PC上的ARM：功率還是效率？

正如人們普遍預(yù)期的那樣，蘋果最終宣布放棄英特爾CPU。在技術(shù)的過渡階段，蘋果在庫比蒂諾將該芯片項(xiàng)目稱為Apple Silicon。這樣，作為知名品牌，Apple將其業(yè)務(wù)擴(kuò)展到了CPU，而且是基于ARM架構(gòu)的處理器，由TSMC制造，該公司生產(chǎn)的芯片幾乎滿足了IT領(lǐng)域的所有知名人士的要求。

隨著蘋果的高調(diào)加入，ARM又獲得了一次“勝利”。實(shí)際上，高性能計(jì)算的“新巔峰”也是基于ARM處理器的。最近，富士通（Fujitsu）設(shè)計(jì)的超級(jí)計(jì)算機(jī)Fugaku，憑借峰值功率將近514 petaflops的算力，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了競爭對(duì)手，成為本年TOP500超算的冠軍。值得注意的是，作為一個(gè)時(shí)代的標(biāo)志-第一臺(tái)基于Intel的超級(jí)計(jì)算機(jī)僅排在第五位，算力約為101 petaflops。 ARM處理器在移動(dòng)領(lǐng)域的主導(dǎo)地位一直是無可爭議的。而Fugaku在HPC領(lǐng)域的成功給那些一直認(rèn)為ARM可以征服服務(wù)器世界的人們帶來希望。

PC上的ARM：功率還是效率？

讓我們從PC世界開始，以Apple為PC和服務(wù)器的ARM芯片制造商的假設(shè)模型。并將其與其他鮮為人知的服務(wù)器領(lǐng)域的ARM CPU制造商進(jìn)行比較。蘋果已經(jīng)表示，每消耗一瓦特的功率，蘋果硅處理器具有很高的功率，但從未宣稱它們將成為純功率的怪物。因此，注意力轉(zhuǎn)向了計(jì)算能力和能耗之間的關(guān)系。這一主題在移動(dòng)世界中得到了很好的解決，但在PC世界中卻一直很艱難。 許多技術(shù)觀察家指出，對(duì)于蘋果公司，ARM在移動(dòng)領(lǐng)域廣泛使用的Big.Little風(fēng)格方法在PC領(lǐng)域已被“淘汰”。即生產(chǎn)混合CPU：具有許多核心，分為兩種類型。一些功能強(qiáng)大但消耗量很大，而其他一些能耗較低但性能也不是很強(qiáng)大。Big.Little模型提供了僅在執(zhí)行非?？量痰墓ぷ髫?fù)載時(shí)才激活功能最強(qiáng)大的內(nèi)核。在其余情況下，將使用消耗較少能量的內(nèi)核。 相反，傳統(tǒng)方法將所有核心視為“通才”。最多可以變化的是活動(dòng)核心的數(shù)量和峰值工作頻率（對(duì)于Intel Turbo Boost等系統(tǒng)）。總體而言，這些情況下的能源效率較低。面向混合CPU的方法是否可以在甚至必須執(zhí)行苛刻工作負(fù)載的功能強(qiáng)大的PC上運(yùn)行？服務(wù)器呢？業(yè)界一直被這些所困惑。

圖：2020年6月Top500排名的第一部分

這完全取決于具有混合CPU的PC或服務(wù)器的功能。隨著處理負(fù)載的增加，“性能”內(nèi)核變得越來越普遍，因?yàn)樗鼈兪沁\(yùn)行時(shí)間最長的內(nèi)核。因此，如果我們?cè)O(shè)想PC或服務(wù)器長時(shí)間承受大量負(fù)載，則低能耗內(nèi)核幾乎消失了。實(shí)際上，我們回到了傳統(tǒng)的運(yùn)營模式。因此，混合型CPU 對(duì)于通用計(jì)算機(jī)，筆記本電腦或臺(tái)式機(jī)似乎是合理的。服務(wù)器？少得多。

數(shù)據(jù)中心的疑問

Fugaku的首要地位能否為ARM在服務(wù)器領(lǐng)域的普及提供積極信號(hào)？它本身當(dāng)然是一個(gè)有趣的事件。但是，很難說可以從中再次推斷出什么。與實(shí)際上似乎相當(dāng)穩(wěn)定的方案相比：那些對(duì)擁有ARM服務(wù)器感興趣的人已經(jīng)擁有了它們，其他人則留在了窗外。 Fugaku發(fā)送的信息是，對(duì)于ARM世界來說，專注于采用多核的方法是多么重要。Fugaku擁有730萬核。舉一個(gè)鏈接到更多標(biāo)準(zhǔn)ARM服務(wù)器（經(jīng)典的兩個(gè)插槽機(jī)架模型）的示例，Ampere的服務(wù)器基于80核Altra CPU，而128核的Altra Max 處理器也將與今年年底問世。 擁有這么多內(nèi)核并不一定意味著要在地面上投入如此多的力量。必須充分利用所有可用內(nèi)核，以提高效率。因此，它們必須支持高度并行的應(yīng)用程序。要么是因?yàn)樗鼈儽辉O(shè)計(jì)為具有它，要么是因?yàn)樗鼈冊(cè)诳梢灶A(yù)見的環(huán)境中運(yùn)行。就像由大量容器管理的云原生應(yīng)用程序。 同時(shí)保持?jǐn)?shù)十個(gè)或數(shù)百萬個(gè)內(nèi)核繁忙并不容易。除了工作負(fù)載并行性之外，還需要一些機(jī)制和技術(shù)，以使內(nèi)核本身不會(huì)競爭訪問諸如內(nèi)存和存儲(chǔ)之類的“慢”資源。此外，具有許多內(nèi)核的處理器仍然很昂貴，并且在數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域，這并不是節(jié)能的天才。 綜合考慮所有這些因素，并理解為什么AMD比英特爾更青睞多核，并且在芯片設(shè)計(jì)上似乎更加保守。傾向于“依靠”大量支持其處理器的GPU內(nèi)核。相比之下，ARM解決方案本身更多地以CPU為中心。 應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，對(duì)于意大利人來說，2020年6月的Top500排名是不錯(cuò)的選擇。現(xiàn)在，在十大超級(jí)計(jì)算機(jī)中，有美國和中國系統(tǒng)。這次也有兩個(gè)意大利的。ENI的HPC5在第六位-使其成為歐洲最強(qiáng)大的超級(jí)計(jì)算機(jī) -和Cinoni的馬可尼-100在第九。因此，意大利是唯一在前十名中擁有兩臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)的歐洲國家。
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