AMD伺服器平臺處理器 文/林柏凱

全面剖析2012 AMD伺服器平臺處理器

文/林柏凱 2012-04-05

AMD去年底推出的Opteron 6200系列與4200系列處理器，核心全面採用新的Bulldozer架構，以6200系列而言，最多內建16核心

在2011年11月，AMD推出了新一代伺服器專用，代號為Interlagos的Opteron 6200與4200系列處理器，接續先前的Opteron 6100及4100系列，並且一舉將最高的內含核心數增加到16核心。 除了Opteron 6200與4200系列之外，AMD在3月20日發表3款代號為Zurich 的Opteron 3200系列，主要針對微型伺服器、網站主機代管與網路伺服器等低功耗需求。這系列處理器也和上述Opteron處理器一樣，繼續採用Bulldozer架構，而且內建8或4核心，但處理器插槽是AMD在桌上型電腦處理器所採用的AM3+規格。 處理器全面使用32奈米製程，並採用Bulldozer核心架構 在核心架構上，新一代Opteron系列處理器最大的改變，就是Bulldozer核心架構，並且將製程從45奈米提高為32奈米，而且增加處理器核心數量的同時，也延續、加強前一代所擁有的HyperTransport，並新增動態超頻技術Turbo Core。在採用的插槽上，Opteron 6200系列處理器採用G34規格，而4200系列則採用C32規格，而採用G34插槽的6200系列處理器，在外觀上呈現特殊的長方形，而不是一般常見的正方形。 而主機板相容性部分，從上一代Opteron 6100與4100開始，就開始各自使用G34與C32處理器插槽，因此即使是採用上述處理器的伺服器，換CPU後可以直接升級，且根據AMD的規畫，目前這些插槽規格，會延續使用到下一代採用Piledriver核心架構的處理器，所以這段期間並不會因為採用不同的處理器插槽，讓伺服器無法升級。 Bulldozer核心架構 在新的Bulldozer核心架構下，每個處理器核心模組都內建兩個擁有獨立L1快取記憶體的整數運算核心，以及與浮點運算排程器（使用2個128位元乘法累加器），並共用讀取器、編譯器與L2快取記憶體，而L3快取記憶體是由整顆處理器共用。 AMD伺服器平臺處理器推出規畫（2012-2013） 在AMD規畫的下一代伺服器處理器，依然採用G34、C32與AM3+的處理器插槽，並採用Piledriver核心架構，現有的Bulldozer核心架構的伺服器不必擔心升級的問題，另外還新增針對網頁代管以及微型伺服器架構的Opteron 3000系列。 產品定位涵蓋範圍廣，選擇較單純 在AMD 的Opteron處理器定位中，4000系列向來是針對單路與2路伺服器所搭配的處理器，而6000系列則使用於2路與4路伺服器，而最新發表的3200系列則是單路，但主打的是低功耗的環境，這和Intel Xeon推出E3、E5與E7等系列處理器的分類方式不大相同。 如果將Opteron 6000系列與Intel Xeon E7相提並論，或許是比較恰當的，因為它們同樣都支援2路與4路伺服器的架構。不過，Xeon E7系列處理器在配置上，若要將它們安裝在2路或4路的伺服器上，必須選用針對2路或以上規格的處理器，也就是說必須選擇更高規的處理器，例如E7-2860就只能用在2路，E7-4820就可以用在4路以及2路的架構（4插槽僅安裝2顆處理器），而Opteron 6200系列沒有這種限制，因為全系列都支援4路架構，也同樣可向下相容2路、甚至單路架構，也就是同型號的處理器不論是裝2顆或4顆都可以，不必特定選用針對2路或4路架構的處理器。 在價格部分，較便宜一直都是AMD處理器的特色，根據去年發表時的價格，Opteron 6200與4200處理器中最高階、價位最貴為6282 SE，每千顆單位的報價為1,019美元，這樣的價格在Intel Xeon E5處理器中，僅有E5-2650與E5-2650L，或是更低階的處理器價格，才會接近，或低於這顆處理器。而Xeon E7處理器中，更是僅有2路的E7-2803與4路的E7-4807售價低於Opteron 6282 SE。從這結果可看出AMD Opteron處理器的價格相較於Intel Xeon處理器相對便宜許多。 綜觀伺服器廠商的產品型號與規格，可看出目前採用AMD Opteron 6200或4200處理器的產品數量，遠少於Intel Xeon系列伺服器，例如HP的20款機架式伺服器系列中，僅有6款採用AMD處理器的產品，而Dell的22款機架式伺服器中，僅有6款採用AMD Opteorn處理器，而直立式伺服器則是付之闕如。有些廠商僅推出採用Intel Xeon處理器平臺的機種，並沒有任何AMD平臺的產品（如NEC），不難看出，目前處理器市場的主流處理器平臺仍然是Intel。 最多內建16個實體核心 在這一代採用Bulldozer核心架構的AMD Opteron系列處理器，最主要的改變，就是實體核心數量的增加。 在Opteron 6100系列中，處理器內建核心數量為8核心和12核心，而4100系列處理器是4核心和6核心，到了現在，採用Bulldozer核心架構的Opteron 6200系列處理器，核心數最多16核心，且另外還有4、8、12核心的選擇，而4200系列最多到8核心。 與Intel Xeon處理器相比，「實體」核心數量較多，一直是AMD Opteron處理器所強調的，舉例來說，Intel Xeon上一代處理器中，主打2路伺服器的5600系列處理器，最多只有實體4核心與6核心。 雖然Intel在目前最新的Xeon E7系列處理器中，最高擁有10核心，且有超執行緒（Hyper Threading）使每個實體核心模擬為兩個虛擬核心，讓作業系統可運用到更多的核心，例如在2路伺服器架構下，搭配2顆4核心的處理器，你的系統就有16個運算核心，但AMD Opteron則是實體核心就可達到這個數量。 另一方面，目前Intel Xeon E7處理器中，最多擁有10核心，加上超執行緒技術，每顆處理器一共有20個執行緒，雖然同時可處理的執行緒數量上比AMD Opteron 6200系列的16核心處理器還多，不過內建10核心的處理器僅限4路以上的伺服器架構，例如E7-4850或4860以上，而AMD Opteron 6200在2路伺服器即可採用。 就時脈而言，比較特別的，是主打2路與4路的Opteron 6200系列處理器中，有一顆僅有4核心且沒有Turbo Core超頻技術的6204，雖然以這規格來看，這顆處理器規格較低，但是它的基礎時脈高達3.3GHz，居所有Opteron 6200系列處理之冠。 在I/O方面，AMD Opteron處理器從上一代6100系列開始，即採用了HyperTransport 3.1的技術，讓處理器與處理器之間可直接產生連結溝通（Direct Connect Architecture），且當中的傳輸速度達6.4GT/s。 近來因為虛擬化的需求與日漸提升，伺服器對記憶體的需求也越來越高，尤其是記憶體總容量的需求。 對AMD Opteron 6200而言，在記憶體容量的支援上，每顆處理器都可對應256GB，例如2路伺服器可支援24支記憶體（512GB），而4路伺服器的話，則可安裝32支記憶體（1TB）。另外，新一代的Opteron 6200系列處理器也繼續支援4條記憶體通道的存取方式、新支援DDR3 1600MHz的記憶體規格。 1個Bulldozer模組內建2個整數運算核心 新的Bulldozer架構與以往處理器設計的方式有很大不同，那就是它將兩個整數運算核心合併，而且這兩個核心共用一些編譯器（Decode）與讀取器（Fetch），同時共用一個浮點運算排程器（FP Scheduler）整合在同一個模組中。以16核心的Opteron而言，實際上是以8個Bulldozer所組成。 AMD認為，這種架構的好處，是在多執行緒的狀態下，可以使每個核心分別運算，並且在L2快取記憶體的部份共用運算結果，加快運算的速度。 除了前面提到的整數運算、浮點運算，以及提高處理器核心時時脈的Turbo Core技術之外，採用Bulldozer核心架構的Opteron系列處理器，也將多種常見的指令集內建其中，例如SSE4.1、SSE4.2、SSSE3等編碼標準，以及先進向量擴充指令集（AVX）與進階加密標準指令集（AES）等。 首度加入動態超頻技術 在時脈超頻的技術上，Bulldozer架構採用的是AMD 第二代的Turbo Core的技術，第一代Turbo Core技術首次出現在AMD產品，是在桌上型電腦處理器Phenom II X6上。這種超頻的方式和Intel的Turbo Boost類似，同樣可以動態調節核心的頻率，適合需要執行緒較少，但是需要高時脈來加速運算的工作。 AMD新一代核心超頻技術Turbo Core AMD Turbo Core超頻技術，讓處理器可依工作內容與負載，動態調整全部核心的運作狀態，並可在特定需要高時脈工作的狀態下，降低部分核心，提高其餘核心的時脈。 而Turbo Core的處理器頻率，變化分為3階段：所有核心都運作在基礎時脈上、所有核心加速機制都啟動的狀態，以及部分核心最大加速機制啟動。 在一般狀態下，所有的處理器核心都只運作在基礎時脈上，而這種狀態下處理器的熱設計功耗（TDP）都還有餘裕。第二種是所有核心的加速機制都啟動的狀態，每個核心的時脈速度可提高300MHz到500MHz，而TDP已經處於最高負載狀態；第三種為最大加速模式，則是讓部分核心的時脈速再提升，最高可提高1GHz，其餘核心則是處於待機狀態。 看起來和Intel Turbo Boost有些類似，但是AMD Turbo Core在超頻時，僅能集中在一半的核心上，也就是如果是16核心處理器，在最大加速模式下，可以讓8個核心的時脈速度提高，不像Intel Turbo Boost2.0可集中在單一核心上，而且很可惜的是其他核心僅處於低速狀態，無法完全關閉，因此仍會有因運作而產生的耗能。反觀Turbo Boost在超頻時，可以集中在部分，甚至單一核心時脈上，而其他核心則處於關閉狀態。 整體而言，AMD的Turbo Core在運用彈性與效能供應上，都還有進步的空間。文⊙林柏凱 2012 AMD最新Opteron處理器的規格 產品線與定位 型號 核心數 時脈 超頻時脈 L3快取記憶體 TDP 支援記憶體規格 插槽類型 6200系列(Interlagos)針對4路與2路系統 6282 SE 16 2.6GHz 3.3GHz 16MB 140W DDR3-1600 MHz G34 6276 16 2.3GHz 3.2GHz 16MB 115W DDR3-1600 MHz G34 6274 16 2.2GHz 3.1GHz 16MB 115W DDR3-1600 MHz G34 6272 16 2.1GHz 3.0GHz 16MB 115W DDR3-1600 MHz G34 6262 HE 12 1.6GHz 2.9GHz 16MB 85W DDR3-1600 MHz G34 6238 12 2.6GHz 3.2GHz 16MB 115W DDR3-1600 MHz G34 6234 8 2.4GHz 3.0GHz 16MB 115W DDR3-1600 MHz G34 6220 8 3.0GHz 3.6GHz 16MB 115W DDR3-1600 MHz G34 6212 4 2.6GHz 3.2GHz 16MB 115W DDR3-1600 MHz G34 6204 8 3.3GHz N/A 16MB 115W DDR3-1600 MHz G34 4200系列(Valencia) 針對2路與單路系統 4284 8 3.0GHz 3.7GHz 8MB 95W DDR3-1600 MHz C32 4280 8 2.8GHz 3.5GHz 8MB 95W DDR3-1600 MHz C32 4274HE 8 2.5GHz 3.5GHz 8MB 65W DDR3-1600 MHz C32 4256EE 8 1.6GHz 2.8GHz 8MB 35W DDR3-1600 MHz C32 4228HE 6 2.8GHz 3.6GHz 8MB 65W DDR3-1600 MHz C32 4238 6 3.3GHz 3.7GHz 8MB 95W DDR3-1600 MHz C32 4234 6 3.1GHz 3.5GHz 8MB 95W DDR3-1600 MHz C32 4226 6 2.7GHz 3.1GHz 8MB 95W DDR3-1600 MHz C32 3200系列(Zurich) 針對單路系統 3280 8 2.4GHz 3.5GHz 8MB 65W DDR3-1866 MHz AM3+ 3260 4 2.7GHz 3.7GHz 4MB 45W DDR3-1866 MHz AM3+ 3250 4 2.5GHz 3.5GHz 4MB 45W DDR3-1866 MHz AM3+