平衡性能与效能 Nehalem至强带来全新体验

服务器 芯片
XEON5500的发布,是intel的一个全新的里程碑,无论从性能还是架构上,迈出了踏实的一步,关于Nehalem至强处理器性能到底怎么样,感兴趣的朋友可以继续关注我以后的文章,将会给大家一个满意的答案。

在2009年第一季度的最后一天,Intel终于对外发布了XEON 5500系列CPU。这款产品传说已久,Intel在此前的各种技术论坛上也为其上市做足了铺垫,不断释出的信息在让广大用户欣喜不已的同时也吊足了大家的胃口,而今这款产品终于发布了,新的Nehalem架构究竟强大在什么地方,它与上一代“Penryn”架构的至强相比有着什么样的性能提升,我们现在终于可以一一揭晓答案了。

相信大家对上一代、代号为“Penryn”45nm 至强处理器已经相当熟悉,如至强5405、5410、5430处理器等都属于其范畴,凭借其优异的性能,超强的稳定性,在双路服务器平台中占据举足轻重的地位。 相看对AMD方面在服务器方面,由于代号巴塞罗的处理器缓冲器(TLB)出现了硬伤,导致了皓龙市场的严重损失,这不能说是AMDopteron的悲哀,其后的“上海”也是底气不足,而今intel再砸重拳,AMD将如何应对,我们拭目以待。

最新的XEON5500系列处理器,使用了不同以前的“geinestown”核心,采用了Nehalem架构,这个中文名被译为“尼黑勒姆”,也有人翻译成“你嗨了吗”。关于intel对开发代号的命名,都是采用周边小镇或者小山,或者小河的名称来做为其研发代号,这个我们不必深究。Nehalem处理器同样上一代的Penryn至强一样,都是采用了45nm的生产工艺,它属于第二代的45nm产品,但它却和上一代产品有着很大的区别。简单说来,Nehalem还是基本建立在Core微架构(Core Microarchitecture)的基础上,外加增添了SMT、3层Cache、TLB和分支预测的等级化、IMC、QPI和支持DDR3等技术。

Nehalem的核心部分比Core 微架构新增加的功能主要有以下几方面:
New SSE4.2 Instructions (新增加SSE4.2指令)
Improved Lock Support (改进的锁定支持)
Additional Caching Hierarchy (新的缓存层次体系)
Deeper Buffers (更深的缓冲)
Improved Loop Streaming (改进的循环流)
Simultaneous Multi-Threading (同步多线程)
Faster Virtualization (更快的虚拟化)

说了上面这些,只是表明了相对上一代架构的改进,新的XEON采用了全新的架构,全新的支持平台,以及全新的内存系统,和I /O系统,支持SSD硬盘。当然,性能表现方面,新的XEON有主要的三个大的改进的地方:

1:Intelligent  Performance            超强的性能
2:Automated  Energy  Efficiency       自动化能源控制
3:Flexible Virtualization             灵活的虚拟化技术

说了这些,XEON到底好在什么地方呢?下面,我就这3个方面逐一剖析:

1:Intelligent  Performance  超强的性能

首先,XEON5500系列集成内存控制器(IMC),说到这里,我们不得不把时间拉回到XEON 5300系列的时代,由于其竞争对手AMD在其K8架构时代,就集成了内存控制器,正因为如此,这大大的提升了AMD处理器的性能,这也成了AMD骄傲的资本,再来看看intel,CPU访问内存的延迟,大大的影响了XEOn产品的性能,所以在XEON 5400时代,intel开发了一种高速全缓冲内存技术,就是我们通常说的Fully-buffer DIMM,他是在内存上面加载了一个处理芯片,来提高与CPU交换的速度,从实际情况来看,这确实为解决之法,但是,从另外的技术方面,我都为intel捏了一把汗,这为治标不治本。从各大OEM厂商和使用者的回馈反应来分析:FBD内存发热量大,为此还穿上了金属的马甲,功耗也比REG  ECC内存高出许多。

集成内存控制器

从XEON5500开始,intel也借鉴了AMD的内存控制器(IMC)的做法,用比较客气的话,就是互相学习了,可悲的是,AMD当初为什么不把这个技术去申请一个专利啊。话说回来,intel和AMD这一对欢喜冤家,到底谁更强势一些呢?做为一个看客,我没有答案。

既然集成了内存控制器,当然CPU与内存之间直接连接,总比中间还有通过北桥芯片去沟通的好,所以,从主板的布局上、从工作的效率上来讲,这种方式更加合理。从上图我们可以更加形象的理解,上一代的CPu都是通过前端总线,来访问北桥,在通过北桥,来调集内存里面的数据,CPU―北桥-内存-北桥-CPU,一来一往,五个步骤,而今呢,CPU-内存-CPU,好处在那里―――傻子都看出来了。并且,上一代的两个处理器之间,也需要通过北桥芯片来连接。新一代的两个XEON至少还有21G的B/s的带宽呢。

在IntelXEON5500系列上集成了独立的DDR3内存控制器,较之以前的平台,大大提高了带宽(使用DDR3-1333可以达到32GB/s的峰值带宽,较之以前的平台具有四到六倍的带宽提升),显著地降低了内存延迟,从而提升了性能,为每个CPU提供了访问本地内存资源的快速通道。与前一代平台不同的是,每个CPu直接提供DDR3的3个内存通道,每个通道支持2-4条内存,所以最大支持到每个CPU接口96GB的DDR3内存容量,将来最大容量可以达到144GB,为高端的企业运算提供了强有力的内存支持。

集成了内存控制器,也不是没有坏处,XEON5500这一代CPU也只能支持DDR III的内存,也就是说失去了对内存搭配的灵活性,相对于性能方面的提升,这个坏处只是微乎其微。

Xeon5500平台使用QPI架构代替了原来的FSB架构,QPI是基于数据包传输,高带宽低延迟的点到点传输技术,速度可以最高达到6.4GT/s,远远高于原来基于FSB架构的数据带宽。当然,具体平台的实现中QPI连接数目可以根据目标市场和系统复杂性而有所不同,表现出极大的灵活性和扩展性。 这也终于终结了FSB的历史。

不过QPI也将会有三种规范,基础版本的XEON5504和XEON5506  QPI值达到4.8GT/S,二级缓存也只有4M(为什么比以前的缓存降低了不少,这个简单的答案,朋友们自己寻找吧。),而且在内存方面,只支持DDRIII  800 ,也不支持TURBO技术。相关其他的信息,大家可以根据下图了解。

不同规格的QPI总线

其次是超线程技术,超线程技术是在一颗CPU同时执行多个程序而共同分享一颗CPU的资源,理论上要像两颗CPU一样在同一时间执行两个线程,处理器需要多加入一个Logical CPU Pointer(逻辑处理单元)。而其余部分如ALU(整数运算单元)、FPU(浮点运算单元)、L2 Cache(二级缓存)则保持不变,这些部分是被分享的。

虽然采用超线程技术能同时执行两个线程,但它并不象两个真正的CPU那样,每各CPU都具有独立的资源。当两个线程都同时需要某一个资源时,其中一个要暂时停止,并让出资源,直到这些资源闲置后才能继续。因此超线程的性能并不等于两颗CPU的性能。

超线程技术

需要注意的是,含有超线程技术的CPU需要芯片组、软件支持,才能比较理想的发挥该项技术的优势。

再次是XEON的自动超频,Turbo Boost,(也叫涡轮推进技术),很多时候,CPU在处理数据或者在运行的时候,都达到了100% 的使用率,为了解决这个问题,在新一代的XEOn处理器中,可以自动实现2级超频功能,从原来频率基础上,增加2个133M的频率。

自动超频Turbo Boost

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不过,并不是所有的XEON都会支持这个功能,例如面对低端市场的XEON 5502和XEON5504,这两个型号的CPU,也将会有可能只有2个核心的版本,共享了4M二级缓存,也不支持超线程技术,从这方面来看,intel把改省的都省下了,呵呵。从中端的XEON E5506,到XEON E5540都支持了Turbo Boost。不同的是高功耗版本的XEON X5550,功耗达到了95W,它可以在使用2个核心的情况下,实现3级超频功能,也就是133M×3。例如XEON X5570本来频率是2.93G,如果四个核心同时使用,那么每个核心可以自动超频到3.2G;如果只使用了2个核心,那么这2个核心可以自动超频到3.33G运行。

2:Automated  Energy  Efficiency   自动化能源控制

在XEON5500以前,通常情况下,一个企业使用的服务器都是全天24小时运行,功耗基本上都是满负荷状态运行,在我们提倡节约能源的今天,这是一个巨大的浪费。不过,从这一代开始,处理器更加智能,能够根据使用时的状态,自动调节功耗。下面是一个企业一天中监测服务器的功耗情况图,可以看出在早上7点以前,晚上8点以后,功耗大大降低,为企业节省了不少的开支。

不同时段服务器的功耗并不相同

XEON 5400和XEON5500的对比情况:SPECpower_ssj2008是一个利用标准Java的JDK计算整体服务器性能,根据其中11个不同工作负载区域段的功耗得出服务器的工作负载/能耗比的测试方式。是一个较为客观的服务器的能耗标准:简单说来,这一切只与服务器的节能设计有关,也就是XEON5500的自动能源控制。

Nehalem架构的至强服务器明显在节能方面有更好的表现

3、Flexible Virtualization  灵活的虚拟化技术

早在2005年末,intel就开始在其处理器产品线中推广应用Intel Virtualization Technology(Intel VT)虚拟化技术。到目前为止目前,Intel已经发布了具有Intel VT虚拟化技术的一系列处理器产品,其中包括服务器/工作站平台上的Xeon LV系列、Xeon 5000系列、Xeon 5100系列、Xeon MP 7000系列。从2007年开始,虚拟化技术已经发展到了一个新的阶段,这时虚拟化实施的重点已经转移到了灾备、迁移以及负载均衡上,而7400系列凭借更出色的性能,更优秀的功耗控制,更完善的硬件辅助虚拟化技术,以及高可靠性和可用性,为用户的灾备、负载均衡提供了更强大、稳定的平台。 除此之外,英特尔还在强化了Flex-Magretion虚拟化技术。这一技术虽然在在Penryn里就已经实现,但是英特尔在XEON5500里得到了加强。相较于之前的英特尔VT技术,FlexMigration则更偏向传统对虚拟化技术的定义,这种技术可以让虚拟机上的应用在英特尔不同产品线的处理器上进行动态迁移,提高处理器使用率。新一代的XEON5500 平台上,包括了chipset芯片,还有network,都对虚拟化有了良好的支持,这使得整个服务器性能有了巨大的提升。

虚拟化也是Nehalem至强处理器重点关注的方面

当然,这一切还需要软件上面的支持,其中,我们常见的虚拟软件如:VMware,这是XEON 5400和XEON5500的在虚拟情况下的对比,大概有1倍性能提升。

虚拟哈性能大幅提升

从这一代XEON开始,intel又推出了CPU接口LGA1366,整整比上一代多出了600多个触点,整个CPU也比XEON5400大了许多,这好像和intel桌面处理器I7是一样。所以,对于上一代使用的散热器,也将不适合于这一代,如果有兴趣的朋友,可以花上一天时间来数数。

 

总而言之,XEON5500的发布,是intel的一个全新的里程碑,无论从性能还是架构上,迈出了踏实的一步,关于Nehalem至强处理器性能到底怎么样,感兴趣的朋友可以继续关注我以后的文章,将会给大家一个满意的答案。

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  1. 传英特尔Nehalem处理器本月底发布
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责任编辑:符甲 来源: pconline
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