哪个系列最适合您？让我们谈谈有关英特尔至强可扩展处理器的那些事情

之前，我们在八月份的《微型计算机》杂志上介绍了英特尔至强可扩展处理器家族（Xeon SP）的概况. 许多读者还问过，为什么英特尔在这一代Xeon SP处理器上改用Mesh架构？ Xeon SP的四个等级之间有什么区别？如何选择不同的应用程序？最近，作者再次与英特尔技术专家讨论了这个问题，并获得了更精确的答案.

成为Mesh体系结构是必然趋势

我们已经介绍了基于Skylake架构的Xeon SP的内部核心采用了Mesh架构（Mesh Architecture）布局，这与之前的Ring架构（Ring Architecture）完全不同. 该体系结构的特点是所有内核及其缓存都通过循环连接在一起. 根据不同的规格，前两代可以是半个环或一个环. 对于Xeon E5 / E7 V3和V4版本，直接采用双环结构.

那么，该架构可以满足几个核心？根据英特尔的评估，至强E5有22个内核，而E7有24个内核. 为什么它不能继续增加？因为在继续扩展该架构时，英特尔遇到了瓶颈和挑战. 由于具有双回路结构，因此在解决环网上的通信时会有一个通信仲裁机构. 如果是单个仲裁机构，则该机制非常有效. 当双环增加到两个仲裁机构时，某些优化方法也可以满足设计要求. 但是，当尝试三个循环时，英特尔发现该仲裁机制已经非常低效，并且很难平衡各种延迟. 换句话说，环形架构现在已经达到了阶段性的高峰，并且很难进一步扩展.

Mesh体系结构的优点不仅在于它可以更好地增加内核数，而且还可以更轻松地扩展周围的设计. 所谓的可伸缩性在某种程度上也与此有关. 包括存储器控制器，PCI-E通道，UPI连接总线等，可以轻松地嵌入到Mesh体系结构中，并且可以更好地发挥Optane固态磁盘或嵌入式FPGA等产品的功能.

不同的Xeon SP定位差异很大

当然，对于Xeon SP，不同等级的CPU的定位仍然非常不同. 在规格方面，不同级别的Xeon SP之间当然会有很大的差距. 核心，线程和频率的数量从低到高逐渐增加，但这还不是全部. 另一个缺口在于内部UPI总线的数量以及对节点控制器的支持. 对于青铜和白银处理器，它们只有两条UPI总线，并且频率略低. 尽管获得金牌奖的5系列处理器也是两条UPI总线，但频率已从9.6GT / s增加到10.4GT / s，而6系列和白金处理器被添加到3条UPI总线并支持节点控制器. 其中，白金处理器通常可以在一台机器上支持8通道平台，并且可以通过节点控制器扩展到更多通道.

事实上，至强SP所覆盖的区域现在涵盖了所有以前的至强E5 / E7方案，以及至强E3在轻载企业服务器中的位置. E3仍然存在于Intel的Xeon产品线中，可以满足工作站级别的需求.

那么，至强SP的弹性扩展机制是什么？请查看我们采访的英特尔技术专家怎么说.

UPI总线与多通道平台之间有什么关系？

MC: 某些金牌Xeon SP处理器具有3条UPI总线，而有些只有2条. 在构建多渠道平台时，它们之间有什么区别？

英特尔技术专家: 说到四向平台上的至强处理器，至强SP 6系列和8系列处理器都配备了3个UPI连接，因此可以构建为完全可互操作的结构. 换句话说，任何处理器之间都可以通过UPI连接到达. 例如，当核心A需要访问相对的核心B的缓存时，可以直接通过UPI对其进行访问. 这是由三个UPI组成的四路主机的特征.

实际上，有一个极端的解决方案. 5系列黄金处理器中间没有第三个UPI，但是可以在整个环网中实现四向平台. 如果您的应用程序numa优化（非统一内存访问，非统一内存访问体系结构）更好，则可以区分哪个是本地内存，哪个是存储的内存. 如有必要，则不需要远程访问. 当然，这是很难避免的. 我们实际使用的许多应用程序对numa不敏感，因此内存分配将有所不同，并且将发生许多远程内存访问情况，这将影响性能.

由于八向平台的体系结构设计的特征，即使它是三个UPI，也要经过两个跃点才能到达两个不相邻的处理器之间. 因此，在八向主机上，它被应用于numa架构. 优化特别重要. 这种应用程序通常是一些非常关键的核心应用程序，例如ERP系统，后端系统等. 对于常见的Oracle，SAP HANA和其他系统，重点在于优化，因为它的特点是它需要多个内核才能相互协作. 在此应用中，通常会针对8路进行优化.

▲标准Xeon SP双通道平台的组织.

▲Mesh体系结构与环形体系结构相比，Mesh体系结构的最上面一行是各种扩展接口和连接总线.

▲两路，四路和八路平台之间的区别是两三辆UPI总线. 在构建多通道平台时，图中显示了多个处理器之间的高效连接.

上图是更详细的. 为什么传统的戒指结构会担心将来的性能下降？所有内存控制器都挂在一个环上，而其他辅助环则通过缓冲区连接. 如果再添加一个，这种机制将变得非常复杂，因此并不是特别理想. 将其划分为网格后，循环变为双向. 在水平方向上有一个环路，在垂直方向上有一个环路. 从这个核心到这个核心，垂直循环将被赋予优先级. 找到最接近的水平循环，然后再次跳过它. 这与立交桥的概念非常相似. 冲突不再是一个单一的环. 完全有可能避免这种方法满足整个通信并确保在这种情况下不会出现延迟.

弹性膨胀是否受到限制？

MC: Xeon SP处理器的弹性扩展意味着双插槽处理器也可以在四插槽或八路平台上使用吗？

英特尔技术专家: 与过去的E3，E5和E7的常规分类相比，主要区别在于高端处理器不再像以前那样在4路或8路主机上使用. E7. 铂金8系列也可以在双通道主板上使用. 对于某些客户来说，他们不需要多个节点来进行计算，但是他们需要强大的处理器性能，并希望高端处理器可以在双插槽主机上使用. 因此，我们进行了这样的设置，即上下连接，高端. 白金处理器可以放置在八向平台，四向平台或两向平台上. 当然，不可能相反，因为内部结构不同，低端处理器不能放在第八条道路上.

哪种效率更高的环形架构或网状架构？

MC: 是否都是Xeon SP 6×6结构？在某些情况下，环形体系结构似乎比网格体系结构更有效？

英特尔技术专家: 并非所有Xeon SP都具有6×6 Mesh结构. 6×6结构共有36个节点. 上面将有一个PCIe控制器，并且将有两个内存控制器. 还有两个UPI通道. 有一个包装上的PCIe x16模块. 删除这些内核后，仅剩下28个内核. 一些模型具有4×6网格，而一些低端模型具有4×4网格. 至于将来是否会变成8×8结构，完全有可能，取决于未来业务发展的需求.

▲Mesh体系结构的更多核心布局.

此外，Mesh实际上更适合于具有许多核心的场景. 对于具有更多核心的结构，存在一种仲裁机制，当在环上进行通信时，仲裁机制的确会引起干扰，但是当核心更少时，它仍然具有优势. 这就是英特尔首次采用这种方法的原因. 英特尔已经使用这种架构12年了，它已经可以解释问题了. 但是，用户的需求是拥有更多的内核，这可以提高集成度. 例如，在云环境中，集成度很高，因此总体效率更高. 这就是我们考虑进一步扩大内核数量的原因. 其次，当减少制造工艺时，单个芯片可以处理更多的内核，因此从成本的角度来看，增加内核的数量在理论上是有利的. 对于需要较少核心但需要高频的情况，环形总线可以具有一定优势.

▲英特尔企业处理器的下四个主要类别.

MC视图

在过去的两年中，移动互联网的发展产生了大量的数据，并需要新的并行计算功能. 在这种情况下，将处理器设计概念发展为并行性已成为必然趋势. 对于Intel来说，之所以选择立即更改，是因为环形总线已达到极限，必须更改. 另一方面，用户对灵活扩展的需求以及英特尔将更多自身技术集成到CPU中的渴望进一步推动了这一变化. 但是，在改善Xeon处理器的集成度的同时，Intel仍然考虑了普通用户的需求，因此它为Xeon SP生成了最多四个类别和五个序列号的产品列表.

在未来的企业市场中，至强SP处理器的性将在一定程度上提高（毕竟，向下兼容而不是向上兼容）. 与CPU竞争对手相比，英特尔仍然具有巨大的优势. 在AI层面上，面对竞争，除了Xeon SP之外，英特尔的未来产品也正在蓬勃发展.

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