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    • 如何應(yīng)對數(shù)據(jù)中心用戶新需求?
    • 可擴展性、靈活性是下一代CPU關(guān)鍵
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捍衛(wèi)數(shù)據(jù)中心CPU王座,英特爾下一代創(chuàng)新架構(gòu)揭秘

2023/08/30
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AI正在顛覆傳統(tǒng)算力市場。面向高性能、低能耗、多樣負載的數(shù)據(jù)中心新需求,如何打造一個高度通用的平臺,同時最大限度提高計算性能、降低功耗,成為英特爾鞏固數(shù)據(jù)中心CPU王者地位的關(guān)鍵。

一年一度的芯片頂會Hot Chips期間,英特爾揭秘了下一代數(shù)據(jù)中心CPU,可以看到,英特爾至強可擴展至強處理器正通過逐代升級,堅守AI時代的最佳CPU寶座。從英特爾官方釋出的信息來看,下一代至強引入了新的體系結(jié)構(gòu),在內(nèi)存和I/O方面都進行了設(shè)計改進。

如何應(yīng)對數(shù)據(jù)中心用戶新需求?

AI時代的數(shù)據(jù)中心用戶需求主要體現(xiàn)在以下四方面:對高性能單核CPU的需求持續(xù)增加;對提供更高密度和每瓦性能的CPU核需求不斷增長;新的工作負載,要求CPU核在性能、效率和密度之間進行權(quán)衡;擴展的模型部署需求,帶來功耗、I/O、帶寬和內(nèi)存的增長。

這給數(shù)據(jù)中心CPU帶來哪些挑戰(zhàn)?最突出的問題就是,數(shù)據(jù)中心工作負載用例類型被極大地拓展了,既有計算密集型&AI工作負載,也有高密度和橫向擴展的工作負載,以及一般用途的工作負載。針對這些需求,英特爾在通用的平臺基礎(chǔ)和共享的軟件堆?;A(chǔ)之上,通過性能核(P-core)針對計算密集型和AI工作負載的性能進行了優(yōu)化,能效核(E-core)針對高密度和橫向擴展工作負載的能效進行了優(yōu)化。也就是說,將于2024年推出的下一代服務(wù)器平臺引入了全新的E-core,與已有P-core架構(gòu)并存,共同為關(guān)鍵工作負載提供更好的性能和能效。

可擴展性、靈活性是下一代CPU關(guān)鍵

在新的架構(gòu)體系下,“靈活性”被貫徹得很徹底,chiplet技術(shù)和EmiB封裝在其中發(fā)揮了重大作用。從下面框圖可以看出,多個獨立的計算chiplet和I/O chiplet,通過EmiB封裝(英特爾的2.5D先進封裝技術(shù))在單一芯片中進行了集成,這種方式使得芯片結(jié)構(gòu)更為靈活,實現(xiàn)了通用IP、固件、操作系統(tǒng)、平臺的有機整體,也再一次顯現(xiàn)了英特爾在計算架構(gòu)和封裝技術(shù)上的累積效應(yīng)。

未來的至強處理器(代號為Granite Rapids)引入了一種新的體系結(jié)構(gòu),包括在內(nèi)存子系統(tǒng)、I/O等方面的創(chuàng)新。與之前的產(chǎn)品相比,該體系結(jié)構(gòu)的邏輯單片計算集群提供了更好的每瓦性能和每線程性能,提供了必要的可擴展性、能效、性能和多功能性。

Granite Rapids專為多核性能敏感型工作負載和通用計算工作負載提供更好的TCO而優(yōu)化。并且在AI性能方面,Granite Rapids通過內(nèi)置的加速器能夠為目標工作負載提供顯著的性能和效率提升。具體表現(xiàn)如下:

混合AI工作負載性能提高2-3倍(基于截至2023年8月21日的架構(gòu)預(yù)測,與第四代英特爾至強可擴展處理器相比);
增強的英特爾AMX支持新的FP16指令;
針對計算密集型工作負載提供更高的內(nèi)存帶寬、核心數(shù)和緩存;
插槽可擴展性,支持從一個插槽擴展至八個插槽。

代號為Sierra Forest的E-core至強處理器,是英特爾的首款E-core處理器,也將是首款采用Intel 3制程工藝的CPU。它在新的架構(gòu)下,能夠提供密度優(yōu)化的計算性能達到節(jié)能目的,這對云原生和超大規(guī)模工作負載尤為關(guān)鍵。具體表現(xiàn)如下:

機架密度提升2.5倍,每瓦特性能提高2.4倍;
支持1路和2路服務(wù)器,每個CPU最多可達144核,TDP低至200瓦;
領(lǐng)先的指令集,具備強大的安全性、虛擬化和AI擴展的AVX;
每個至強可擴展處理器均標配的基本內(nèi)存RAS功能,如機器檢查、數(shù)據(jù)緩存ECC。

據(jù)介紹,Sierra Forest計劃于2024年上半年交付,Granite Rapids也將緊隨其后。

此外,根據(jù)官方消息,代號為Emerald Rapids的第五代英特爾至強可擴展處理器已向客戶提供樣品,并計劃于2023年第四季度發(fā)布。從披露的信息來看,這一系統(tǒng)級芯片具備增強的可擴展性和靈活性。其創(chuàng)新架構(gòu)提供兩種不同的插槽兼容處理器,使客戶能夠便捷處理大多數(shù)工作負載,且可互換使用,從而實現(xiàn)更高性價比。主要的技術(shù)特點包括:

性能核和能效核基于共享IP、固件和操作系統(tǒng)軟件堆棧;
高速DDR和全新高帶寬MCR DIMMs;
全新英特爾Flat Memory技術(shù)支持在DDR5和CXL內(nèi)存之間進行硬件管理的數(shù)據(jù)傳輸,使總內(nèi)存容量對軟件可見;
CXL 2.0支持所有設(shè)備類型,并兼容CXL 1.1;
領(lǐng)先的I/O,最多可達136條PCIe 5.0/CXL 2.0通道和最多六個UPI鏈路。

未來CPU需要多維創(chuàng)新

作為英特爾的王牌產(chǎn)品,英特爾至強可擴展處理器實現(xiàn)了一個又一個里程碑。據(jù)英特爾公司副總裁兼至強產(chǎn)品和解決方案事業(yè)部總經(jīng)理Lisa Spelman介紹,英特爾近期出貨了第一百萬片第四代英特爾至強可擴展處理器,數(shù)據(jù)中心產(chǎn)品路線圖和產(chǎn)品也都在按計劃如期推進。

在今年3月的一場投資者會議上,英特爾執(zhí)行副總裁兼數(shù)據(jù)中心與人工智能事業(yè)部總經(jīng)理Sandra Rivera表示,五年后,數(shù)據(jù)中心芯片市場的規(guī)模將達到1100億美元,是去年英特爾投資者大會上所預(yù)期市場規(guī)模的兩倍左右。

究其原因,實際上是不斷變化的數(shù)據(jù)中心市場格局擴大了針對CPU的需求,或者說,數(shù)據(jù)中心對計算的需求正在刷新。以往,業(yè)界常常通過CPU的出貨量來衡量市場規(guī)模。而現(xiàn)在,插槽數(shù)量并不能完全反映芯片創(chuàng)新為市場帶來的價值。如今,創(chuàng)新涉及多個維度,包括提高CPU內(nèi)核的密度、使用芯片中的內(nèi)置加速器,以及使用獨立加速器等,這些都一一在英特爾的至強處理器中得到了體現(xiàn),也成為未來創(chuàng)新的關(guān)鍵驅(qū)動力。

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