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全新英特尔至强E5 v4系列处理器解读

2016-06-03特约作者 张山《微型计算机》2016年5月上

任务分配更智能——资源直配技术RDT浅析

英特尔的至强 E5-2600 v4宣称“为云而生”,除了其强大的性能和众多核心数量外,全新技术的加入使得它更能够体现云端优势。在至强 E5-2600 V4上,Resource Director Technology也就是RDT技术的加入堪称“为云而生”。

所谓RDT技术,是指对处理器任务更为精细的调整。我们知道,云端应用基本上都是以虚拟机的方式存在的,一个处理器中可能需要运行大量的虚拟机执行完全不同的任务,这些任务之间如何调整性能分配,就是一个比较重要的问题。在IaaS领域,基础IT资源对上层应用需求的自动化协同是非常重要的,这个过程往往被称之为“编排”。但是问题在于,这种编排的粒度是非常粗的,最多就止步于虚拟机逻辑资源的供给。对一些要求更高的任务而言,如何保证资源的倾斜和有效的供给并保证任务的顺利完成,就显得非常重要,尤其是处理器缓存这样敏感而极为稀缺的资源,很多编排层是无能为力的。在这种情况下,英特尔推出了RDT技术,希望可以解决这个问题。

RDT技术有四个功能模块,分别是CMT缓存监测技术、CAT缓存分配技术、MBM内存带宽监测技术、CDP代码和数据分区技术。配合这四大技术,RDT就可以直接调整线程(逻辑处理器),相当于给虚拟机的虚拟处理器分配真是的CPU资源,然后再由编排软件进行缓存的调控。结合CMT和CAT,缓存可是做到实时监测和使用,能够让处理器的资源向虚拟机中最重要、最紧迫的任务分配。在实际处理过程中,RDT可以为每一个线程分配一个资源监测ID,这个ID可以用来监测每个线程的内存带宽,CAT也为每个线程准备了16个优先级,用户可以通过分配不同的优先级来保障任务的进行。进一步来看,目前的至强 E5-2600 V4做到了对缓存的分配使用,并加入了对内存带宽的监测,下一代处理器中,英特尔可能加入对内存带宽的分配和使用,这样一来无论缓存还是内存带宽,都可以处在用户的监控和分配下,对云端应用的响应速度和优先排序都能给予极大的帮助。

RDT的出现,使得云端应用能够更为方便智能的获取硬件资源,而不是像以往那样被动的排序等待。利用RDT,用户可以制定更为惊喜的服务质量体系,并且可以设定更为实际的云平台服务等级协议等,这对目前快速发展的云应用具有相当重要的商业意义。

RDT功能带来了更智能的任务分配。 

RDT功能带来了更智能的任务分配。

RDT功能带来了更智能的任务分配。

虚拟化增强——云端应用更强大

至强 E5-2600 v4在云端优化方面可谓不遗余力,除了之前的RDT外,英特尔在新产品上又加入了进一步的网络功能虚拟化和软件定义网络两大功能,进一步加强处理器在云应用场景和虚拟化场景下的能力。

我们先来看第一个功能,网络功能虚拟化(NFV),这个功能主要是针对外部设备向虚拟CPU或者逻辑CPU发起中断请求导致的系统资源开销过大而设计。一般来说,在一个虚拟机系统中,外部设备往往会向虚拟处理器或者下属的逻辑处理器发出中断指令,中断指令的等级比较高,只要接到中断需求后,虚拟机就会响应中断操作,并通过虚拟机管理器接管逻辑处理器,在中断处理完毕后,虚拟机管理器才会释放逻辑处理器给虚拟机。这个过程比较复杂,同时也很耗费系统资源。如果外部设备不断的提出终端需求,整个系统运行速度就会受到严重影响。

为了解决这个问题,英特尔提出了Posted Interrupts技术,这个技术的原理是在接到中断需求后,先不告诉虚拟机,先记录在内存中,并直接发给逻辑处理器,然后再根据此中断的情况判断是否需要通知虚拟机和虚拟机管理器来接管,如果处理器忙碌,也会延迟中断,或者执行中断迁移至空闲处理器。总的来说,这个技术的出现,可以保证逻辑处理器在处理重要任务时不会由于中断而随意停止,影响重要任务的处理速度,同时也节约了系统资源避免了无谓的浪费。根据英特尔的数据,在电信服务器中使用了Posted Interrupts后,电信应用的延迟可以从之前的4us到47μs降低至2.4μs到5.2μs,效果相当明显。

除了Posted Interrupts外,英特尔还提出了虚拟环境下的内存修改日志功能,也就是PML。这项功能的主要作用在于减少由于内存扫描带来的VM Exit/Entry状态,并加速VM迁移。一般来说,VM会经常扫描内存页面,确定在内存和磁盘交换数据时哪些内存页面可用,这个过程可能会带来VM Exit/Entry,影响虚拟机性能。PML功能可以随时记录虚拟机内存页的修改状态,如果某些页面发生更改,PML直接给予标记并写入页面修改日志,这样一来,不需要虚拟机管理器的参与,也避免了VM Exit/Entry的发生,提升了效能。

Posted Interrupts技术能够解决由于无序的中断引发的性能下跌问题。

Posted Interrupts技术能够解决由于无序的中断引发的性能下跌问题。

PML技术可以避免VM Exit/Entry的发生,提升了效能。

PML技术可以避免VM Exit/Entry的发生,提升了效能。

至强 E5-2600 v4家族的一些其它特性。

至强 E5-2600 v4家族的一些其它特性。

至强 E5-2699 v4处理器正面和背面图(上)、E5 2699 v3和E5 2699 v4正面对比图(下),全新的14nm工艺带来的集成度提升在外观上就可以看出来。

至强 E5-2699 v4处理器正面和背面图(上)、E5 2699 v3和E5 2699 v4正面对比图(下),全新的14nm工艺带来的集成度提升在外观上就可以看出来。

产品众多——针对不同市场的分类

说完了一些基本规格和架构,接下来继续来看产品。英特尔本次发布的至强 E5-2600 V4家族共有27款产品,其中面向主流服务器的型号为16款;面向注重高频率、对多核心不敏感的市场的为3款;面向低功耗市场的有2款;面向工作站应用的为1款;面向存储和通信市场的为5款。

规格方面,至强 E5-2600 V4家族产品的频率跨度范围为1.6GHz~3.5GHz,核心数量从最多22个到最少4个,缓存容量从最大55MB到最少10MB,TDP功耗最高为145W,最低只有50W。各种复杂的核心数量、硬件规格和频率、TDP配置,形成了至强 E5-2600 v4庞大的家族。总的来说,至强 E5-2600 V4家族的产品数量众多,甚至比整个民用市场高中低的产品数量总和还要多,这也充分说明了英特尔细分市场的策略和整个企业级、服务器市场的复杂性。

至强 E5-2600 v4维持了英特尔在服务器市场一贯的强势地位,并且带来了诸多新的特性,全新的处理器和特性有助于英特尔在云计算时代进一步拓宽市场、加强优势地位并获得更多企业的青睐。那么回头看具体的处理器产品,相比上一代即至强E5 v3,至强E5 v4在性能上具备怎样的优势?

至强 E5-2600 v4家族列表

至强 E5-2600 v4家族列表

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