对最新体系结构服务器的CPU性能进行比较测试

2006年第一季度，AMD系统收入超过10亿美元，占整个x86服务器市场的1/6. 在短短一年内，Opteron处理器的市场份额已从去年的6％增加到今年的15％. 在四路服务器中，Opteron占美国市场份额的48％，而去年为23％. 更重要的是，这不是“仅USUS”事件. 它还在全球四向服务器市场中. 在过去的四年中，AMD的市场份额增长了36％. AMD已成为服务器CPU市场的标志.

受英特尔至强和安腾处理器压制的Sun去年终于出现了复苏的迹象. 它的UltraSparcIV +处理器具有用于Sun的快速，集成的L2高速缓存和大数据量的L3高速缓存，以保留大部分传统Sparc处理器用户，精心设计的GALAXYOpteron服务器系统，并用于影响中端x86市场UltraSparcT1已实现市场表现良好.

对于英特尔来说，是时候做出应有的回应，并且是时候对该服务器的处理器进行一些处理了. 英特尔给出的答案是Core Xeon: Woodcrest. 内存数据相关性预测功能（MemoryDisaMBIguATIon），大容量随机缓存和大容量低延迟共享L2缓存均使Core架构在服务器任务中比其他x86处理器更高效.

本文的重点是为用户提供基于Woodcrest及其竞争对手的几种不同服务器的性能比较: AMDOpteron和UltraSparcT1处理器.

英特尔最新的Bensley平台的最大优势之一是其出色的兼容性: Dempsey，Woodcrest和四核Clovertown Xeon都使用相同的插槽和平台.

Benley为每个CPU分配了一条单独的1333MHz总线，而Bensley在设计中省略了共享的Xeon总线. 这与旧的Athlon MP平台非常相似，也使Blackford North Bridge和MCH的设计更加复杂. Blackford还提供4个内存通道和24个PCIE通道.

由于只有某些HPC程序受FSB带宽的限制，所以DIB（双独立总线）不会在Woodcrest和Dempsey之间带来任何区别. 多年的测试经验告诉我们，大多数服务器和工作站程序都不会因FSB速度而引起瓶颈. 多亏了NUMA的设计，Opteron平台在双核和四核架构中不会有太大波动. 在大多数程序中，低延迟集成内存控制器的影响超过了FSB / NUMA带宽. 当然，对于Clovertown或两个Woodcrest核心集成处理器，标准的FSB可能成为瓶颈. 在这种情况下服务器性能测试软件，DIB将是一个不错的选择.

Blackford的最大改进应该是引入了完全缓冲DIMM（FB-DIMM）. 在FB-DIMmsPCB上，我们仍然可以找到并行的DDR-2内存，但是高级内存缓冲区（AMB）将该并行数据流转换为连续的数据流，并传输到Blackford芯片. 内存子系统与芯片之间的连续连接不仅消除了不对称问题，而且还大大简化了主板的唤醒功能. 唤起四个通道的DDR-2内存无疑将是一件可怕的事情.

我们在Sun T2000中使用了Solaris 10操作系统. T2000当前唯一可用的操作系统是Solaris 10 3/05 / HW2. T1和当前的SPARC系统可以是二进制兼容的，但必须是此版本的Solaris.

以下是一些不同的服务器指标:

Sun T2000

Sun UltraSparc T1 1 GHz服务器性能测试软件，8核，32线程

Sun Solaris 10

32 GB（16x2048 MB）关键DDR-2 533

NIC: 1 Gb英特尔RC82540EM-Intel E1000驱动程序

英特尔服务器1:

双英特尔至强“ Woodcrest” 3 GHz共享4 MB L2缓存，1333 MHz FSB（4核）

Blackford芯片组

64位Gentoo内核2.6.15-gentoo-r7

英特尔服务器主板S5000

4 GB（4x1024 MB）微米FB-DIMM已注册DDR2-533 CAS 4，启用了ECC

NIC: 双Intel PRO / 1000服务器NIC

2个Western Digital Raptor 36 GB SATA

英特尔服务器2:

双Intel Xeon“ Irwindale” 3.6 GHz 2 MB L2缓存，800 MHz FSB-Lindenhurst

64位Gentoo内核2.6.15-gentoo-r7

英特尔服务器主板SE7520AF2

8 GB（8x1024 MB）微米级注册DDR2-400 CAS 3，启用ECC

NIC: 双Intel PRO / 1000服务器NIC（Intel 82546GB控制器）

2个Western Digital Raptor 36 GB SATA

Opteron服务器1: 双Opteron 275 2.2 GHz 2x1MB L2高速缓存（共4核）

64位Gentoo内核2.6.15-gentoo-r7

Solaris x86 10

MSI K8N MASTER2-FAR

4 GB: 4x1GB MB Crucial DDR-400（3-3-3-6）

NIC: Broadcom BCM5721（PCI-E）

2个Western Digital Raptor 36 GB SATA

Opteron服务器2: MSI K2-102A2M

ServerWorksHT2000芯片组

64位Gentoo内核2.6.15-gentoo-r7

4 GB: 4x1GB MB Crucial DDR-400（3-3-3-6）

NIC: Broadcom BCM5721（PCI-E）

2个Western Digital Raptor 36 GB SATA

Opteron服务器3: HP DL385

Solaris x86 10

AMD 81xx芯片组

64位Gentoo内核2.6.15-gentoo-r7

4 GB: 4x1GB MB Crucial DDR-400（3-3-3-6）

NIC: Broadcom BCM5721（PCI-E）

2x Seagate Cheetah 36 GB-15000 rpm-SCSI 320 MB / s {{page}}

客户端配置: Dual Opteron 850

MSI K8T Master1-FAR

4x512 MB英飞凌注册DDR-333，ECC

NIC: Broadcom 5705

常用软件

64位Gentoo内核2.6.15-gentoo-r7

Apache2 2.0.55 +用于gzip压缩的mod_deflate模块.

PHP4.4.1

Mysql5.0.21

SPEC FP和lnt 2000是用于测试CPU性能的标准测试软件. 但是，实际测试分数受编译器的影响很大. SPEC fp和integer将显示最佳性能. 但是，在实际使用中，处理器的性能将相对保守.

在我们的文章中，这意味着SPEC测试数据将略高于其在实际应用中的性能. 但是，使用SPEC CPU 2000，我们可以很好地了解处理器的性能. 如前所述，测试中的Xeon 5000是具有新Woodcrest内核的Xeon处理器.

SPECfp

时钟速度

SPEC fp 2000

POWER5 +

2200

3271

Itanium 2

1666

2851

至强5160

3000

2783

Opteron

2800

2256

奔腾4 E

3733

2232

我们看到，新的核心Woodcrest比最快的双核Opteron快20-25％. 由于采用了新的65纳米工艺，Woodcrest的核心速度提高了7％. 如果AMD能够使其处理器频率达到Intel的水平，它将带来15％的性能提升. 但是，在大多数64位和128位SSE程序中，英特尔的Woodcrest仍然占有非常明显的性能优势.

SPECint

时钟速度

SPEC Int 2000

至强5160

3000

3057

奔腾4 E

3733

1870

Opteron

2800

1837

奔腾4至强

3733

1813

POWER5 +

2200

1705

Itanium 2

1666

1502

在整数性能测试中，Woodcrest轻松超越了其他几个水平比较处理器. 接下来，我们将在服务器程序中查看SPEC lnt 2000的整数性能.

延迟

LMBench是一个测试软件，可用于确定内存时序和指令时序. 我们使用LMBench3.0a-5进行了测试. 应该说，LMBench的结果通常是正确的，但并不总是正确的. 如果软件无法正确识别特定的体系结构，则可能会出现错误的测试结果. 我们非常需要提前检查.

LMBench

时钟速度

L1（ns）

L1（循环）

L2（ns）

L2（循环）

RAM（ns）

RAM（周期）

Xeon 5160 3 GHz

3000

1.01

3

4.7

14

117.3

345

奔腾M 1.6 GHz

1593

2

3

6

10

92.1

147

Sun T1 1 GHz

980

3

3

22.1

22

107.5

105

Opteron 275

2209

1

3

5.5

12

73

161

至强Irwindale 3.6 GHz

3594

1

4

8

28

48.8

175

大容量4MB L2缓存具有非常低的延迟: 14个周期. 如果我们使用诸如ScienceMark之类的测试工具，我们得到的值将是12cycle，因此这将是非常糟糕的结果. 但是，即使在14cycle时，其性能在3GHz时仍然令人惊讶. 还有Core Duo（Yonah），

另一方面，缓存的等待时间非常长，但是对于4MB L2缓存，这种影响仍然最小. 造成此现象的原因可能是FB-DIMM. AMB将导致较高的延迟，而已注册CAS 4的DDR2 533芯片将导致较高的延迟. 这使内存子系统中的等待时间达到了115ns的很高，而Opteron只有73ns.

ScienceMark结果不一样. Opteron系统的测试结果为65-70ns，而Woodcrest的测试结果为70-76ns.

但是在这里，我们更倾向于LMBench的结果.

由于MAU可以支持模块取幂和乘法，因此SunT1可以加速SSL RSA（RivestShamirAdleman）和DSA（DigitalSignalALGorithm）的加密和解密操作. 每个T1内核都有一个MAU（模数运算单元），因此8个内核有9个MAU. 为了充分利用8个MAU，我们需要通过SCF（SolarisCryptographicFramework）完成SSLI计算过程. 我们使用命令opensslspeed-enginepkcs11rsa测试T1 MAU. Solaris10系统还提供了内核内SSL终端，其安全性优于内核之外的SSL终端.

我们在测试中选择了HP的DL585，以测试Opteron880的八个内核是否可以与SunT1的八个MAU竞争. 如果要比较Woodcrest和Opteron，我们需要检测2和4个并行代码. 我们可以在下表中看到1024bit的值. 每个内核都有线程器的最佳选择，因此在测试DL585时我们使用最大的16个线程，因此8个线程的性能最强. 测试XeonIrwidale使用8个线程，因此5个线程是最强的，依此类推.

我们注意到8MAU的Sun T1仅在关闭32个“ SSL RSA签名”线程后才能获得全部性能. 在这种情况下，1GHz T1可以实现与2.4GHz 8核DL585类似的性能. 如果不考虑MAU，T1的性能将达到至强Irwindale 1.8GHz. 因此，如果要在Sun T2000上运行自己的安全网络服务，则必须在Web服务器上执行SCF检查.

此外，我们注意到以前的Netburst体系结构表现非常差. 这是因为Pentium4内核内部缺少桶式移位器，该电路可以将大量数据转换或循环为一个时钟周期. 由于缺少此转换设备，因此延迟太高. 对于大多数x86代码，这是不容忽视的，但是代码的加密通常需要这种转换和循环过程. 我们在打开和关闭超线程的两种情况下分别进行了测试. 在这种情况下，Hyer-Threading将编码加密的性能提高了20-28％.

我们对四核AMDOpteron 2.4GHz，四核XeonWoodcrest和SunT1（开放式MAU，分配了不同长度的RSA）进行了比较测试.

RSA加密（符号/秒）

Opteron 2.4 GHz

4个线程

Xeon 5160 3 GHz

4个线程

带有MAU的SUN T1

32个线程

512位

19003

21194

35613

1024位

6098

6240

10722

2048位

1145

1087

1918

4096位

185

164

1

我们注意到T1的硬件加速在2048位时表现不佳. 考虑到大多数安全程序仍在使用1024bit，我们可以接受此结果.

在检测信号时，服务器必须验证客户端的一致性. 在1024bit时，Woodcrest和Opteron都可以检测到每个内核超过50,000个密钥，这也是OpenSSL检测程序的硬件限制.

Opteron再次率领测试. 8MAU Sun T1仅是4Opteron和Woodcrest速度的一半. 加密通常比检测代码消耗更多的服务器速度.

Apache / PHP / MySQL性能

英特尔的新至强在这里“扫地”. 比起2.4GHz Opteron性能高出75％，即使面对3GHz Opteron，新的Xeon也不会出现任何问题. 我们应该做进一步的研究，但是现在看来，这是由于4MB L2高速缓存和Woodcrest甚至没有更好的整数性能所致. 在此测试中，T1的性能还不错. {{分页符}}

Java Webserving

整个测试包括以下部分:

AMD在这里的表现只能算是差强人意. 如果我们忽略2.4GHz和2.2GHz CPU，则3GHz Opteron仍然比3GHz Woodcrest慢25％！

这次用于测试的MySQL参数如下:

[mysqld]

port3306

socket = /tmp/mysql.sock

跳过锁定

key_buffer = 1G

max_allowed_pa​​cket = 1M

table_cache = 1024

sort_buffer_size = 2M

read_buffer_size = 2M

read_rnd_buffer_size = 8M

thread_cache = 125

max_user_conNECtions = 450

max_connections = 450

thread_concurrency = 16

测试结果:

T1需要20-30个MySQL线程才能全速运行，这在很大程度上受8核“ 4线程加特林机核心”体系结构的影响.

MySQL的性能很难令人满意. 与上述优化图表相比，性能下降了约4-5倍.

接下来，我们将比较一个双核Woodcrest，一个双核Opteron和一个四核Sun T1.

为了测试双核，我们还在此处测试了Xeon Irwindale. 额外的1MB缓存使Irwindale的测试成绩提高了7-8％. 但是，超级威胁并不能帮助MySQl. 我们注意到性能下降了大约7％.

MySQL Linux（查询）

Sun T1

4/8核1 GHz

MSI K2-102A2M

Opteron 275

至强5160

Woodcrest 3 GHz

MSI K2-102A2M

Opteron 280

平均双核

（T1: 四核）

362

749

996

805

平均四核

（T1: 八核）

433

590

904

622

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