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在Intel伺服器等級的Xeon處理器當中,過去幾年一直以E3、E5、E7這三個系列,來區隔不同的運算應用需求,主要對應單路、雙路與四路以上的處理器配置(E5還有針對單路與四路的系列)。今年3月,Intel推出了Xeon D系列的系統單晶片處理器(研發代號Broadwell-DE),在既有的Atom C2000系列系統單晶片處理器(SoC),以及Xeon E3系列處理器之間,創造了新的產品線。

但當時這系列處理器推出時,只有兩款可選──8核16緒的XeonD-1540,以及4核8緒的XeonD-1520,採用14奈米製程、Broadwell微架構,搭配的是新一代的Grangeville平臺。而且,可支援Xeon D-1500系列處理器的伺服器廠商,Intel表示,將有50家以上的廠商設計相關的系統,75%是應用在網路、儲存與物聯網等領域,25%是用作微型伺服器,當中有Cisco、HP、NEC、雲達(QCT)、中科曙光、Supermicro。

然而,後來在市面上能看到相關的伺服器產品,並不多。當時,我們僅看到系統廠商Supermicro推出主機板及伺服器──1U機架式5018D-FN4T、迷你直立式5028A-TN4、模組化微型伺服器MBI-6218G-T41X。

到了9月,Intel正式發表基於下一代微架構Skylake的新款處理器,當時最受到矚目的是針對個人電腦應用的第6代Core系列,也有主打單路伺服器與工作站定位的Xeon E3 v5系列,推出近半年的XeonD系列則按兵不動。

根據Intel公布的產品發展藍圖來看,XeonD系列後續並未有其他接替的產品,這也讓人以為該系列的新品若要推出,時間應該會是2016年之後,而且採用的微架構應該是Skylake。

結果隔沒多久,在2015年即將進入尾聲的11月,Intel新發表多達8款Xeon D系列處理器,以及4顆Pentium D系列處理器,而且採用的仍是Broadwell微架構。乍看之下,新推出的Xeon D系列並非採用最新的微架構,不過與Skylake同樣14奈米製程的它們,比起採用Haswell架構、22奈米製程的Xeon E5 v3系列和E7 v3系列,還是更為先進一些。

 

Xeon D整合網路介面與晶片組

Intel在2015年推出了Xeon D系列的處理器,這是該公司首度推出的伺服器級系統單晶片(SoC),當中結合了記憶體控制器、網路晶片、系統晶片組,以及I/O控制能力。(圖片來源/Intel)

 

大幅提升網路與記憶體規格:整合2個10GbE,記憶體可到128GB

從硬體規格來看,Atom C2000與Xeon D,兩個系列系統單晶片之間最顯著的差異,在於整合的網路介面,以及系統可搭配的最大記憶體容量。

以網路連線能力為例,Atom C2000系列可為系統提供4個1GbE埠或2.5GbE埠,而Xeon D系列可提供2個10GbE埠(可相容於1GbE埠和2.5GbE埠),網路介面數量雖然變少了,但整個系統的網路總頻寬高出1倍。

兩者的另一個不同之處,是系統記憶體支援的類型與容量上限。Atom C2000系列的系統主要搭配DDR3規格的記憶體,最高容量是64GB;而Xeon D系列可搭配DDR4規格的記憶體,最高容量是128GB──在年底發表Xeon D時,Intel默默新增了DDR3L的記憶體搭配選擇,因此Xeon D系列處理器可同時支援兩種記憶體規格。

Xeon D系列支援更大容量的記憶體,顯然是為了拉開與Xeon E3 v5系列、第6代Core i3/i5/i7系列之間的差距。在過去,Xeon E3系列、高階Core i7系列最多可支援到32GB記憶體,而到了2015年9月Intel推出的新一代Skylake處理器,其中的Xeon E3 v5系列與針對桌上型電腦用途的Core i3/i5/i7系列,都支援到64GB記憶體,若Xeon D系列處理器跟現行的Atom C2000系列一樣,就無法繼續突顯本身特色,因此支援更大的記憶體容量,似乎勢在必行。

Xeon D系列處理器平臺對於周邊存取介面的規格,也大大提升。例如,系統匯流排終於支援PCIe 3.0,而且,PCIe線道數量上限,也比Atom C2000系列多了1倍,可到32條;外接USB裝置的介面也支援3.0的規格,並可配置到8個。

 

Xeon D系列的發布時程橫跨2015與2016年,即將推出16核心

在Intel的產品時程上,Xeon D系列會有三波發布。2015年初,由D-1540和D-1520打頭陣,年底則釋出11顆處理器,當中的D-1541、D-1531、D-1521是針對伺服器與雲端儲存的應用,其餘則是網路設備與企業級儲存系統;到了2016年,該公司預計推出12核和16核的處理器。(圖片來源/Intel)

 

定位趨於明朗,針對網路、儲存、物聯網等邊際應用而來

目前Intel處理器的應用類型非常多,涵蓋伺服器、嵌入式系統、個人電腦等領域,就單路的伺服器與嵌入式設備而言,主要有Xeon E3系列、Atom C2000系列,然而,系統實際搭配的處理器不僅止於此,市面上就有廠商在自家整合的伺服器或應用設備上,搭配個人電腦等級Core i3/i5/i7、Pentium處理器。如今又多了一個Xeon D,也讓人好奇Intel看待這系列產品的定位

就Intel目前官方公布的產品發展藍圖上,Xeon D系列被歸類在系統單晶片的類型當中,而且由於效能比起同屬這類型應用Atom C2000系列,要高出好幾倍,所以,顯然Xeon D的定位是針對有更多效能需求的系統上。

例如,Intel在今年初發表Xeon D時,Intel強調若系統搭配的是該系列的8核心處理器,所得到的效能,相當於搭配Atom C2750(8核心)系統的3.4倍,就每瓦效能而言,Xeon D系統是1.7倍。

而在2015年底發布的多款Xeon D處理器上,Intel提供了更多效能測試項目的比較數據。他們以搭配Atom C2750的系統作為基準,表現最好的是儲存應用,在iSCSCI SAN環境下的小規模交易型I/O作業下,Xeon D最高可提供6倍效能;其次是網路,在VPN環境應用的IPsec封包轉送上,可提供5.4倍效能;若當做一般伺服器來用,以網站伺服器而言,可取得3.6倍效能。

 

Xeon D-1500處理器元件架構剖析

Xeon D-1500系列處理器內建記憶體控制器,可支援雙通道,並相容於DDR3L和DDR4這兩種規格。以容量而言,Xeon D-1500系列處理器最多可搭配128GB──4隻RDIMM規格的32GB記憶體,若是UDIMM或SODIMM規格,系統最大支援單隻16GB的記憶體。

此外,這批處理器最大支援32個PCIe線道,其中24個是PCIe 3.0的規格,由6個控制器統籌,其餘8個是2.0規格,各自搭配1個控制器。在USB介面的配置上,也有3.0和2.0之別,均提供4個。

若就處理器的配置而言,Xeon D-1500系列是14奈米製程,最多可容納16顆核心,而且每顆核心都各自搭配1.5MB的L3快取記憶體。(圖片來源/Intel)

 

Xeon D-1500處理器平臺架構總覽

從軟硬體的整合角度來看,Xeon D-1500處理器平臺可透過PCIe介面,與8900系列通訊晶片組互通,以及運用內建的2個10GbE網路介面,連接交換器,這些都會由進階I/O單元來控制。其中,Xeon D-1500處理器如果能搭配Intel的8900系列通訊晶片組,伺服器或應用設備端即可額外運用QuickAssist的加速處理技術,並將原本由處理器所執行的資料壓縮與加解密的工作,卸載到8900系列通訊晶片組上,最高可處理到50Gbps的流量(系統需搭配8955晶片組)。

與記憶體的連接上,則是由Server Uncore單元(或稱為System Agent)來處理。

除此之外,還需要搭配軟體,例如韌體、BIOS、驅動程式,這些是由Intel提供。(圖片來源/Intel)

 

趁勢引進新的儲存與網路加速技術

在年底Xeon D-1500系列發表的同時,Intel也順勢公布了更多一些新的加速技術。

在儲存的應用上,該公司透過新推出的儲存加速函式庫ISA-L(Intel Storage Acceleration Library),提升Xeon D系統對於資料的存取速度。

ISA-L主要運用了Intel近期處理器所強調的幾個指令集,例如可提升加解密處理效率的AES-NI,強化向量處理的AVX與AVX2,以及發展多年的SSE(Streaming SIMD Extensions)。而能協助的儲存應用型態,主要有硬碟陣列所需的RAID、錯誤更正編碼(Erasure Coding)、循環冗餘校驗(CRC)、雜湊處理時所應用的Multi-buffer Hashing(MbH),以及加密、壓縮。

此外,Xeon D系統也可配合Intel所提供的軟體開發套件──DPDK(Data Plane Development Kit),以及SPDK(Storage Performance Development Kit),來加速網路與儲存應用效能。

 

搭配DPDK套件強化網路傳輸能力,提供更強大的封包轉送效率

近年來Intel積極鼓吹使用DPDK(Data Plane Development Kit)開發套件,它能用來加速網路封包處理,而Xeon D系列也能與其相互配合,加速網路傳輸能力。根據Intel的測試,若用於L3封包轉發處理的情況下,Xeon D系統獲得的效能是Atom C2758系統的3.09倍,若用於VPN網路環境下,Xeon D系統可得到5.4倍效能。(圖片來源/Intel)

 

可運用SPDK套件加速儲存應用效能,比核心驅動程式增添更多最佳化機制

採用Xeon D系列處理器的伺服器或設備,現在可搭配Intel的儲存效能開發套件SPDK(Storage Performance Development Kit),提升系統整體儲存效能。根據Intel的內部測試,若伺服器搭配多臺NVMe固態硬碟,並改用SPDK驅動程式下,能比核心驅動程式提供更佳的效能(在4臺固態硬碟組態時,用SPDK驅動程式的設備得到的效能,幾乎是用核心驅動程式系統的5倍)(圖片來源/Intel)

 

因應工業等級需求,提供更多特色

這些效能大幅提升的成績,看得出來Intel想要吸引儲存與網路廠商的關注,希望他們能推出採用Xeon D系列處理器的應用設備,除此之外,Intel也想將這批處理器與物聯網應用送做堆,例如,在工業、軍事與航太領域裡面,若IT系統的設計需要滿足高密度、高效能,卻有散熱量限制等條件,即可運用Xeon D處理器平臺來達到效果。

這類產品形態也很多變,像是AdvancedMC 擴充子卡、CompactPCI介面卡、COM Express嵌入電腦模組。

以高密度而言,Xeon D系列支援伺服器虛擬化技術,可用於將多種工業應用設備整併到單一設備上,而不需為了不同工作需求而搭配專屬設備,如此能減少廠房的樓地板空間佔用,也有助於降低系統的設計與開發成本,例如,可程式化邏輯控制器(PLC)、動作控制設備、航空電子控制器設備,就需要這樣高密度的方案。

而且,Intel也強調Xeon D系列具有7年的供應期,以及長達10年的可靠度,來符合物聯網設備的需求。對於適用溫度,基於Xeon D系列處理器的設備能忍受的範圍,也比一般處理器要廣泛,可在零下40度到85度之間的環境使用。

採用Xeon D系列的產品大幅增加

就實際搭配Xeon D系列處理器的產品而言,跟著Intel在11月推出時發表的設備,也比2015年初發表時要多了不少。

 微型伺服器 

10月底,永擎(ASRock Rack)就搶先發表兩款主機板D1540D4U-2T2O8R、D1520D4I;而在Intel發表Xeon D系列當天,雲達推出QuantaGrid SD1Q 1ULH的1U伺服器,主要針對的應用需求是支援橫向擴展使用規模(scale-out)的混合式儲存系統,同時又要滿足超高密度的設備部署方式。

NEC也在同日宣布推出DX2000的微型伺服器。在單臺機箱中,DX2000可容納44臺伺服器節點;若放在42U高機櫃,能置入13臺機箱,提供572臺節點,而每臺節點的處理器可搭配Xeon D-1527或D-1541。不過,這套伺服器方案目前僅在日本販售。

隔兩天,Supermicro也宣布新推刀鋒伺服器模組2款、主機板10款,以及迷你直立式伺服器、1U伺服器、3U尺寸8節點伺服器各1款。

泰安(Tyan)則在1週後的美國超級電腦展期間,推出針對Xeon D系列處理器平臺的嵌入式主機板S5539。

而根據Intel所公布的資料,HPE和浪潮也有意推出Xeon D微型伺服器。

 儲存設備 

採用Xeon D系列的儲存設備,目前確定的有普安EonStor DS 4000 Gen2,另一家Cloudian也宣布旗下的軟體定義儲存HyperStore 5.2版通過驗證,可搭配Xeon D-1500系列平臺使用。除此之外,Intel預告HPE、IBM、NetApp、威聯通、群暉、喬鼎、廣盛等廠商,也將推出基於Xeon D的儲存產品。

 網路設備與物聯網設備 

至於,網路設備與物聯網裝置也是Xeon D系列處理器所要主打的領域,也有一些廠商推出相關產品。

例如,智邦集團旗下的Edge-Core,在2015年新推的100GbE資料中心等級交換器當中,就提供了Xeon D系列處理器的搭配選項。而且該批產品亮相的時間相當早──在該年6月舉行的臺北國際電腦展期間,就展出了AS7700-32X,10月趕在SDN & OpenFlow World Congress大會前,續推另一款AS7500-32X。

11月初,Juniper Network針對軟體定義網路(SDN)與網路功能虛擬化(NFV)應用,推出了NFX250 Network Services Platform設備,該產品也採用了6核心的Xeon D處理器。

研華(Advantech)推出了垂直式伺服器模組(Versatile Server Module)MIC-8304、中階網路設備FWA-3260,以及兩款電信級伺服器──CGS-3010(1U尺寸機箱)和Packetarium XLc PAC-6009(刀鋒機箱),主要也是為了網路功能虛擬化。

趕在Intel發表Xeon D之前,研揚(Aaeon)推出了FWS-7520的網路安全設備,可搭配該系列處理器,其特色是能透過網路介面模組的擴充,提供多達27個網路埠(根據該公司目前公布的規格,最多可擴充到38個網路埠)

接著,新漢(Nexcom)也發表了NSA 5160的網路應用設備,由於這款產品採用Xeon D-1500系列處理器,能將記憶體擴充到128GB,而且,這臺1U設備最多提供10個網路埠(8個銅線埠加2個光纖埠),可作為防火牆、入侵防禦系統或UTM,因應中小企業安全防護需求。

在物聯網設備上,凌華(Adlink)發表了兩款基於Xeon D系列的產品──CompactPCI型態的處理器模組cPCI-6940,以及強固型處理器模組VPX3010。它們鎖定的應用類型,主要是軍事與交通運輸的系統,這些伺服器或應用設備會在很嚴峻的條件下運作,例如溫濕度變化大、空間非常寶貴。

除了上述廠商,對於會推出採用Xeon D-1500系列的網路設備與物聯網設備,Intel還列出不少公司,像是Brocade、明泰(Alpha Networks)、威強電(IEI)、Nokia等。


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