英特爾

在伺服器平臺稱霸許久的英特爾(Intel),2017年之後面對重返市場的AMD,面臨不小的同業競爭壓力,不過,每次推出的新一代產品,仍有可觀之處。

因應廣泛市場需求,提供50款以上選擇,規格演進慢、求穩健經營

在2017年,Xeon Scalable處理器(Xeon SP)系列首度登場,英特爾推出了第一代產品(代號為Skylake)。在產品線的設置上,改成4種品牌與系列型號的對應:白金(8100系列)、金(6100系列與5100系列)、銀(4100系列)、銅(3100系列)。若就數量而言,英特爾提供51款處理器機型的選擇。

而在處理器平臺的規格上,第一代Xeon Scalable系列採14奈米製程,最多提供28顆核心,記憶體支援DDR4-2666、6個通道,單顆插槽支援1.5 TB記憶體,I/O部份支援48個PCIe 3.0通道。

接著是2019年4月登場的第二代Xeon Scalable(代號為Cascade Lake),最大的賣點是內建深度學習加速技術:DL Boost,搭配向量神經網路指令集(VNNI);而在處理器平臺的規格上,最多可提供56顆核心,記憶體支援DDR4-2933、12個通道,單顆插槽可支援4.5 TB記憶體。

在產品線的設置上,英特爾總共發布了67款處理器機型,規模相當驚人。

第三代Xeon Scalable分兩批發布

在2020年6月,英特爾發表第三代Xeon Scalable(代號為Cooper Lake),主攻4路與8路伺服器,僅推出11款機型,最多可提供28顆核心,記憶體支援DDR4-3200、6個通道,單顆插槽可支援4.5 TB記憶體,繼續主打DL Boost加速特色,並整合Bfloat16支援。

到了2021年4月,英特爾發表另一批第三代Xeon Scalable(代號為Ice Lake),終於導入更先進的10奈米製程,支援PCIe 4.0介面,最多提供40顆核心,記憶體支援DDR4-3200、8個通道,單顆插槽支援6 TB記憶體,I/O則支援64個PCIe 4.0通道。就數量而言,英特爾總共發布57款處理器機型。

在運算效能上,Ice Lake的表現也亮眼許多,英特爾公布多項他們內部測試數據作為印證。在混合20種常用AI工作負載的狀態下,若以AMD今年推出的第三代EPYC 7763平臺為基準,英特爾最新的第三代Xeon Scalable可達1.5倍效能;若以AMD EPYC 7742處理器搭配Nvidia A100 GPU為基準,英特爾第三代Xeon Scalable可達到1.3倍效能。

這樣的成效展現讓人驚豔,令人訝異的是,英特爾打破多年慣例、展現新氣象!因為他們過往只與自家產品比較。

|兩代Xeon SP處理器架構比較|相較於第二代Xeon Scalable處理器(Cascade Lake),2021年4月發表的第三代Xeon Scalable(Ice Lake)同樣採用網狀互連架構,但最大差異在於處理器核心改用Sunny Cove微架構,以及整合PCIe 4.0控制器、配置4個記憶體控制器(每個控制器可處理2個通道),並且提供3個獨立運作的UPI連結。(圖片來源/英特爾)

大舉強化資料安全防護

Ice Lake另一個重點特色則是資安,主打軟體防護擴充指令集(SGX),以及加密加速(Crypto Acceleration)。

早在2013年,英特爾已在桌上型電腦、筆電、工作站等級處理器,陸續提供SGX的功能,然而,關於在伺服器級處理器內建SGX的態勢,卻一直不明朗,直到今年,英特爾發表第三代Xeon Scalable系列處理器,宣布內建SGX之後,這項機密運算技術才算正式入駐企業資料中心領域。

在伺服器的應用環境當中,SGX能帶來哪些好處?英特爾強調,可在系統內部保護敏感的程式碼與資料,將暴露在惡意軟體與駭客攻擊的層面減至最低。這項防護技術最主要供應的產品,是用於2路伺服器的處理器機型,當中將運用安全區(enclave)來隔離程式碼與資料,這裡能使用的容量最大可達到1TB,應可支援主流工作負載規模。

值得一提的是,英特爾也提到SGX能結合本次隨Ice Lake新增的兩個安全技術。一是全記憶體加密技術(TME),能夠針對實體的記憶體提供完全加密機制,強化資料與虛擬機器的保護,他們在2017年底曾對外揭露相關資訊,但可能直到這次Ice Lake發表才真正亮相。

另一個是平臺韌體快速復原技術(PFR),當中運用英特爾自家的FPGA技術,而能防護、偵測、修正韌體層面的問題,以達到NIST SP 800-193的要求。透過這項保護技術,能讓伺服器平臺韌體能在執行前,先經過驗證,並在執行過程當中進行監控與過濾,以防遭到有心人士操弄;韌體若發生問題,PFR可在幾分鐘內自動執行回復作業。

無論是SGX或TME,都跟資料加密的處理有關,而這也涉及Ice Lake處理器第二個主打的資安特色:關於加密處理的加速技術,會針對重要的加密演算法提供突破以往的效能,可因應日益普遍的各種大量使用加密處理的工作負載。

例如,每天處理數百萬筆交易的線上零售業者,就能善用Ice Lake處理器這項功能來提升客戶資料保護,而無需擔憂因此影響使用者得到回應的時間,或是大幅衝擊系統整體效能。

Ice Lake也增設新的加密加速功能,例如:向量型AES新指令集(Vector AES-NI)、向量無進位乘法(Vector CLMUL)、英特爾安全雜湊演算法延伸指令集(Intel SHA Extensions)、VPMADD52 指令集、RSA/DH加密協定、有限體新指令集(GFNI)。

除了相關的指令集,英特爾也在這一代Xeon處理器演算法執行方式上,提出兩種基於軟體的新加速作法:一是多重資料緩衝處理(Multi-Buffer),可同時處理多個資料緩衝,相較之下,傳統處理器的作法是循序處理每一個資料緩衝;另一是函式縫合(Function Stitching),將兩個演算法融合為單一最佳化演算法,以便盡可能地運用處理器的全部資源,以及提高資料吞吐量。

|SGX正式進駐伺服器級處理器|歷經多年的發展,英特爾終於在伺服器級處理器,內建軟體防護擴充指令集(SGX),而在最新推出的Ice Lake平臺當中,若是採用2路組態,對於安全區記憶體分頁快取(EPC)的使用,最大可設定到1 TB的空間。(圖片來源/英特爾)

多家雲端業者推執行個體,500大超級電腦有8座採用

Ice Lake發表後,目前有哪些案例?以公有雲而言,我們看到三家業者推出服務,例如,Oracle Cloud Infrastructure(OCI)在4月初宣布,推出2個執行個體,分別是VM.Optimized3.Flex與BM.Optimized3.36,各自針對運算密集型與高效能運算型工作負載;微軟Azure陸續於4月、6月宣布,推出3個系列的執行個體的預覽版本,分別是:適合通用型工作負載Dv5系列、適合記憶體密集型工作負載的Ev5系列,以及適合機密型工作負載的DCsv3系列;阿里雲於8月發表第7代ECS系列執行個體服務,包含:適合通用型工作負載的g7系列、適合運算密集型工作負載的c7系列,以及適合記憶體密集型工作負載的c7系列。

在高效能運算領域當中,我們可將全球500大超級電腦的處理器採用狀況,作為參考指標。以今年6月公布的排行榜來看,採用Ice Lake處理器的超級電腦有8座,其中一半是德國機構,表現最好的是韓國氣象廳的Maru,拿到第23名。


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