去年8月,IBM發表Power10處理器,這是該公司第一款採用7奈米製程的商用CPU──由IBM研究院與三星電子合作研發這個先進製程,IBM負責設計CPU,三星電子負責導入7奈米EUV製程來生產CPU。

IBM當時預告,在2021年下半,他們將會推出基於Power10而成的伺服器,而且將針對紅帽的容器即服務平臺OpenShift,提供硬體最佳化支援,形成新一代的混合雲建置平臺。

到了今年9月,IBM終於正式推出配備Power10的伺服器,名為Power E1080,他們強調這是第一套專為混合雲環境所設計的系統,而且是從底層晶片一路發展上來的產品,並且具有頂尖的安全性。

在產品定位上,IBM期盼能以此款量身打造的系統,作為新一代混合雲使用體驗的基礎,協助用戶以動態、安全、順暢的方式,建置與維運橫跨整個IT基礎架構的混合雲。

Power10大幅提升多種層面的執行性能,以及承載能力

相較於2017年上市的Power9,IBM在2020年發表Power10時,曾強調其具有更優異的效能表現。例如,同樣都是2路組態、配備各自旗下運算核心數量最多的處理器,一組是搭配2顆12核心Power9的系統,做為比較基準,另一組採用2顆30核心Power10(耗電量與前列Power9機型相當)的系統,可提供3倍的處理器能源使用效率、工作負載容量,以及容器使用密度。

而在處理器本身的核心架構上,Power10也新增了嵌入式矩陣數學加速器(Matrix Math Accelerator,MMA),根據該公司預估,能夠帶來更高的計算效能。根據IBM的測試,若運用FP32、BF16、INT8等不同計算方式進行深度學習推論處理時,以每顆處理器而言,相較於搭配2顆12核心的Power9系統,搭配2顆30核心的Power10系統,可分別針對FP32、BF16、INT8的運算,達到10倍、15倍,甚至是20倍的處理速度。

同時,這款處理器也提供了新的記憶體起始技術(Memory Inception),可橫跨多臺伺服器存取與共用彼此的實體記憶體,而能支援數PB容量的記憶體叢集,以便因應記憶體密集的應用,像是SAP、SAS等資料處理與分析軟體的記憶體內運算,以及大型的深度學習推論。有了此種技術,能減少成本與用電──對於雲端服務業者而言,可運用較少的伺服器來供應更多的記憶體容量;而對於雲端服務用戶,也能因此減少所要租賃的IT資源(伺服器執行個體數量)。

另一方面,IBM這項記憶體起始技術,特別支援了記憶體透明加密處理(transparent memory encryption),使得Power10伺服器系統以實現全程資料保護。

若以處理器的每顆核心來比較,Power10在此採用了4個AES加密引擎,IBM認為,這足以因應當前最常被要求使用的標準,以及眾所期盼的未來加密標準,像是量子安全加密,以及全同態加密(Fully Homomorphic Encryption,FHE)。

而在容器的安全防護上,IBM也透過這款處理器與其韌體,提供新的硬體強制保護與隔離功能,一旦容器遭到滲透或破壞,Power10可保護同一臺虛擬機器執行的其他容器,預防其受到入侵。而在應用程式資安漏洞的即時防護上,Power10可提供動態執行暫存器控制,讓用戶能設計出具有更強攻擊抵抗力、效能影響最小的應用程式。

相較於x86伺服器,可提供2.5倍運算效能、4.1倍容器吞吐量

Power10伺服器正式推出,各界可能最關心的部分是效能增長幅度。

以整數運算的測試來看,同樣都是8路處理器的組態,IBM Power E1080以120顆核心拿下2,170分。他們對照SPEC網站公布的8路x86伺服器效能測試數據:搭配8顆Intel Xeon Platinum 8380H、224顆核心的HPE Superdome Flex 280,獲得1620分,以此自證Power E1080在每核心效能具有2.5倍的領先幅度。

在商用軟體的效能上,IBM Power E1080在SAP SD標準應用程式測試當中,拿下955,050 SAPS的好表現,擠進前五大──單是IBM,就包辦4大,Power 780、Power System E980、Power E1080、Power Systems Virtual Server E980等機型,分列第一、二、四、五名)。

而在混合雲平臺下,根據IBM內部的測試,同樣是紅帽OpenShift、執行CoreOS Linux的工作節點,他們將一臺搭配Intel Xeon Gold 6248的2路伺服器(40核心),啟定兩臺KVM虛擬機器作為工作節點的組態為基準,搭配40核心的IBM Power E1080、利用PowerVM的LPAR切割、啟動兩臺虛擬機器,可獲得4.1倍的容器吞吐量。

基於這樣的承載能力,IBM認為,Power E1080能在單一伺服器系統當中,同時部署更多工作負載,而由於可以善用容器與Kubernetes技術,維持應用程式平臺架構的一致性,享有與公有雲服務類似的使用彈性,促使IT服務具備靈活因應能力;若企業無法對應用程式進行重構,也能因為這樣的軟硬體系統平臺搭配,而降低營運成本。

比起自家Power9伺服器,效能提升30%,推論處理性能增長至5倍

除了與x86伺服器對比,相較於IBM既有的Power伺服器E980,新推出的Power E1080在效能與延展性上,也提升了50%,相對可減少耗電與碳足跡。

IBM表示,若以12核心Power9的Power E980對上15核心Power10的Power E1080:在每核心效能上,後者領先前者30%;在可用資源的總容量上,無論是從單位處理器或系統層級來比較,後者優於前者的幅度超過50%;就能源使用效率而言,Power E1080擁有更佳的每瓦效能──0.46 rPerf/Watt,相較之下,Power E980則是0.31 rPerf/Watt。

而由於Power10處理器在每顆核心當中,額外配備了4個矩陣數學加速器,使得Power E1080在深度學習推論處理有更好的表現,根據IBM內部的測試數據顯示,同樣面對大型的FP32推論模型處理時,若以搭配12核心Power9處理器的E980,對上搭配15核心Power10處理器的E1080,就每顆處理器的推論吞吐量而言,可達到E980的5倍。

在安全保護的處理上,由於Power10內建記憶體透明加密,因此用戶無需額外的設定與管理,而且,在每顆處理器核心當中,搭配更大量的加密引擎(Power10內建4個AES/SHA引擎,Power9內建2個AES引擎與2個SHA引擎)。

實際的加密處理效能又是如何?根據IBM內部測試數據顯示,在Red Hat Enterprise Linux作業系統搭配OpenSSL程式庫的系統當中,啟用AES-256的GCM與XTS模式下,以搭配12核心Power9處理器的E980為基準,搭配15核心Power10的E1080在每核心處理速度的表現上,可達到2.5倍。

採用模組化設計,IBM持續推出可擴充式機架系統

相較於市面上的x86機架式伺服器,Power E1080的硬體組成方式可說是大異其趣。基本上,它包含了1臺2U尺寸的系統控制單元(System Control Unit,SCU),以及1到4臺5U尺寸的系統節點(System Node)/中央電子複合體(Central Electronic Complex,CEC)機箱。

以系統控制單元而言,包含:1對彈性服務處理器(Flexibile Service Processor,FSP)、操作面板,以及電子模組。其中的FSP,負責提供系統硬體、韌體、虛擬化的控制功能;電子模組,則是針對系統的重大產品資料(Vital Product Data,VPD),提供儲存功能。

至於系統節點,每臺設備提供4個處理器插槽,能容納4個Power10單晶片模組(Single-Chip Module,SCM),以及64個DDR4記憶體插槽(最大可支援16TB的系統記憶體)、4個NVMe固態硬碟插槽、8個PCIe 5.0裝置擴充槽。

若依據這樣的組態配置來看,上述Power E1080的各種效能測試數據,若有超過4路的CPU搭配,應該都是採用了2臺以上的系統節點。

在此同時,Power E1080的系統節點當中,每個SCM可提供10顆核心、12顆核心、15顆核心等選擇,每顆核心支援同時執行的多緒模式(Simultaneous Multithreading,SMT),最多能提供8個獨立硬體執行緒。值得注意的是,x86處理器發展多年,至今每顆核心最多能支援2個執行緒,但Power處理器在Power7,就能支援4執行緒,Power8、Power9、Power10均能支援8執行緒。

若要增添系統周邊裝置容量,Power E1080可搭配I/O擴充抽取盒(Expansion Drawer),以及硬碟儲存機箱。

基本上,每一臺系統節點最多可搭配4個I/O擴充抽取盒(透過在系統節點的PCIe 3.0插槽加裝CXP轉接卡,即可連接),目前IBM提供19吋的PCIe 3.0擴充抽取盒,每一盒提供12個PCIe 3.0介面插槽, 因此,每一臺系統節點最多可擴充48個PCIe 3.0裝置,整個Power E1080系統(4個系統節點)最多可擴充192個PCIe 3.0裝置。

至於硬碟儲存機箱,IBM目前提供EXP24SX SAS的機型,此款設備可安裝24臺2.5吋SAS傳統硬碟或固態硬碟。系統節點若要連接這類機箱,可在本身或連接的I/O擴充抽取盒安裝SAS介面卡。

產品資訊

IBM Power E1080
●原廠:IBM
●建議售價:廠商未提供
●機箱架構與尺寸:系統控制單元(2U),可搭配1到4臺伺服器節點(5U)
●處理器:4顆Power10(10、12、15顆核心)
●記憶體:64個DDR4插槽,最大容量為16 TB
●硬碟:4臺NVMe固態硬碟
●網路介面:4個GbE埠/4個GbE/10GbE埠/2個10/25GbE埠/2個100GbE埠
●擴充介面:8個PCIe 5.0

【註:規格與價格由廠商提供,因時有異動,正確資訊請洽廠商】

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