.

Заключение

Подведем небольшой итог. Чтобы получить полную отдачу от новой платформы, необходимо тщательно подобрать все компоненты и использовать все средства оптимизации Intel, которые помогают использовать преимущества новых процессоров и платформы Purley в целом. Преимуществами памяти Kingston для серверов уже сегодня пользуются ведущие хостинговые компании, и если вы установите максимально производительные и надежные модули, переход на Intel Xeon Scalable даст максимально возможный эффект для решения тяжелых задач – от виртуализации до аналитики и моделирования.

Подписывайтесь и оставайтесь с нами — будет интересно!

Для получения дополнительной информации о продукции Kingston и HyperX обращайтесь на официальный сайт компании.


Широка страна наша родная, поэтому подготовили акции сразу в нескольких сетевых магазинах-партнеров – у каждого должна быть возможность получить аксессуары HyperX как можно ближе к дому и как можно быстрее. До 12 января можно приобрести периферию с максимальными скидками.

• скидка 1000 рублей — на гарнитуру HyperX Cloud Stinger 
скидка 2000 рублей — на клавиатуру HyperX Alloy FPS с переключателями Cherry MX (на выбор Brown/Blue/Red) 
скидка 1000 рублей — на гарнитуру HyperX Cloud Silver
скидка 700 рублей — на мышь HyperX Pulsefire FPS