數(shù)據(jù)中心架構(gòu)的一個關(guān)鍵重點是提高效率，以獲得最佳的資本回報率，最大限度地提高產(chǎn)量和功耗限制。核心處理器在數(shù)據(jù)中心優(yōu)化中發(fā)揮重要作用，影響可擴展性和效率的處理器架構(gòu)選擇的影響是巨大的。要想實現(xiàn)這些載體之間的理想平衡，需要有遠見卓識，創(chuàng)造力，以及創(chuàng)新能力。
具有幾十年架構(gòu)的專用數(shù)據(jù)中心CPU和平臺體現(xiàn)在英特爾公司廣泛的產(chǎn)品組合中。英特爾公司多年來不斷創(chuàng)新其核心計算能力，以提高處理器性能。但其工作并不止于此。同樣重要的是所有核心處理器之間的連接性和可擴展性的進步，微調(diào)內(nèi)存層次結(jié)構(gòu)和I/O增強功能，以確保構(gòu)成數(shù)據(jù)的主要構(gòu)建塊的計算、網(wǎng)絡(luò)和存儲系統(tǒng)的可擴展性和效率。
成長的煩惱：規(guī)模的挑戰(zhàn)
添加更多核心處理器并將其互連以創(chuàng)建多核數(shù)據(jù)中心處理器的任務(wù)可能聽起來很簡單，但CPU核心，內(nèi)存層次結(jié)構(gòu)和I/O子系統(tǒng)之間的互連提供了這些子系統(tǒng)之間的關(guān)鍵路徑，從而需要深思熟慮的體系結(jié)構(gòu)。這些互連就像一條精心設(shè)計的高速公路，在關(guān)鍵的地方有適當?shù)能嚨篮推碌?，以便交通順暢?/p>
增加核心處理器數(shù)量，提高每個處理器的內(nèi)存和I/O帶寬，以滿足大量數(shù)據(jù)中心工作負載的需求，這些挑戰(zhàn)必須通過創(chuàng)新的架構(gòu)技術(shù)來解決。這些挑戰(zhàn)包括：
•增加內(nèi)核處理器和芯片上緩存層次結(jié)構(gòu)，內(nèi)存控制器和I/ O控制器之間的帶寬。如果可用的互連帶寬與處理器上的其他資源不能正確擴展，則互連將成為限制系統(tǒng)效率的瓶頸，如令人沮喪的交通堵塞的高峰時間。
•從芯片上緩存，主內(nèi)存或其他內(nèi)核訪問數(shù)據(jù)時減少延遲。訪問延遲取決于芯片實體之間的距離，發(fā)送請求和響應(yīng)所需的路徑以及互連操作的速度。這類似于在分散式和緊湊型城市中的通勤時間，可用路線的數(shù)量以及高速公路上的速度限制。
•創(chuàng)建高效節(jié)能的方法，從芯片緩存和存儲器向核心處理器和I/O提供數(shù)據(jù)。由于每個組件的距離和帶寬需求的增加，當添加更多核心處理器時，數(shù)據(jù)移動完成相同任務(wù)所需的能量就會增加。在這個交通示例中，隨著城市的增長和通勤距離的增加，通勤期間浪費的時間和精力減少了生產(chǎn)性工作的資源。
英特爾公司致力于創(chuàng)新架構(gòu)解決方案，以創(chuàng)造更強大和更有效的處理器來應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，以滿足諸如人工智能和深度學(xué)習(xí)等已建立和新興工作負載的需求。
構(gòu)建未來的數(shù)據(jù)中心處理器
英特爾公司已經(jīng)將其經(jīng)驗和創(chuàng)新應(yīng)用于為即將推出的英特爾至強可擴展處理器開發(fā)新架構(gòu)，為現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心提供可擴展的基礎(chǔ)。這種新架構(gòu)提供了一種互連片上組件的新方法，以提高多核處理器的效率和可擴展性。
英特爾至強處理器實現(xiàn)可擴展的創(chuàng)新的“網(wǎng)格”的片上互連的拓撲結(jié)構(gòu)，提供低延遲和高帶寬的內(nèi)存，在核心和I/O控制器上。圖1顯示了網(wǎng)格架構(gòu)的表示，其中核心，片上緩存組，存儲器控制器和I/ O控制器以行和列組織，電線和開關(guān)在每個交叉點連接它們以允許轉(zhuǎn)彎。通過提供比現(xiàn)有環(huán)結(jié)構(gòu)更直接的路徑和更多的消除瓶頸的途徑，網(wǎng)格可以在較低的頻率和電壓下工作，并且仍然可以提供非常高的帶寬和低延遲。這將提高性能和更高的能源效率，類似于一個設(shè)計良好的公路系統(tǒng)，使交通流量以最佳速度流通而無阻塞。
網(wǎng)格體系架構(gòu)概念表示
除了提高片上互連的連接性和拓撲結(jié)構(gòu)外，英特爾至強可擴展處理器還實現(xiàn)了具有可擴展資源的模塊化架構(gòu)，用于訪問片上高速緩存，內(nèi)存，I/ O和遠程CPU.這些資源分布在整個芯片上，因此“熱點”或其他子系統(tǒng)資源約束被最小化。架構(gòu)的這種模塊化和分布式方面允許可用資源隨著處理器核心數(shù)量的增加而擴展。
可擴展和低延遲的片上互連框架對于共享的最后一級緩存架構(gòu)也是至關(guān)重要的。這種大型共享緩存對于復(fù)雜的多線程服務(wù)器應(yīng)用程序(如數(shù)據(jù)庫，復(fù)雜物理模擬，高吞吐量網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序以及托管多個虛擬機)非常有用。訪問不同緩存庫時的差異潛在差異允許軟件將分布式緩存庫視為一個大型統(tǒng)一的最后一級緩存。
因此，應(yīng)用程序開發(fā)人員不必擔心訪問不同緩存庫的可變延遲，也不需要優(yōu)化或重新編譯代碼，從而使其性能得到顯著的提升。統(tǒng)一的低延遲訪問同樣的優(yōu)點也可以傳遞到內(nèi)存和IO訪問以及多線程或分布式應(yīng)用程序，其中不同內(nèi)核的執(zhí)行與來自IO設(shè)備的數(shù)據(jù)之間的交互無需仔細地映射內(nèi)核上的協(xié)作線程單個插座可以獲得最佳性能。因此，這樣的應(yīng)用程序可以利用更多的核心處理器，并且仍然實現(xiàn)良好的可擴展性。
結(jié)論
具有網(wǎng)狀拓撲的片上互連的新架構(gòu)為集成Intel Xeon可擴展處理器的各種組件(內(nèi)核，緩存，內(nèi)存和I/O子系統(tǒng))提供了非常強大的框架。這種創(chuàng)新的架構(gòu)可以在最廣泛的使用場景下實現(xiàn)性能和效率的提升，為英特爾公司及其無與倫比的全球生態(tài)系統(tǒng)持續(xù)改進提供基礎(chǔ)，以提供數(shù)據(jù)中心客戶期望的計算能力和效率的解決方案。
數(shù)字化要一盤棋更要各自為戰(zhàn)
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