CPU-Update. Wie Äpfel zu Melonen werden. best OpenSystems Day April Unterföhring

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Ferdinand Engel
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1 CPU-Update Wie Äpfel zu Melonen werden best OpenSystems Day April 2010 Unterföhring Wolfgang Stief Senior Systemingenieur best Systeme GmbH GUUG Board Member

2 Motivation Alles wird immer besser, aber alles bleibt immer beim alten. 2 / 26

3 Agenda Trends von 2008 Wie gut war die Kristallkugel dieses Mal? Implementierungen Sun (Rainbow Falls aka Niagara 3), Fujitsu SPARC64, IBM Power7, Intel (Nehalem-EX), AMD (Magny-Cours) Technologien für die nächsten zwei Jahre Wohin fährt der Zug? 3 / 26

4 Wie gut war die Kristallkugel? Many-Cores (> 2 Cores) haben jetzt alle Strom sparen (Green IT) machen jetzt alle Special Purpose CPUs, GPGPUs traut sich keiner in großem Stil weiterhin höhere Integration kleinere Strukturen, mehr Funktion im Microcode (z. B. Dezimal-Unit in IBM Power oder Crypto-Units in Sun Oracle Niagara) 4 / 26

5 Agenda Trends von 2008 Wie gut war die Kristallkugel dieses Mal? Implementierungen Sun (Rainbow Falls aka Niagara 3), Fujitsu SPARC64, IBM Power7, Intel (Nehalem-EX), AMD (Magny-Cours) Technologien für die nächsten zwei Jahre Wohin fährt der Zug? 5 / 26

6 Implementierungen Sun Rainbow Falls (Niagara 3) Fujitsu SPARC64 VIII IBM Power7 Intel Nehalem-EX AMD Magny-Cours 6 / 26

7 Sun Rainbow Falls 40nm 16 cores / 16 threads 256 threads/sockets (!) Fläche ~ T2+, aber ca. 30% mehr Wärme clock speed? verbesserte Crypto und Floating Point Unit balanced distribution of hot spots gleichmäßige Erwärmung glueless node-to-node interconnect # interfaces 7 / 26

8 Rainbow Falls ++ Yosemite Falls 8 cores / 8 threads neue Mikro-Architektur (core) 2.5 GHz, 40nm Yellostone Falls (2012) 4 cores / 8 threads 3 GHz, 28nm Server mit (!) Sockets (6144 threads max) Cascade Falls (Ende 2012) 16 cores / 8 threads 3 GHz Server mit Sockets (1024 threads max) Rock? eingestellt, Gründe leider unbekannt. Roadmap vom Juni / 26

9 Implementierungen Sun Rainbow Falls (Niagara 3) Fujitsu SPARC64 VIII IBM Power7 Intel Nehalem-EX AMD Magny-Cours 9 / 26

10 Fujitsu SPARC64 VIII aka Venus 45nm, 8 cores doppelte # Transistoren zu VII, aber nur 1/3 Wärme Erweiterungen für HPC Labor: 128 GFLOPS/socket TOP Platz in 1995 Ziel: HPC bis 10 PetaFLOPS TOP Platz: ~6 PetaFLOPS HPC-Systeme mit eigenem 3D Torus (> nodes) Venus in Oracle-Systemen?? 10 / 26

11 Implementierungen Sun Rainbow Falls (Niagara 3) Fujitsu SPARC64 VIII IBM Power7 Intel Nehalem-EX AMD Magny-Cours 11 / 26

12 IBM Power 7 45nm, 8 core / 4 threads + memory subsystem 256 kb L2$/core 4 MB L3$/core on die 1/6 Latenz./. Power6 10 LPAR/core 2 MemCtl/socket Turbo Core Mode Active Memory Expansion (AIX 6.1) Active Memory Sharing (zw. Partitions) Power 8? in Konzept-Phase, keine Details bekannt 12 / 26

13 IBM Power 7 SMT 13 / 26

14 Implementierungen Sun Rainbow Falls (Niagara 3) Fujitsu SPARC64 VIII IBM Power7 Intel Nehalem-EX AMD Magny-Cours 14 / 26

Intel Nehalem-EX aka Xeon 7500 noch 45nm ( tock ) 8 core / 2 threads 2.3 Mio Transistoren größter x86 Prozessor neuer Sockel, Chipsatz 7500 ( Boxboro ) 95.

15 Intel Nehalem-EX aka Xeon 7500 noch 45nm ( tock ) 8 core / 2 threads 2.3 Mio Transistoren größter x86 Prozessor neuer Sockel, Chipsatz 7500 ( Boxboro ) W, abhängig im wesentlichen von Taktung Turbo-Boost DDR3 1066, 4 Kanäle, 16 DIMMs je Kanal max. (1TB/16GB) RAS: MCA/MCR, (Machine Check Architecture Itanium) OpenSolaris: hot-plug support for ACPI-based systems 15 / 26

16 Intel Nehalem-EX aka Xeon 7500 EX EXpandable Server 16 / 26

Intel Nehalem-EX Anwendung: IBM ex5 Erweiterung per EXA5 Auftrennen QPI Verbindung zu Chassis oder DIMM Expansion NUMA Blade HX5 X3850 X5 (4 socket) X3950

17 Intel Nehalem-EX Anwendung: IBM ex5 Erweiterung per EXA5 Auftrennen QPI Verbindung zu Chassis oder DIMM Expansion NUMA Blade HX5 X3850 X5 (4 socket) X3950 X5 (2x3850 EXA5) mit 16GB DIMMs (teuer!) 1 4U (4 socket) 64 DIMMs in 4U Chassis + 32 DIMMs in 1U MAX5 OEM-Preis: U$ (1000er Stückpreis) 17 / 26

18 Implementierungen Sun Rainbow Falls (Niagara 3) Fujitsu SPARC64 VIII IBM Power7 Intel Nehalem-EX AMD Magny-Cours 18 / 26

19 AMD Magny-Cours aka Opteron nm, 1.8 Mio Transistoren 346mm² / Die 8 core / 12 core GHz W 512 kb L2$ / core 12 MB L3$ / socket HT 3.0, 4x 6.4GT/s Direct Connect Memory-Channels / Sockel je 12 DIMMs, DDR Verkauf über Preis: U$ (1000er Stückpreis OEM) 1-Die Magny-Cours Thuban, Desktop-CPU 19 / 26

20 AMD Magny-Cours ++ Bulldozer Desktop + Server, tightly linked Cores teilen sich Ressourcen Erweiterungen im Power Management 32nm SOI mit high-k metal gate Bobcat low-power, < 1W soll möglich sein 90% of today s mainstream performance in less than half of the silicon area 2011, überwiegend in Notebooks und mobile devices 20 / 26

21 Agenda Trends von 2008 Wie gut war die Kristallkugel dieses Mal? Implementierungen Sun (Rainbow Falls aka Niagara 3), Fujitsu SPARC64, IBM Power7, Intel (Nehalem-EX), AMD (Magny-Cours) Technologien für die nächsten zwei Jahre Wohin fährt der Zug? 21 / 26

22 Intel SCC SCC Single Chip Cloud Computer 48 (!) Cores, Nachfolger von Polaris (80 core FPU only) vollständige x86 Cores (~ 1. Generation Pentium) 45nm, 1.66/1.83 GHz, W 24 dualcore tiles, vermascht (mesh network) 256 GB/s throughput Taktung dynamisch je dualcore tile Spannung dynamisch je 4-fach dualcore ~100 Chips in Forschung, nach Bewerbung Apps/Compiler f. Vielcore-CPUs 22 / 26

23 Intel Labs Intel Labs, Circuits and Systems division Strom sparen weniger Hitzedichte kleinere Strukturen, 22nm voraussichtlich in 2011 niedrigere Core-Spannungen durch chemische Prozesse bei Halbleiterherstellung dynamische Stromaufnahme abhängig von Last, bis zu 800% verbesserter Wirkungsgrad Signal-Noise-Ratio wird bei kleiner Core-Spannung schlechter resilient circuits kleinere Netzteile/Akkus, Abfangen von Lastspitzen mit Super Caps jetzt 65W max auf ca W möglich 23 / 26

24 Fazit Verlustleistung wird weiter kleiner werden. Hitzedichte Compiler / Betriebssystem / Applikation muss Multicore und Manycore unterstützen. Cloud braucht viele billige, einheitliche Systeme/CPUs. Performance über Parallelität ähnlich HPC. Virtualisierung wird umfangreicher unterstützt werden (müssen). Immer kleinere Strukturgrößen lassen mehr und mehr Funktionen direkt auf dem Die zu. Mobile Devices und Industrieanwendungen verlangen nach leistungsfähigen, strom- und platzsparenden CPUs. 24 / 26

25 Quellen Intel, AMD, Sun, IBM Ars Technica Jon Stokes The Register Ashlee Vance u. Timothy Prickett Morgan Wikipedia 25 / 26

26 Danke für die Aufmerksamkeit. Fragen? best OpenSystems Day April 2010 Unterföhring Wolfgang Stief Senior Systemingenieur best Systeme GmbH GUUG Board Member

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