Moduláris az Avoton, az Intel új szerveres Atomja

Bemutatta új generációs Atom processzorainak szerveres változatát az Intel. A C2000-es család az S1200-as Atomokat váltja, vadonatúj processzormagokkal és teljesen megújult integrált vezérlőkkel. Az Intel várakozásai szerint az új lapkák mintegy hétszeres sebességnövekedést hoznak, köszönhetően az egyszálú végrehajtás gyorsulásának és a több processzormagnak. A mikroszerverek piacát az Avoton kódnevű lapka, a kommunikációs eszközöket pedig a Rangeley célozza majd, ez utóbbi extra kripto-motorral rendelkezik.

Teljesen moduláris felépítés

Az Avoton fejlesztése mögött már az Intel új filozófiája állt, amely szerint a legtöbb áramköri egység moduláris, tetszés szerint (és tetszés szerinti számban) adható hozzá a lapkához. A modularitás a Silvermont mikroarchitektúrát használó processzormagokkal kezdődik, amelyek párban alkotnak egy egységet, közös, 1 megabájtos másodszintű gyorsítótárral. A Silvermont magok újdonságairól májusban írtunk részletesen, az Intel végre szakított az őskövület Bonnell-magok használatával, azokkal együtt kidobda az in-order végrehajtást és az az FSB adatbuszt is. Az Avoton az Intel módosított 22 nanométeres eljárásával (P1271) készül. Az első körben minden Avoton/Rangeley fizikailag nyolcmagos lesz, ezekből deaktivál a gyártó a megcélzott fogyasztás eléréséhez.

CI/CD-vel folytatódik az AWS hazai online meetup-sorozata! A sorozat december 12-i, ötödik állomásán bemutatjuk az AWS CodeCatalyst platformot, és a nyílt forráskódú Daggert is.

A Silvermont magok körül is teljesen megújult minden, a már említett moduláris filozófia szerint. A rendszerlapka gerincét három crossbar alkotja. Az első a Silvermont System Agent (SSA) része, amely a CPU-modulokat köti össze egymással (a Core processzorokban is használt IDI interfészen keresztül), a memóriavezérlővel és a középső crossbarral. A kétcsatornás memóriavezérlő DDR3 és DDR3L szabványú memóriákat támogat, 1600 MHz (effektív) órajelig, akár ECC-vel. A maximális támogatott kapacitás 64 gigabájt.

A második és harmadik crossbar az új Intel On-Chip System Fabric technológiát használja, amely az Intel saját, chipen belüli kommunikációs nyelve, ezt beszéli az összes nem-CPU modul. Az IOSF támogatja a PCI Express fejléceket és rendezési elveket, a szoftver felé pedig "hagyományos" PCIe-ként látszik, így külön fejlesztést a használata nem igényel.

A nagy sebességű IOSF-crossbarra a PCI Express 2.0-s csatornák csatlakoznak, 4x4-es elrendezésben, amely bármilyen konfigurációban (16, 8+8, 8+4+4, 4+4+4+4) kivezethetőek. A közepes sebességű IOSF-re csatlakozik az összes többi lapkára integrált modul, az SMBus, a SATA2 és SATA3 vezérlők, az USB 2.0 kontroller és a gigabites Ethernet is. Ez utóbbi egyébként igen érdekes implementáció, összesen 10 gigabites sebességet nyújt, amely azonban szétbontható 4x2,5 (félszabványos) csatlakozásra is. Ugyanide csatlakozik az Intel QuickAssist gyorsítója, amely az elterjedtebb titkosítási algoritmusok végrehajtásának terhét veszi le a CPU-ról, így az teljesítmény szempontjából "ingyen" van. Az Avoton a modern kommunikációs szabványok mellett néhány klasszikust is támogat (LPC busz, GPIO, SPI, IO APIC), így a lapka mellé gyakorlatilag bármilyen külső vezérlők párosíthatóak.

A közös kommunikációs platformként működő IOSF-re felfűzött modulok gyakorlatilag építőkockaként funkcionálnak. A megközelítés előnye, hogy elegendő az áramköri egységeket egyenként validálni, a végső konfigurációban erre nem kell annyi erőforrást fordítani. A másik előny, hogy igény szerint változtatható a lapka konfigurációja, minimális újratervezéssel készíthető például olyan processzor, amely mondjuk két USB-egységet tartalmaz, viszont nincs benne Ethernet-vezérlő. Felmerül a kérdés, hogy miért szükséges a kétszintű IOSF-implementáció? A válasz az energiafogyasztásban rejlik, a nagy sebességű változat működtetése értelemszerűen több áramot igényel, így ahová elegendő a lassabb is, ott érdemes azt használni.

Az ilyen építőkocka-filozófia az ARM-os világban már régen bevett gyakorlat, az Intel az Advanced Microcontroller Bus Architecture (AMBA) megközelítését tette magáévá. Az AMBA révén szinte tetszőleges CPU, GPU, DSP és egyéb elemek köthetőek össze, ezt a flexibilitást a gyártók maximálisan ki is használják egyedi lapkák tervezésénél. Azonban míg az AMBA különböző cégek szellemi termékeit is képes összekötni, az IOSF esetében egyelőre nincs szó arról, hogy az Intel lapkákon licencelt modulok kapnának helyet.

Nem csak szerverekbe

A mikroszervereken túl az Avoton/Rangeley család számtalan célgépben találhat helyet - mondja az Intel. Hálózati biztonsági célgépek, routerek, switchek, kapacitásorientált (cold) tárolók, hálózati kártyák vannak az Intel által megcélzott piacok listáján, a moduláris felépítésnek köszönhetően mindenikhez testreszabott lapkát tud a gyártó kínálni. A kapcsolódó gyártói szolgáltatások is testreszabottak, például a line cardhoz kínált lapkákra 10 éves megbízhatóságot vállal a cég, a switchekbe szánt modellekre pedig 7 éves folyamatos elérhetőséget. A megcélzott piacok közös igénye az alacsony fogyasztás és lehetőleg a passzív hűthetőség, a néhány wattos fogyasztású lapkákkal ennek az elvárásnak az Intel meg is tud felelni.

Részben a célgépes igényeknek köszönhető, hogy az Avoton különleges energiagazdálkodási képességeket kapott. A processzor ugyanis terhelés mellett folyamatosan ki tudja használni a hőkeretet, a fogyasztást pedig dinamikusan osztja szét az áramköri elemek között. Azonban míg az Intel nagyobb processzoraiban ez csak a CPU-magok illetve a GPU között működik, az Avoton az integrált vezérlők fogyasztását is figyelembe veszi. Így például ha az IO-t nem terheljük, magasabb lehet a CPU órajele.

Az Avoton a konzumer Silvermontoktól is eltér, a gyártó szerint a szerverekben más az energiagazdálkodási prioritás. Míg a fogyasztói piacra szánt lapkák esetében elfogadható a néhány tized- vagy századmásodperces késlekedés, amíg a processzor a mélyebb alvásból felébred, ez egy hálózati eszköz esetében elveszett csomagokat jelenthet. Ennek megfelelően az ébredési késleltetések az Avoton esetében sokkal kisebbek, cserébe az üresjárati fogyasztás is valamivel magasabb. Ebben a tekintetben az Avoton sokkal közelebb áll a Xeonokhoz, ahol hasonló prioritások mentén működik az energiagazdálkodás.

Megelőző csapás doktrínája

Az ARM Holding hosszú ideje ígéri a versenyképes szerveres processzorok eljövetelét. Az igazi áttörés ebben a tekintetben a Cortex-A57 lesz. A processzormag és a hozzá kapcsolódó ARMv8 utasításarchitektúra (ISA) támogatja a 64 bites memóriacímzést, így megszűnik a memória mennyiségére vonatkozó korlátozás. A magokat és a mellé licencelhető egyéb áramköri elemeket az ARM kifejezetten a magasabb teljesítményre és szerveres feladatokra hangolta, a fentebb említett inteles fejlesztések egy része visszaköszön majd az ARM-os szerverlapkákban is.

Az ARM-os lapkák nagy hátránya jelenleg, hogy csak korlátozott támogatással rendelkeznek szoftveres oldalon. A megcélozott piacon szinte egyeduralkodóak a szabad szoftverek (pontosabban a szabad szoftvereken alapuló kereskedelmi szoftverek), amelyek viszonylag könnyen fordíthatóak újra ARM-ra. Nagyobb problémát okoz az alacsonyabb szintű szoftverek, virtualizáció, operációs rendszerek viszonylagos kiforratlansága ARM-on, amely még évekig visszatartó erő lehet.

Az Intel emiatt úgy döntött, hogy nem játszik kivárásra, nem adja meg az időt az ARM kiforrására és agresszíven belép az alacsony fogyasztású szerveres processzorok piacára. Az első generációs Atomon alapuló Centertonok inkább kísérleti próbálkozásnak számítottak, az Avoton fejlesztését azonban véresen komolyan vette a gyártó. Az Avoton célja egyszerűen megfogalmazható: eltüntetni az ARM egyetlen igazi versenyelőnyét a mikroszerveres piacon. Ha az Intel fogyasztásban (és teljesítmény/fogyasztásban) tudja hozni a Cortex-A57 szintjét, akkor az ARM-ra portolás okafogyottá, az emberes feladat elvégzése lényegében feleslegessé válik.

A piac persze így is győztesen került ki a történetből, az ARM fenyegetése és a hipotetikus versenyhelyzet az Intelt rákényszerítette hogy komolyan vegye a mikroszerveres szegmenset és új termékekkel szolgálja ki az igényeket. Az Avoton igen látványos előrelépés a Centertonhoz képest, ennyit már elért az ARM puszta létezése.