kino 发表于 2024-6-13 01:34:20

深度解读英特尔至强6能效核处理器:Intel 3制程,最高144核心,CXL 2.0成亮

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芯东西(公众号:aichip001)
作者 | ZeR0
编辑 | 漠影
芯东西6月12日报道,上周英特尔在国内办了场很“6”的发布会,在6月6日正式推出其首款配备能效核的英特尔至强6处理器产品(代号Sierra Forest)。从底层架构设计理念到在中国的生态合作,至强6都有不少值得关注的地方。
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和往代相比,至强6可以说是大变样:启用全新品牌,首用Intel 3制程工艺,架构设计方式变了,产品线也改成混搭风,和客户端CPU一样玩起性能核(P核)和能效核(E核)的组合。
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性能核针对计算密集型和人工智能(AI)任务所需的高性能优化;能效核针对高核心密度和规模扩展任务所需的高能效优化,更适合需要节省能源成本的工作负载,如云原生应用和微服务化网络功能、分布式数据分析、内容分发网络、消费者数字服务等。
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两者架构兼容,拥有通用平台基础和共享软件栈、开放的软硬件供应商生态,也就是服务器里同一块板子可以插拔不同CPU。
首先登场的是能效核版本,核心数从64核到144核,功耗从205W到330W。性能核版本(代号Granite Rapids)将在今年第三季度推出。
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发布会请的国内生态合作伙伴代表都很有代表性,金山云、浪潮信息、南大通用、记忆科技分享了基于至强6的各式端到端创新解决方案,并在会后向芯东西等媒体分享了一些实践经验之谈。
对于业界关注的x86和Arm选型,浪潮信息服务器产品线总经理赵帅谈道,通常要看实际业务场景的应用需求,有的希望能效优先,有的希望性能优先,有的追求稳定性,合适的才是最好的,因此至强6分成了性能核和能效核不同类型的产品。用户以应用为导向,技术带来的方便、高收益才是用户最关心的。就客户端应用而言,Arm对于云手机、云游戏等会有天然优势。
一、以前要用200机架处理的任务,现在66个机架就能完成
英特尔全球副总裁兼首席市场营销官Brett Hannath在会上宣布,新的至强品牌主张是“性能、能效、质量、安全”。
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至强6能效核处理器的首要关键词就是绿色、高效、节能。
首先这符合国家战略需要。随着国家“双碳”目标的推进与落实,加快数据中心节能降碳改造已成为行业迫切需求。企业亟需更新其老化的数据中心系统,以节省成本、实现可持续发展目标,并最大限度地利用物理机架空间。
英特尔市场营销集团总裁兼中国区总经理王稚聪谈道,2014年到2022年中国数据中心的能耗,在2022年已经接近2700亿度电,预计到2025年会接近翻倍,达到4000亿度电,届时中国数据中心的能耗约等于4个三峡或葛洲坝的发电总量。
全国新建大型、超大型数据中心平均电能利用效率需降到1.3以下,国家枢纽节点需进一步降到1.25以下。
怎么省电?机架密度是个关键参数。
英特尔数据中心与人工智能事业部副总裁兼至强E-Core产品线总经理Ryan Tabrah说,不同应用场景需要独特的优化策略。
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英特尔至强6能效核处理器针对云原生和大规模工作负载进行了优化,能满足高性能、高密度、绿色节能的需求,有效降低数据中心TCO。
利用云原生的敏捷性优化和拓展基础设施,至强6能效核处理器能够为超大规模任务带来显著提升,适用于横向拓展场景,能显著提升每瓦下最高并行任务性能以及机架利用率。
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英特尔至强6能效核处理器在通用计算、数据库、网页、媒体、网络等广泛的工作负载里可实现较上一代明显的性能和能效提升。
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相比第五代至强,至强6能效核处理器可节省最多280W功耗,在服务器利用率甜点区间40~60%,实现18%的性能提升,并且开箱默认设置能降低数据中心电力消耗和散热开支。
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通常企业买服务器每隔4-5年或更久才更换。对于有产品迭代需求的用户来说,可以3:1的比例进行旧系统替换和机架整合。
也就是说,原来需要3个机架才能完成的任务,现在仅需要至强6的1个机架即可完成。
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以整数吞吐和媒体解码为例,整体机架级别的性能提升了2.7-3.2倍,每瓦性能提升2.6-2.7倍,大幅减少计算集群功耗并显著降低碳排放。
在媒体转码工作负载上,相比五年前买的第二代英特尔至强处理器,至强6能效核处理器可以为客户提供高达4.2倍的机架性能提升和高达2.6倍的每瓦性能提升。
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在先进AI数据中心,处理相同任务媒体流,以前用第二代至强需要200个机架完成的任务,现在用至强6只需66个机架就能完成,机架整合率达到3:1,四年使用可实现80k MWh的能源节省、34k mt二氧化碳减排。
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为计算密集型任务设计的英特尔至强6性能核处理器,能够胜任多任务并行处理任务,最高支持128个性能核和12内存通道,可将处理AI、科学计算、计算即服务、通用计算等工作负载的性能提升至第五代至强的2~3倍,将在今年第三季度发布。
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二、四位中国生态伙伴分享,至强6如何构建高效节能新方案
英特尔市场营销集团副总裁、中国区行业解决方案和数据中心销售部总经理梁雅莉分享了面向云原生和分布式工作负载部署和算力需求的特点。
多家中国生态伙伴分享了其基于英特尔至强6能效核产品的最新解决方案。
金山云发布了搭载英特尔至强6能效核处理器的金山云第九代高效型云服务器SE9。高效型SE9在计算、网络、存储等多维度进行了深度优化,可大幅提升核心密度和关键工作负载效率。金山云宣布与英特尔共同开启技术高效焕新计划,6月6日起官网同步开启高效型SE9免费邀测。
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浪潮信息发布搭载英特尔至强6能效核处理器的新一代服务器。新一代服务器有高效节能、敏捷开放、安全可靠、原生智能四大特性,在降低运营成本的同时以更高密度提升算力基础设施的利用率,助力缓解当今数据中心所面临的能耗问题。浪潮信息希望未来每一台服务器都是智能的服务器,实现无感升级,业务连续不宕机。
南大通用打造了高效节能的分布式逻辑数据仓库解决方案。该方案借助至强6能效核处理器的多核能力以及在工艺与微架构方面的创新升级,帮助用户提升业务部署密度及单节点性能,相比第三代至强性能提升182%,能效比提升135%。
记忆科技低碳节能服务器支持全系列英特尔至强6处理器,对比第二代至强的服务器,从设计角度来看,隐含碳减少76%,约802kg;从运营角度来看,运营碳减少53%,约9604kg;低碳节能单路服务器BenchSEE跑分达到6.0倍以上。
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记忆科技服务器产品线总经理朱劲松谈道,英特尔分为能效核和性能核,是真正解决效率、性能根本的方案。记忆科技与英特尔合作的产品是模块化,模块化意味着产品的很多模组能灵活组合,适配不同硬件诉求。
浪潮信息服务器产品线总经理赵帅认为保证开放性和敏捷性是适应多样化算力的一个必然解决之道,否则无法匹配或跟上客户的需求。面向未来算力多样化、碎片化的挑战,浪潮信息更多采用解耦的开发模式,把平台开发和产品开发分离,平台开发做平台,产品开发做产品。
以往开发一个产品需要提前9-12个月,但如果做平台性开发可能要提前18个月开始。通过平台和产品的迭代节奏,一个平台可适配多个产品,甚至很多时候可以用一个主板形态去适配多样化的算力芯片,用一个机箱结构适配多样化的产品配置,这种方式不仅保证其产品的敏捷迭代,也让用户端部署使用更简单。
三、2×2矩阵满足多元化需求,内存带宽最高达8800MT/s
节能的处理器必须依赖先进的技术。英特尔此前提出的“四年五个节点”正稳步推进。
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英特尔至强6处理器有6700和6900两个平台,采用相同的底层技术和硬件模块,高度兼容。
至强6700系列是对原来可扩展平台的延续,灵活性高,能够运行非常广的业务种类。至强6900系列更多面向大规模数据中心的性能密度和TCO进行优化,能提供更高的计算密度和更优成本,适用于高性能、高吞吐的场景。
两个平台都提供了性能核和能效核,以平台加核心种类的2×2矩阵,满足多元化需求。
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至强6700支持1路、2路、4路到8路的可扩展性,有86个性能核(第五代至强有64个),DDR5内存速度达到6400MT/s(上一代是5600MT/s),MCR技术进一步将内存速度提升到8000MT/s,适用于高带宽需求业务。
至强6900最多有128个性能核,较第五代至强核心数翻番,内存带宽高达8800MT/s。
据南大通用高级副总裁赵伟分享,对于数据库而言,英特尔对大内存的支持是一个巨大的利好。
过去,数据库中只保留3个月以内的热数据,而将更旧的数据移至离线存储。但现在,随着数据价值的日益凸显,用户希望服务器能够拥有尽可能多的内存,以便存储更多的数据,从而提高数据库的性能,更好地挖掘数据资产的价值。
传统数据库的一大瓶颈是I/O和物理内存的不匹配,而大内存能极大缓解这一问题。
现在市场上很多主流的内存数据库并非真正的内存数据库,因为它们在数据量超过内存容量时仍需回退到磁盘,所以英特尔至强6能支持管理到TB级别的内存无疑是个好消息。
至强6700系列最多可支持144个能效核,6900系列最多可支持288个能效核。6700和6900都提供了更多的PCIe和CXL接口,以及两个CPU互连的UPI带宽。
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从微架构角度来看,性能核包含像AVX-512、AMX这样的向量、矩阵运算单元,为AI、科学计算类业务提供高性能,并在MCR内存技术的加持下能为高性能计算核心提供高带宽支持。
性能核提供了512长度的乱序执行引擎,能更好优化编程中的软件指令,可更大程度使用整个后面的执行引擎。
能效核是在服务器端新引入的一个产品版本,特点是针对一些功能进行了简化和裁剪,比如它不具备AVX-512和AMX功能,针对L2 Cache也有所调整。前面每个核是2MB,而能效核平均每个核是1MB,L3的容量也不一样。
通过这些裁剪,每个能效核所占的硅片面积大幅度降低,同时功耗有所减少。所以在同一个平台上,可以在同样的芯片面积或功耗下提供更多的核心数量,即用更多核心数来达到更高吞吐量。
由于能效核对一些功能进行了简化和裁剪,其面积远小于性能核,一个性能核的硅片单元核心面积与4个能效核的面积相当。
对于数据中心客户来说,选择核心密度高的处理器还是选多个处理器做组合,主要考虑两点,一是如果能实现更多核心,总拥有成本就会更低,但另一方面,当核心密度过高,可能会造成一个更大的故障隐患半径,或者是调度运维未必能够让所有的核都得到利用。
目前业界普遍有意愿也有能力逐渐提升核心密度,实现每个CPU有64核或更多核心。
四、芯片架构大变样,实现灵活模块化设计
从第五代至强到至强6,处理器的封装构造有了较大改变。
第五代至强采用EMIB(嵌入式多芯片互连桥接)技术,由两个硅片组成,这样设计的好处是能突破传统掩膜尺寸对芯片大小的限制,可以在单处理器里集成更多复杂的逻辑功能。
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至强6的设计理念则有所变化,没有简单地把芯片大小一分为二,而是按功能块划分。中间是计算die,上下两部分是I/O die。
计算die对计算密度和核心逻辑密度要求较高,采用最新的Intel 3制程工艺;I/O die更多跟高速I/O相关,对密度要求没那么高,采用相对成熟的Intel 7制程工艺。
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左边是配备能效核的至强6700,由一个基于能效核的计算die和两个I/O die组成;右边是基于6700的3个性能核产品,XCC、HCC、LCC分别代表针对高中低档的不同核心数版本,芯片外封装完全一样,但适用于不同业务需求,内部核心数有所不同,可选用不同的计算die。
与配备能效核的6700相比,配备性能核的6900的I/O die的形状和数量是一样的,每个芯片都是两个I/O die,但计算die数量有所不同。
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配备性能核的6900使用的是跟XCC相同的计算单元,之前用了2片XCC,这里用了3片。所配备性能核的6900核心数量大约增加了50%。
而能效核是采用了和配备能效核的6700同样的计算die,只是数量上从1片增加到2片,核心数量从144个增加到了288个。
如何实现这样一个模块化设计?
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首先要有Fabric技术,即整体互联,能够将计算die与I/O die有机结合;
二是多核架构,通过Fabric技术将多个芯片无缝连接成一个整体,也就是将每个芯片内部纵横交错的通路网络相互融合,共同构建成一个更大更强的通路系统,从而优化数据传输效率,并极大扩展了处理器的功能和性能;
这些通路的结合通过EMIB来相互连接。EMIB技术可以实现超高密度的芯片间桥接,使die和die之间的速度达到1TB/s,做到带宽无损通信。
计算die中间是核心部分,包括L1和L2缓存,CHA是缓存以及与内存访问相关的地址控制,LLC是L3缓存,最后是横纵向的Mesh Fabric,die左右两边是DDR/MCR内存控制器。
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这个架构的好处是每个计算die内部的核心和缓存以及内存访问都在较小范围中,可以达到比较低的访问延迟;多die之间又能形成无缝连接,用很小的延迟可实现很好的性能扩展。
至强6的架构优化更多考虑核心之间访问的一致性,通过Mesh架构把所有核心连接在一起,不管拿8个还是16个、32个核心做一个虚机,整体性能的可扩展性、一致性都非常好。
I/O die和计算die之间通过Fabric以及物理上通过EMIB相连。I/O die上有多种I/O接口,比如PCIe、CXL、UPI,以及如QAT、DSA等的加速单元,同时还具备一些其他功能,比如RDT这样的资源调度功能。
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所有芯片采用了统一的I/O die架构,使平台验证和软件使能工作更加高效。尽管存在多种2×2组合版本,但英特尔通过相对可复用的投入,实现了对整个产品系列的高效开发和验证。
从内存一致性来看,I/O die在中间看起来相对比较一致。使用英特尔的架构,每个计算die到对应的存储控制器距离更近且访问一致性更好。对于PCIe I/O,虽然与不同Die的距离有区别,但是Mesh延时对PCIe的端到端延时影响很小。
五、引入CXL 2.0技术创新,扩展系统内存容量
至强6还具备CXL 2.0。CXL 2.0为Type 3设备引入了增强功能,包括链路细分、QoS控制等,从而为Type 3设备客户特别关注的使用场景提供了更全面的功能特性。
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针对Type 3的大部分使用场景是做内存扩展。内存扩展的第一种模式是CXL Numa Node,允许将系统的标准DRAM内存和通过CXL技术扩展的内存作为两个独立的Numa节点,并可在软件层面进行控制。通过在系统软件或应用层进行内存内容的分层管理,可优化配置并屏蔽上层业务,这也是CXL一直采用的管理模式之一。
但对于某些厂商,特别是一些ISV客户或是无法对自身软件进行修改优化的客户来说,他们依然希望能够用一个对软件透明并从硬件层面上提供的整体CXL和系统原生DRAM内存的解决方案。
针对这样的硬件管理方案,英特尔提供了两种模式。
一种叫异构交织(Hetero Interleaved)模式,把系统原生的DRAM内存和CXL内存从地址上进行混合。从带宽来看,每个CXL内存交织的通路和DRAM交织的通路是平衡的,因此CXL延迟略有区别,但整体对系统吞吐影响并不大。通过这样一个异构交织功能,可以给系统平台提供更大的内存带宽,而且应用程序并不会直接感知或是直接管理到这个CXL内存。
采用硬件交织模式无需对软件做特别配置,但从处理器的兼容和内存管理上对配置有一定约束。
在至强6700平台上,DRAM内存通道数和CXL内存通道数呈现出2:1的对应关系;在至强6900平台上,DRAM内存通道数跟CXL内存通道数呈现出3:1的关系。满足这样的配比后,在吞吐上就能做到比较均衡,有助于业务提升。
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第二种是通过Flat Memory Mode模式,让CXL和原生DRAM做一个硬件辅助的分层,在1:1情况下会尽量把CXL常用的数据放在DRAM中,虽然一部分数据放在CXL中,但是随着这样的硬件分层管理,能非常接近于完全DRAM的性能表现。
这是通过MongoDB数据库业务进行的性能评估。左边是评估场景,一种情况是在系统中设置了512GB的DDR5内存,另一种是通过第三种平面存储器模式(Flat Memory Mode),其中256GB是DRAM,另外256GB是CXL内存。
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当数据容量为125G的时候,两者之间只有1%的性能差距;而当数据容量为256G,即与总容量几乎一样时,采用硬件分层的引擎只有2%的性能差距;若是数据量进一步增加,也只有5%的性能差距。
由此可见,采用平面存储器模式,可以让用户使用譬如DDR4这样低成本的CXL扩展方式,在扩展系统内存容量的同时,将对其业务性能的影响降到最小。
据朱劲松透露,记忆科技正致力于开发基于CXL技术的内存解决方案,包括CXL内存条,以及CXL扩展卡和一体化的Box设备,后者专为提供整合的内存扩展而设计。在内存的Memory Core、内存池化和内存扩展等方面,这些技术的较大优势在于能提供远优于现在SSD的延迟,具备接近于直接内存访问的性能。
CXL技术的应用主要体现数据、基于AI的内存计算。此外,许多客户在寻求提升现有资源的利用率,可通过一些CXL卡进一步利用现有的内存资源,扩大产品的使用范围。另据现有实测产品数据,CXL技术的效果非常显著,整个生态系统正在快速发展。
金山云高级副总裁刘涛谈道,金山云始终密切关注着全新接口技术的发展,尤其是那些能够显著提升硬件扩展能力的技术,例如DPU(数据处理单元)和智能网卡的潜力,此外内存扩展和其他硬件扩展技术对云计算的潜在益处不容小觑。
然而,这些技术的商用化落地需要在产业化更为成熟的阶段才能实现,在真正将这些技术推向市场、提供给最终用户之前,金山云必须仔细评估。目前其工作重点更多是进行概念验证和市场观察,以了解其成熟度和市场接受度。同时,金山云也需要核算这些技术对于最终用户带来的收益性价比是否为正向,距离实际把它投入到线上云产品里还有一段路要走。
六、持续推动散热和液冷方案标准化,大幅降低数据中心能耗
至强6700是350W设计封顶的板子,而6900是一个500W的板子。一般在密度很高的情况下,客户会采用液冷等更先进的散热方式,具体根据不同客户数据中心的环境而异,比如室内与室外、内蒙与广东,不同环境下的选择都不一样。
配备能效核的至强6700平台相对需要的功耗更低,传统的风冷即可满足其需求,所以客户不太需要改造数据中心。在第三季度发布至强6900性能核平台的时候,英特尔届时会公布与硬件合作伙伴推出的相应配套技术支持。
过去一年多,英特尔和中国合作伙伴共同推动散热和液冷方案的标准化。
英特尔在数据中心的能耗有效性、先进的制冷技术和智能节能3个垂直领域构建了完备的解决方案矩阵,并在芯片、服务器、机架、数据中心四个水平方向积累了许多的解决方案和实践案例。
梁雅莉谈道,这既需要和广泛的生态系统合作,又要持续深化技术创新。最重要的是产业化,当产业化越来越成熟,技术的普遍性、可及性就会更进一步推动整个绿色数据中心的发展。
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随着“绿色数据中心技术框架2.0”升级,英特尔增加了材料和可循环设计模块,旨在将可持续理念深入贯穿至源头的原材料及设计中,通过可降解PCB、负责任材料计划及模块化服务器设计等,大幅降低数据中心整体生命周期能耗。
赵帅说,冷板想走入千家万户,最需要的就是产业化,要让它成本降到一个大家可接受的程度,这些年浪潮信息与英特尔一起在推进标准化工作,标准化之后才能形成产业化,产业化之后才能解决降本。今年冷板的价格已经能比2020年、2021年降低70%-80%。
此前浪潮信息和英特尔一起写了四个团标,大家现在已经应用这四个团标,效果都很好,今年会将这四个团标推成国标,未来更快地向产业推广,并将中国标准推到开放组织OCP中,作为国际标准去推行。
随着计算芯片越来越大,服务器设计面临更多挑战,需要不断改进和优化。赵帅认为要用系统思维解决问题,以系统设计为核心,做变通的方案,在同样条件下带给客户更大的收益。
浪潮信息在设计上增加了服务器通风量并针对高功耗部件调整散热策略,整机内部布局做得更加紧凑,通过结构调整优化内部风道和风流,节省很大空间。液冷也是选择之一,随着芯片功耗越来越高,液冷的散热方式能更好匹配客户业务的诉求。使用液冷后,整个架构设计会发生变化,内存不一定是横置的布局,可能是倒过来的布局,整个链路层、结构层也会改变。
刘涛观察到近年服务器单机的功耗确实在提升,金山云已经在自家IDC里做了水冷背板的小规模试验。英特尔至强6能效核处理器把功耗压到250W上下,整机能够控制在500多W,他认为这有助于降低对机柜散热的要求,因为密度越高,会导致投入成本越高。
结语:应对数据中心能耗挑战,践行可持续发展战略
全球数据中心关键IT电力需求持续增长、算力需求的日益多样化,都对服务器设计带来了新的挑战,打造更高能效的绿色数据中心势在必行。
英特尔至强6处理器家族首款产品也给新一代数据中心服务器处理器打了个样,做架构设计不仅要考虑到核数,还要考虑到内存、带宽、机架、用电等等,提供更完整、丰富的产品组合,以便客户能根据实际需求实现一个平衡的部署。
有了能效核和性能核组合拳后,英特尔至强6能兼顾更多样的需求,减少对硬件平台验证的重复性工作,并简化软件生态的服务。随着英特尔加速构建基于至强6能效核处理器的生态系统,以及为行业提供更多实践案例和经验,这些行动将推动数据中心向更高效、更环保的方向发展。

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