14年前,第一顆雙核心x86處理器正式問世,由當時AMD推出首款Opteron雙核處理器一舉奪下,隨後,英特爾的雙核處理器也在同年亮相,也正是這一年,單核CPU正式走入歷史,開啟了多核處理器(Multi-Core Processor)競爭新局面。

接下來好幾年,處理器從2核、4核,一路發展到6核與8核,直到2011年,才又由英特爾打破了僵局推出運算力更強的10核心Xeon處理器, 讓核心數首度突破雙位數。

不同早年的多核之爭,另一場破半百的超核戰,如今也正如火如荼開打。

8月7日,在美國舊金山一場產品發表會上,AMD推出最新一款高達64核心CPU,震撼整個伺服器市場,也吹響了AMD反攻市場的號角。 更早4個月前,英特爾在發表新一代Xeon Scalable處理器時,也提供另一個高達56核心的版本。

相隔14年,AMD這款處理器搭載的最高核心,幾乎已是當年第一款雙核CPU的32倍,多達64個運算核心,也是目前最多核的一款伺服器x86 CPU。

新64核CPU帶來更強運算力,也替傳統單路伺服器找到新出路

64核心處理器的出現,某種程度上,也反映出許多企業對於伺服器運算力的迫切需求,也進一步加快推動多核處理器的發展腳步。

尤其,為了因應全球資料中心為主的高效能運算、雲端與AI運算任務所需,需要配有運算力更強的伺服器硬體,也帶動整個企業資料中心對於新一代更高效能伺服器的龐大需求。

新的伺服器設計,不只是要有能力處理更多、更複雜的運算任務,還要具備有AI執行或機器學習訓練所需的分析及運算能力,才能用以支撐企業資料中心更高運算架構需求。就連英特爾自己都預估,2021年全球資料中心將是一個高達700億美元的龐大市場,更將它視為是發展新一代運算產品的主力市場。

而要快速提升伺服器本身的處理能力,最簡單、也最容易的一種方式,就是增加伺服器CPU的核心。

因為不同於單核心,多核分工處理的特性,讓多核處理器可分擔原本單一或少數核心執行的一個或多個運算工作,來加快程式執行的速度,進而提高伺服器本身的處理效能。

企業越來越多的運算需求,也催生出了近兩年如AMD EPYC這一類具備更多核心、兼具更高效能的新一代CPU,讓伺服器CPU性能競爭更加白熱化,從原本多核心,到現在突破半百,未來還要朝向百核心前進,更加遽企業伺服器市場的競爭態勢。

新的64核CPU設計,更讓傳統單路伺服器,也能具備有如多臺單路或主流二路伺服器同等級別的運算能力。

以往,因為單顆CPU處理能力不夠強,核心數不夠多,想要配置一臺更高效能應用的伺服器,只能以增加CPU顆數的方式,在一臺伺服器內提供兩顆(2路)、四顆 (4路 ),甚至八顆 (8路)CPU的設計配置,以組成一個擁有更多CPU核心的運算叢集,來提高這臺伺服器本身的處理效能。

當核心數達64核心,甚至更高,這也意味著,在一臺單路伺服器上,只要裝上這顆CPU,就能具備有以往需要4臺16核單路伺服器,或一臺雙32核二路伺服器CPU才能提供的更高運算效能,讓一臺64核單路伺服器,就能用來協助企業執行各種複雜運算,或高密集運算工作的使用。

而且更能有效降低整體成本,包含購買與營運成本。以購買成本為例,若是排除硬體本身的差異,只比較相同核心數的CPU成本的話,單顆64核心處理器,還比4顆英特爾16核單CPU加總價格快便宜一半,單顆64核心CPU售價6,950美元,16核單CPU售價則為3,115美元。

連對於現在很多企業普片遍採用的虛擬化應用,也都有影響,因為,在主流伺服器VM叢集架構上,常見是以多臺單路或二路伺服器處理器,用於虛擬化提供建立需要使用的VM叢集。

但是,新一代EPYC伺服器VM叢集架構,僅需單臺1U高度64核伺服器,就能提供原本需要4臺1U高度16核單路伺服器,或2臺2U高度雙16核二路伺服器所需的VM叢集,不僅用的伺服器更少,還能有效節省機櫃空間。另一個好處是,64核處理器可以提供運算力更強的VM。

8月7日,在美國舊金山一場伺服器處理器新產品發表會上,AMD推出最新一款高達64核心CPU,震撼整個伺服器市場,也吹響了AMD反攻市場的號角。(攝影/余至浩)

三度重返伺服器CPU市場,AMD決定放手一搏對決英特爾

而目前在突破50核CPU的市場競爭的處理器大廠主要有兩家,分別是英特爾與AMD。

儘管,過去很長一段時間,在多核處理器競賽上,始終由英特爾保持領先,但是3年前重返伺服器市場的AMD ,一改過去保守作風,決定正面迎戰,甚至搶先對手推出32核心伺服器處理器EPYC,刷新了當年由英特爾所保有的最多24核心的記錄。

AMD靠著在CPU晶片設計上整合單晶片設計,同時搭配全新的核心晶片模組打造其稱之為Zen架構的新一代CPU,使得單一CPU核心數,足足比競爭對手英特爾同級規格最高Xeon E7 CPU產品還高出8核之多。還能支援更多高速I/O,與提供更大容量的記憶體頻寬。

32核處理器在2017年一推出, 隨即在市場引起熱烈迴響,讓三度挑戰失利的AMD,重新在伺服器市場打響名號,不只雲端大廠,如Azure、AWS,就連傳統企業資料庫巨頭甲骨文也都加入採用行列,用它來提供雲端VM租用服務。緊接而來,還有更多家伺服器與網通硬體商陸續加入,如HPE、Dell、思科等,合計推出多達60款採用該硬體的伺服器、網通等設備。

更有美國能源部、橡樹嶺國家實驗室等大型國家研究機構,看上了這款CPU的多核優勢,計畫用它在接下來幾年打造新一代超級電腦,一旦完成的話,預期其處理效能,將會是目前全球排名第一名美國超級電腦Summit(Summit運算效能可達148.6 petaflops)的10倍多,將高達1.5 exaflops 。

通過結合更先進製程與全新Zen架構,兩年下來,不只替AMD中止連年虧損,從2017年逐漸轉虧為盈,更靠著主打超多核心、高性價比的策略奏效,長年落後的AMD從原先不到1%的全球市占,提升到了如今的近5%,展現出與英特爾一決高下的聲勢。

第二代64核心處理器的推出,更被AMD視為是搶奪伺服器市占的關鍵利器,來縮短跟領先對手的差距。

AMD執行長蘇姿丰也在EPYC新產品發布會上預告,接下來還有兩款全新EPYC處理器Milan、Genoa,將在明、後兩年問世,還能夠替下一代CPU增加更多核心。

AMD能搶先對手推出更多核心,新架構與新製程是關鍵

但想要在一顆CPU內放進完整功能的64核心,並不是件容易的事,即使是處理器龍頭英特爾也都未能實現,但是AMD卻能做到,甚至從32核心翻倍提高到了最大64核心,AMD僅花了兩年時間就達成。

這是因為,AMD在設計這款CPU時,採用了和主流多核CPU設計截然不同的多晶片封裝設計(Multi-Chip-Module),不只可以在單一CPU整合更多核心,同時也具有降低功耗與改善生產良率的特性。使得以往非主流的MCM技術,成了現在新一代處理器加大核心的關鍵技術。就連英特爾最新一款56核Xeon處理器也都採用此技術,來提高核心的增長空間。

不只是封裝技術,就連製程技術也有了突破性的發展。AMD第2代處理器採用了最先進7奈米製程,來提高CPU核心密度,可以做到CPU上每顆電晶體的電路線寬,只有前一代製程的二分之一,這也意味著,可以放入更多一倍的電晶體。EPYC處理器也是目前唯一一款7奈米x86 CPU

不光如此,這代處理器架構也經過大改造,以更小型的晶片模組式設計,改在晶片兩側設計各4組合計8個7奈米的CPU小晶片模組(AMD稱之為Chiplet),每個模組小晶片最多可以放進8個核心,再通過晶片中間高速互連網路設計的一個14奈米的I/O 晶粒互連,以容納更多的核心。

根據AMD提供的內部測試數據,不論是在雲端執行環境、企業關鍵應用、或高效能應用測試,64核心處理器的平均效能,都取得高於英特爾Xeon Scalable系列處理器多達8成到9成。

AMD進一步補充,僅需一臺單路64核伺服器,就等同,或甚至高於一臺二路Xeon Scalable伺服器,對比英特爾一款最高規格28核Xeon Platinum 8280M處理器,AMD指出,64核EPYC 7742處理器的效能表現,幾乎是它的兩倍,但只要一半的價格。

今年第一波採用這款64核心CPU的伺服器、OEM/ODM業者也不少,包括HPE、聯想、技嘉、Supermicro 與雲達科技等,HPE更直接上市。Dell也預告,即將推出搭載此款處理器的新款伺服器產品。

不只OEM/ODM硬體商,就連雲端巨頭Google也宣布將採用EPYC硬體,來提供雲端VM租用服務,而且是直接支援第二代64核處理器。甚至已拿來用在自己內部資料中心使用的伺服器上,做為各種運算任務之用。

核心破半百的多核戰正式開打,64核新設計打頭陣

為了對抗AMD多核心處理器,也迫使英特爾不得不調整策略,推出更多核心的高效能CPU產品來迎戰。

除了先前以HPC應用為主、主打多核心協同處理器的Xeon Phi加速運算產品線,英特爾最近在發表第2代Xeon Scalable系列處理器時,特別替CPU加大核心,最多達到了56核心,直逼AMD家的64核處理器。甚至,明年英特爾採用10奈米的伺服器處理器也將問世。

但是,越多核心的處理器,也將挑戰現有的伺服器處理器架構,也得跟上腳步,如何讓不同大量核心之間能夠穩定協同運作,維持高水準整體效能表現,以滿足更高複雜應用的需求,將是處理器廠商未來設計64核心以上CPU所要面對的一大考驗。而且不光是硬體,還需軟體搭配,才能夠使這些多核處理器發揮最大效益。

10多年前的多核之爭,如今正以新的局面在現代開打,這場超多核心處理器競爭,目前AMD看似領先,但英特爾正急起直追,誰勝誰負還不一定,好戲才正要開始。

主要超多核心CPU產品推出時程

2016年6月 24核心英特爾Xeon E7高階處理器產品型號E7-8890 v4

2017年6月 32核心AMD EPYC 7001系列處理器推出上市

2017年7月 28核心英特爾Xeon Scalable系列處理器推出

2018年4月 24核心IBM Power 9處理器產品推出

2018年9月 48核心英特爾Xeon Scalable處理器產品規格公布

2019年4月 最高56核心英特爾第2代Xeon Scalable系列處理器發布

2019年8月 超多64核心AMD第2代EPYC 7002系列處理器推出上市

2020年 英特爾預計推出10奈米製程的Ice Lake系列處理器

             AMD原訂推出第3代EPYC處理器Milan,現已開發完成

             IBM計畫推出7奈米48核心Power 10處理器

2021年 AMD將發表採用Zen 4全新架構EPYC處理器Genoa,目前正在開發中

資料來源:iThome整理,2019年8月


Advertisement

更多 iThome相關內容