与双路服务器处理器一年一度的新品推出速度相比,英特尔在四路及四路以上服务器处理器方面的推出速度用缓慢来形容也不为过,自从08年发布六核的至强7400系列以来就鲜有动作,也许是将Nehalem架构引入多路系统存在更多的挑战,以至于该架构在双路系统已经得到成熟的应用并进化到了32nm时代,而用于四路及四路以上系统的至强7500此姗姗来迟。不过,得失总是相伴相生,在深入了解了Nehalem-EX处理器之后,不难感觉到英特尔在损失了时间之后却是得到了更加强悍的产品与一个更大的市场。
Nehalem-EX处理器实物展示
似乎是心有灵犀,在新一代的处理器推出的时候,英特尔与AMD在服务器处理器型号划分标准上不约而同地采取了与以往不同的方式。与之前产品简单地按照服务器插槽数量的多少分为UP(低端单路)/DP(终端双路)/MP(高端多路)不同,新的至强7500将分为英特尔将服务器用CPU分成了3个等级,即低端的入门级(Entry ,简写EN)、 主流的效率性能级(Efficient Performance,简写EP)以及高端的可扩展级(Expandable,简写为EX)。
虽然在处理器的大体性能上两种分类方法似乎有一定的重合,但是却并不完全相同,其中最大的差别就表现在这次发布的EX产品上。而除了处理器划分方式的变化,至强7500系列由于引进了Nehalem架构而在性能上比以往的多路产品有了质的提升,更多内核、更大内存带宽、更快直连架构、更强RAS性能使得其在综合表现上越来越接近于以往高高在上的小型机系统,而借着Nehalem-EX的东风,X86服务器也越来越接近于关键应用市场。
Nehalem-EX 更全产品线细分市场
在前言部分我们就曾提到,在Nehalem时代,至强处理器在产品线划分上改变了以往简单按照支持插槽数来划分的方式,除了EN、EP两个产品线与以往的单路UP、双路DP大体对应外,此次发布的代号为Nehalem-EX的产品却与以往的MP产品相差甚远,这一点从下面的产品列表里可以看的分厂清楚。
Nehalem-EX处理器产品型号和特性
上面的产品列表详细地列出了此次发布的Nehalem-EX至强处理器的产品型号和规格,也许其中有些指标您还不是太清楚,这没关系,在后面的文章中我们都会说到。现在让我们首先来看一下产品的型号。
怎么样,看出不同了吧。在上面我们提到了至强7500系列与Nehalem-EX两个概念,不少读者在提到这两个概念的时候也经常弄混,认为他们是一个东西,但实际上,这却是两个不同的概念,而人们之所以有误解,都是因为用老眼光看问题所致。
在以往的至强处理器分类中,单路UP处理器是至强3000系列,双路DP处理器是至强5000系列,多路MP处理器是至强7000系列,但是在新的产品分类方式下,Nehalem-EX却包括了用于四路及四路以上系统的至强7500系列处理器和用于高性能双路系统的至强6500系列。而正是至强6500系列的出现弥补了一个市场的空白。
Nehalem-EX处理器RAS特性
按照以往的产品划分方式,双路处理器在扩展性以及RAS(Reliability,Availability andServiceability,可靠性、可用性与可维护性)性能方面与多路处理器存在明显差距,而在实际应用中,有的用户可能只需要双路的运算性能,但是对于扩展性以及RAS特性方面却有着较高的要求,按照以往的情况,用户只能购买四路的服务器产品,甚至有一些用户在购买四路产品之后只使用两颗CPU,这无形中导致了极大的资源浪费,而至强6500系列的出现很好地解决了这一问题,作为双路处理器它却具备了高扩展性与高RAS特性,能够承担关键应用,对于以往的市场是一个很好的补足。
而除了在高性能双路服务器上的补足,此次Nehalem-EX处理器的发布也是的英特尔大规模进入了四路以上服务器市场,以往由于架构限制,英特尔的7000系列处理器基本使用在四路服务器市场,除了IBM等极少数厂商由于具备自行设计芯片组等方面的能力而可以将其扩展到四路以上之外,大多数使用英特尔至强处理器的服务器厂商最高只具备四路服务器的生产能力。
正是由于多路扩展技术掌握在少数厂商手中,直接导致了四路以上服务器的昂贵,技术难以普及,直接阻碍了至强处理器上攻高端市场,而反观英特尔在X86领域最大的竞争对手AMD,皓龙处理器很早就推出了面向四路、八路的皓龙8000系列,这也造成了皓龙在四路以上的X86市场一家独大,这也是英特尔少有的丢失的市场。
Nehalem-EX的出现很好地扭转了这一局面,其采用的Nehalem直连架构在多路扩展方面具备得天独厚的优势,除了具备2条QPI总线的至强6500系列之外由于条件限制无法用户更多路的系统之外,拥有4条QPI总线的至强7500系列处理器可以轻易地打造出多路服务器系统,甚至在英特尔给出的标准化设计中就提供了八路设计方案,而对于拥有自身独特技术的厂商更是可以将其最大扩展到32插槽的系统。
根据英特尔之前透露的数据,目前全球已经有15家有着自己深厚设计功底的OEM厂商打算生产32插槽的Nehalem-EX系统,而8插槽的Nehalem-EX生产厂商将会更多。这无疑将会带来X86架构在多路市场的普及,进一步抢占RISC小型机的市场空间,而我们从中也不难想象之后HPC市场的繁荣。>>
新架构下的Nehalem-EX产品详析
在这里我们将Nehalem称为新架构实在是有点勉强,因为其在一年多前就已经在至强5500系列中得到了应用,但由于这是它第一次出现在多路系统中,所以我能用新来形容它也不无道理。而新架构的出现为至强家族新的Nehalem-EX产品带来了明显的变化,使得其与之前的至强7400相比在各方面都获得了明显的提升。
说到变化,最明显的莫过于核心数量,与之前7400系列最多6个核心的配备相比,同样采用45nm工艺的Nehalem-EX最多可拥有8个物理核心,相应地,至强7500系列的芯片的晶体管数量也要多出不少,核心数最多的产品晶体管数量达到了23亿,而上一代的产品最多也只有19亿的晶体管,当然,这些晶体管并不完全是运算核心,相比至强7400系列最多16M的三级缓存,新的至强7500系列三级缓存最多可以达到24M,而即使是面向双路的四核心产品E6510,三级缓存也达到了12M,而之前的四路至强7400系列中最少的三级缓存是8M。
新老两代多路服务器比较
Nehalem-EX在芯片结构上唯一不如至强7400系列可能就是二级缓存,后者为每个核心分配了3M的二级缓存,而前者只有256K。
Nehalem-EX处理器芯片示意图
随着Nehalem架构代替以往的Core架构,超线程和QPI总线第一出现在了至强多路服务器之中,据英特尔以往的数据,使用超线程技术后处理器核心的运算性能提升在30%左右,而QPI总线可谓为多路至强带来革命性变革的技术,之前的前端总线结构不仅极大地限制了处理器之间的信息传输带宽,还越来越成为处理器与内存信息交换的瓶颈,还在一定程度上成为了处理器向更多路的扩展。
QPI总线的引入很好地解决了这一系列问题,其使得多路处理器之间有专门的总线连接,而无需再通过北桥芯片中转,极大地提高了信息交换速度,提升了多路系统的效率,而且通过直连架构,八路服务器芯片组设计变得简单的多。
Nehalem-EX处理器
在前面的型号列表里,我们看到Nehalem-EX系列处理器有三种QPI总线配置,其中,面向双路系统的至强6500系列只有两条QPI总线,因为双路系统仅需两条QPI即可实现全互联,而对于高端多路处理器而言,四条QPI总线是必须的,这从下面的处理器互联结构图中就可以看出,而非常奇怪的是,在7500系列中还出现了配备三条QPI总线的型号,可能是用于非全互联结构的四路服务器之中,并且由于总线数量的限制,其可能无法使用在四路以上的服务器上。
双路直连架构
Nehalem-EX对于至强多路处理器的另一项重大的提升在内存支持方面,之前的至强7400采用北桥中集成内存控制器的方法,这使得北桥成为了内存与处理器信息传输的瓶颈,在原有的平台上,英特尔提供的标准方案四路主板芯片组最多只支持256GB的内存容量,并且与现有的每个处理器控制自己的所属内存不同,所有的内存都连接在北桥芯片上。>>
在新的架构中,Nehalem-EX采用了处理器内置内存处理器的设计,而与Nehalem-EP和Westmere-EP每个处理器内置三通道内存控制器不同的是,Nehalem-EX每个处理器内置两个双通道内存控制器,也就是说,每个处理器可以连接四个通道的内存,并且每个通道可以连接四条内存,每个处理器最多可以连接16条内存,如使用8GB容量的内存条,双路Nehalem-EX平台最多可连接32个DIMM,内存容量可达256GB;4路Nehalem-EX平台最多连接4个DIMM,内存容量可达512GB;8路Nehalem-EX平台,最多可连接128个DIMM,内存容量可达1TB。
四路服务器处理器互联方式
同时,Nehalem-EX在内存的使用上也吸取了以往至强7400的优点,在以往的多路至强服务器中使用的是FD-DIMM内存,也就是全缓冲内存,这种内存最大的特点就是在内存条上内置了一个缓存芯片,可以将频繁读取或者是预计要读取的内容现放在缓存芯片中,这样就避免了频繁的内存寻址,有利于提升内存读取效率,不过这样的内存也有一个较为明显的缺点就是发热量大,由于缓存的存在而加大了内存的发热量与耗电量,不利于服务器的稳定运行和节能,但其优点也是很明确的。
Nehalem-EX处理器可以轻松实现八路互联
新的Nehalem-EX处理器在设计时就吸取了这一优势,不过其并没有使用有缓存芯片的内存,而是将缓存芯片设计在了主板上,这样既有利于提升内存读取效率,又有利于减少内存的发热量,而对于隶属于Nehalem-EX的至强6500系列来说,更多的内存支持能力、更加有效的内存读取方式也是其区别于至强5600系列的重要所在。而正是有了上面的种种设计,才是的Nehalem-EX的内存带宽达到了至强7400系列处理器的9倍。
而在平台所支持的内存类型上,根据目前英特尔官方资料来看Nehalem-EX平台最高只是支持到DDR3 1066的内存,对于更高频率的DDR3 1333内存,英特尔表示目前正在测试,未来会加入对其的支持。
巨大的性能提升
而Nehalem架构特有的睿频加速技术在Nehalem-EX处理器也得到了体现,在我们第一页的型号列表中,曾经有一项是睿频加速能力,在这之中,拥有睿频加速能力的处理器都有四个不同的加速方式,也就是这一项中的四个数,而这四个数所代表的意义就是睿频加速可以超频的阶数。
睿频加速演示
在Nehalem架构架构中,每一阶的睿频加速能力为133MHz。而由于计算核心超频运行会带来处理器功耗的增加,因此当超频的核心数越少的时候,这些核心频率能够超的越高,而之前的表中给出的四个数字就是分别对应当有7-8个核心、5-6个核心、3-4个核心、1-2个核心运行于加速状态时这些核心能够最大增加的频率。
1036 以主频最高的X7560为例,当有7-8个核心需要加速时,这些核心最多只能在原频率上增加1阶的133MHz,也就是在原有频率上提高133MHz,而当有5-6个核心需要加速时,这些加速核心可以在原主频上提升两个133MHz,也就是活跃核心频率升高266MHz,以此类推,当只有一个核心需要加速时,这个核心的频率可以增加399MHz。
正是有了上面这些全新的设计,Nehalem-EX将多路X86服务器的性能提升了不小的距离,根据因特尔官方数据来看,新的至强7500系列与之前的7400系列相比,内存带宽最多提升了9倍,数据库性能提升2.5倍,整数运算性能最多提升1.7倍,浮点运算性能最多提升了2.2倍。>>
RAS特性增强 X86上攻RISC市场
处理性能的提升必然会造成Nehalem-EX向更高市场的位移,而高端企业级市场以往大多被RISC小型机所占据,该市场的特性决定了所进入的产品不仅要有不错的处理能力,更重要的则是高可用性、高可用性和良好的可维护性,也就是我们之前所说的RAS特性。任何事物的发展都有一个过程,由于不像RISC处理器那样在诞生之初就以可靠性、可用性为依仗,X86较低的起点注定了其发展是一个逐渐上攻的过程,而这一点在近年来服务器市场的发展中也得到了验证,RISC出货量的逐年递减和X86的逐年上升形成了鲜明的对比,X86也有自己骄傲的资本。
Nehalem-EX处理器RAS特性列表
在Nehalem-EX系列处理器中,X86系统的RAS特性被提高到了一个全新的水平,多达22条设计在很大程度上达到了数据保护、高可用性和降低宕机时间的目的,其中,英特尔多次在技术交流中提到的MCA(机器校验恢复架构)就是一项颇具代表性的功能,其可以在不关机的情况下检查和纠正处理器、内存或者IO中的错误,而对于无法有效纠正的错误则采取隔离的方式,使得其不影响其他功能,有效保证了服务器的稳定正常运行。类似的设计还有很多,从下面这个表中大家可一窥端倪。
RAS特性
虽然考虑到同门竞争的问题,Nehalem-EX在RAS特性方面与最高级别的安腾相比还存在一些差异,但对于一些关键性应用来说,Nehalem-EX也足当大任,用英特尔的话来说,Nehalem-EX作为X86的代表,安腾作为EPIC架构处理器的代表,他们有一个共同的对手就是RISC,他们的上下夹击会为英特尔带来更大的市场空间。
而要想成为企业级关键应用的承担者,仅仅有处理器厂商是不够的,英特尔也充分地认识到了这一点,Nehalem-EX优秀性能的发挥需要软硬件合作伙伴的同力合作,据英特尔表示,Nehalem-EX推出之后,除了IBM、NEC和Unisys这三家原本就有四路以上X86服务器的厂家之外,包括SGI、惠普、富士通等在内的15家厂商将推出32路Nehalem-EX系统,而生产8路Nehalem-EX服务器的厂家会更多。
软硬件厂商通力合作才会带来X86服务器的未来
而在软件方面,目前英特尔已经与Novell、Redhat、微软等操作系统厂商和VMware等虚拟化软件提供商达成共识,共同推广Nehalem-EX在关键性业务中的应用。
RISC出货量逐年减少
谈到X86与RISC之争,英特尔显然信心满满“看看RISC日益减少的出货量,再对运行在X86系统上的软件应用和运行在RISC小型机上的软件数量做一个比较,你会非常容易地知道未来属于谁”,英特尔经常这样提醒人们。[返回频道首页]