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去年英特爾在桌上型Core i7處理器導入Nehalem架構,首度捨棄了多年來慣用的前端匯流排,而改用QPI連結架構,使其效能表現亮眼。經過了六個月,英特爾終於將Nehalem架構導入更需要高效能的伺服器平臺,第一款Nehalem伺服器處理器──Xeon 5500在3月31日首度揭開了面紗,宣示了英特爾伺服器處理器開始邁向新的里程。英特爾數位企業部門總經理Pat Gelsinger甚至說,Nehalem伺服器處理器是英特爾自1995年推出Pentium Pro之後,最重要的一項產品。

不只英特爾重視這款處理器,包含IBM、HP、Dell等重量級的伺服器大廠,都將此款處理器視為大改款新世代處理器,甚至還同步推出全新的伺服器產品線,如HP ProLiant G5改名為ProLiant G6,Dell則正式走入第十一代PowerEdge伺服器。各家伺服器大廠不約而同的表示,「第三季市場行銷的重心絕對是Nehalem伺服器。」

另一家處理器大廠AMD則為了因應Nehalem的衝擊,原本預計於下半年推出的6核心Istanbul處理器,將提前至5月推出。臺灣IBM系統暨科技事業處System x產品經理曾文興說:「Nehalem絕對是下半年伺服器市場的重要議題,再加上,AMD 6核心處理器將入戰場,處理器將是今年熱門的IT議題之一。」

採用QPI傳輸,內建記憶體控制器,支援DDR3

Nehalem是英特爾首款原生4核心的伺服器處理器(上一代則是封裝兩個雙核心來組成1顆4核心處理器)。而且首度增加了QPI架構、內建記憶體控制器,並且拋棄FB-DIMM全面支援DDR3記憶體。

首先來看QuickPath Interconnect(QPI)系統架構,不同於以往,英特爾每次發表處理器時,並不會特別針對高效能運算(HPC)領域,但這一次英特爾信誓旦旦,宣稱透過QPI架構讓Nehalem處理器更能符合高效能運算市場的需求,主要的原因在於QPI大幅改善處理器的匯流頻寬。

在Nehalem處理器之前,英特爾一直使用前端匯流排(FSB)作為處理器與晶片組溝通的通道,在這樣的傳輸架構下,處理器存取記憶體時必須要共享匯流排,在高負載的運作環境下,資料的傳輸就容易卡在前端匯流排,造成效能的瓶頸,也因此,過去英特爾則是不斷使用頻率更快的匯流排,來解決傳輸的瓶頸。

Nehalem處理器被各家伺服器大廠視為大改款,關鍵原因就是採用新一代QPI架構,取代了過去的前端匯流排技術。透過QPI架構,每顆處理器可以互相傳輸資料,不需經過晶片組;此外,處理器還整合記憶體控制器,來提升處理器與記憶體傳輸資料的速度。

但QPI架構並不是一個新的技術,另一家處理器廠商AMD早在2001年就在Opteron處理器採用HyperTransport匯流排技術,透過這種技術,AMD將北橋晶片組的記憶體控制器內建在處理器中,來減輕北橋的負擔,並提升整體的效能,當在多處理器執行高效能運算環境時,表現則更為亮眼,這也是AMD Opteron處理器在HPC市場接受度較高的關鍵。

例如臺灣大學,他們為了學術研究擁有數量龐大的超級電腦群,先前比較偏好的是AMD處理器,因為Opteron處理器相較於英特爾更早擁有HyperTransport技術。

臺灣大學計算機及資料網路中心作業管理組張傑生表示,經過測試,英特爾舊款處理器由於採用前端匯流排技術,在執行多處理器的運算工作上,容易出現傳輸瓶頸,這也是在高效能運算偏愛AMD處理器的原因。「一般來說,執行矩陣相乘的相關運算時,AMD處理器的效能會較好。」張傑生說,對他而言,「有了QPI,對英特爾處理器的接受度將會大增。」。

另一家學術研究機構中央研究院(中研院),為了因應「大強子對撞機實驗」(LHC)建立起人類有史以來最大的分散式電腦系統「全球網格」,中研院為全球網格的第一層網格中心,為了應付龐大的計算量,中研院網格計算小組則建置1千5百臺的刀鋒伺服器。中研院網格計算專案經理施宏良表示,英特爾Nehalem處理器最吸引人的地方就是首度內建記憶體控制器,雖然沒有經過實測,但理論上應該可以強化高速運算效率,相對來說,也提升英特爾處理器在網格運算應用的信心。

臺灣世曦工程顧問公司也是這麼認為,該公司資訊系統部正工程師張智欽表示,過去他們如果要執行高效能運算應用,一般來說會選擇AMD處理器,但這一次英特爾Nehalem處理器最吸引人的地方,就是內建記憶體控制器,就很適合需要龐大運算量的高階多路伺服器運用,但還必須評估新平臺的性價比,最後才會決定是否採用Nehalem處理器。

Nehalem架構伺服器處理器另一項大幅度的改變,則是首度採用DDR3記憶體。新一代Nehalem架構伺服器都是採用新一代英特爾5520晶片組,只支援DDR3記憶體,不再支援FB-DIMM,最高可支援18條DDR3記憶體插槽,記憶體容量最高可達144GB。張傑生表示,過去英特爾伺服器有一個很大的缺點就是採用FB-DIMM,相較於一般DDR2記憶體,FB-DIMM明顯過熱,英特爾這一次改用DDR3,由於溫度較低,對於使用者來說則是一項好消息。

提升效率,降低耗電量

不只處理器架構的改變,英特爾針對首款Nehalem伺服器處理器還新增了Intel Turbo Boost、Hyper-Threading、Integrated Power Gates與新一代VT虛擬化技術,讓處理器都能充分利用每一分電力,發揮出最高的價值。

透過英特爾high-k金屬閘極技術為基礎的Integrated Power Gates(整合式功率閘極)是英特爾新一代節能的技術,當伺服器在閒置的狀態下,可以降低處理器每個核心所使用的電力,待機耗電僅10瓦,英特爾表示,相較於上一代可以減少5成的待機耗電。

Intel Turbo Boost就類似處理器超頻的功能,不但可以讓所有的核心以較高的頻率運作,還可以關閉少數核心的電力,將這些電力移轉至其他核心,讓核心可以發揮出更高的效能。英特爾表示,如果時脈為2.93GHz的Nehalem處理器,開啟Turbo Boost後,在特定條件下,時脈可提高至3.3GHz。

強化時脈的速度是增加處理器運算效能的方法之一,如果時脈還不能滿足運算的需求,這時可以讓處理器同時處理多項工作來提升效能,Nehalem處理器則是新增Hyper-Threading超執行緒技術,讓每個核心都能擁有2個執行緒,讓1顆4核心的Nehalem處理器可以擁有8條執行緒,來提升Nehalem處理器運算的能力。

新一代處理器時脈比舊款低,售價差異不大

處理器走向多核心後,過去英特爾每推出新款處理器,時脈都會略微的提升,但到了Nehalem處理器,時脈反降不升。而且是所有的Nehalem處理器的時脈都不如上一代處理器,以新款Xeon X5570為例,時脈為2.93GHz,就比上一代X5470時脈數為3.33GHz,足足少了12%。平均來說,新一代Nehalem處理器相較上一代處理器,至少調降1成的時脈數。

英特爾以遊戲廠商遊戲橘子的內部測試數據來證明時脈,只是影響處理器效能的一個指標,他們認為效能必須經過整體的搭配才能顯現出來。在遊戲橘子的環境中,新一代Xeon處理器(2.8GHz)只需花費13秒就能完成7千筆資料的讀取,比起前一代處理器(3.4GHz)需要39秒,效能至少提升23%。

雖然新一代Nehalem處理器時脈較低,但在耗電量的表現上大都優於上一代處理器,以新一代X5560處理器來看,雖然時脈僅2.8GHz,但耗電量為95瓦,相較於上一代X5460,時脈雖然高達3.16GHz,但耗電量也是相當驚人,達120瓦。

在價格上,新舊處理器的價差並不明顯,以新一代高階的X5570與X5560處理器來看,售價則維持不變;但部分處理器,如X5550、E5540、E5530、L5520與E5520,與前一代價差約50美元至150美元,漲幅並不算相當大。

Nehalem伺服器比前一代貴2成,第四季可望降價

目前各家伺服器廠商都將陸續推出Nehalem伺服器,其中以IBM、NEC、富士通、泰安、蘋果與Dell的腳步較快,4月就推出Nehalem伺服器,而緊接著5月,包含宏碁、華碩與HP也將跟進。

從目前各家伺服器廠商所提供的報價來看,平均來說,相較於上一代,新一代伺服器的價格貴了5%至20%。其中,一線廠牌如IBM、HP與Dell高出20%,以Dell新一代PowerEdge R710伺服器來說,入門售價為8萬5千元,相較於前一代的2950入門售價僅7萬5千元,就有2成的價差。

日系廠牌如NEC與富士通來說,新一代伺服器最高分別貴了2成與1成。至於國廠品牌,像華碩高出15%至20%,宏碁的價差有5%至10%,至於另一家伺服器廠商神達旗下的泰安事業體(簡稱泰安),則維持與上一代相同的定價。這種差異,宏碁品牌產品行銷企畫處品牌產品行銷部經理陳國欽認為:「身為二線伺服器品牌,為了區隔與一線伺服器廠牌的售價,新款伺服器售價調漲的幅度有限。」

目前大多數伺服器廠商都藉由調高新產品的售價,來刺激舊款伺服器的銷售,也因此,臺灣伺服器市場到第二季結束都會以搭配舊款Xeon 5400系列處理器的機型為主,但到了第三季新一代Nehalem馬上變成主流伺服器,主要的原因是,到了第三季英特爾就會停止Xeon 5400系列的供貨。

截至目前為止,包含IBM、HP與宏碁都預計於今年第三季,停止上一代Xeon 5400系列伺服器的出貨,而NEC與富士通則計畫於6月與7月停止舊平臺伺服器出貨。

消費者到了第三季能買到舊款伺服器的機率也就降低,因此,伺服器經銷商ServerBank認為Nehalem處理器的上市,舊款x86伺服器降價出清的機會也減少許多。

王聰霖表示,此次Nehalem伺服器較舊款貴上2成,也是以往少見的,由於價差大,舊款伺服器降價的空間就有限。再加上,英特爾將於第三季停止舊款處理器的出貨,可以看見此次並不會出現清倉拍賣的時刻。

但最快到了第三季英特爾將會調降Nehalem處理器的售價,各廠商將跟著在第四季調降伺服器售價,王聰霖分析,由於明年第一季英特爾計畫推出另一款Nehalem處理器,英特爾勢必調降處理器售價,最快第四季將可買到較便宜的Nehalem伺服器。

AMD六核心下半年征戰伺服器市場

為了不讓英特爾Nehalem處理器專美於前,AMD原本預計於今年下半年推出首款6核心Istanbul處理器,則提前至5月推出,包含IBM與泰安都將於6月推出首款Istanbul伺服器,其他廠商則表示,會跟隨AMD的腳步推出6核心Istanbul伺服器。AMD副總裁暨伺服器工作站部門總經理Patrick Patla說:「Istanbul是對抗Nehalem處理器的利器。」

英特爾早在去年11月就推出首款6核心Xeon 7400系列(Dunnington)處理器,不過是採用封裝3顆雙核心的處理器。至於新一代Nehalem處理器,則只有4核心與雙核心版本,並沒有6核心版本,也就是說,Nehalem處理器足足比AMD Istanbul少了兩個核心。

Istanbul處理器特色,在於採用原生6核心架構,並內含Barcelona處理器架構,支援HyperTransport 3.0,在沿用了Socket F(1207)插槽,可相容於舊款Barcelona處理器的主機板,但Istanbul則是支援售價相對低廉的DDR2記憶體。神達旗下泰安事業體產品行銷經理林鴻豪說:「售價將是AMD Istanbul市場競爭的關鍵。」

Istanbul只支援到 DDR2,主要是因為價格,Patrick Patla表示,並不是 AMD技術無法跟上DDR3的腳步,而是目前DDR3記憶體售價還是偏高,預計到了2010年,DDR3價格才會是大家可以接受的程度,這也是AMD為何要等到2010年才推出支援DDR3的處理器。

原本英特爾預期去年DDR3記憶體模組出貨量將提升至2成5,且售價將貼近DDR2記憶體,並預計今年市場出現世代交替,但截至今日,目前主流的記憶體仍是DDR2,林鴻豪表示,目前DDR3 registered ECC 2GB伺服器記憶體售價約30美元至45美元,DDR2 2GB記憶體卻只有10美元。「不含DDR3記憶體的泰安伺服器售價還低於前一代伺服器,若加上 DDR3記憶體,售價馬上比前一代昂貴。」林鴻豪說。他也表示,Nehalem伺服器可以選擇較便宜且不具有高速緩存的DDR3 unbuffered記憶體,雖然還是比DDR2記憶體貴,但仍可降低整體成本。

伺服器處理器明年邁入8核心

英特爾推出首款Nehalem處理器後,緊接著預計於明年第一季針對4路以上伺服器環境,將推出8核心的Xeon 7500系列(Nehalem-EX)處理器,但大多數伺服器廠商都認為,Nehalem-EX只是小改款,雖然提升到8核心,但採用同樣的架構,變化不大。

Nehalem-EX同樣為45奈米處理器,每個核心同樣有2條執行緒,總執行緒達16條;它的每個核心的第二階快取仍為256kB,共享的第三階快取則提高至24MB,並內建4條QPI。

AMD則預計於2011年推出2款伺服器處理器,針對2路至4路伺服器環境,AMD將推出16核心Interlagos處理器,針對2路以下伺服器,將推出8核心的Valenica處理器。

根據AMD的規畫,16核心的Interlagos處理器將用於Opteron 6000系列,採用32奈米製程,單1臺伺服器的核心數將高達64個,並採用Socket G34插槽,並支援4通道的DDR3記憶體。8核心的Valenica 則將規畫於Opteron 4000系列處理器,採用32奈米製程,並採用新一代Socket C32插槽,並支援雙通道的DDR3記憶體。

臺灣世曦工程顧問公司資訊系統部正工程師張智欽說:「英特爾Nehalem處理器最吸引人的地方,就是內建記憶體控制器。」

 

 時脈是Nehalem伺服器推廣最大的難題 

對於伺服器原廠或經銷商來說,英特爾此次調降處理器時脈將造成推廣上的難題,ServerBank業務經理王聰霖表示,因為在過去兩年多以來,市場的主流時脈就是2.50GHz,以前一代Xeon 5400系列處理器來看,銷售最好一款就是Xeon E5420處理器,時脈就是2.50GHz。
他進一步表示,Xeon E5420的後繼者 Xeon E5520處理器,時脈則只有2.26GHz,雖然價格與前一代差不多,但 經銷商很難拿一顆時脈比前一代還低的處理器來說服消費者,因此,經銷商只好端出時脈為2.53GHz的Xeon E5540,但這款處理器要價744美元,與前一代相同時脈的E5520處理器相比(售價316美元),就貴了1萬5千元。王聰霖說:「要去跟客戶解釋,為何英特爾處理器架構改變就要多付1萬5千元,就是一個難題。」
此外,雖然目前大多數的應用程式都已經支援多核心的運作環境,但一些舊款軟體並無法利用到多核心的優點,要加快軟體速度,就要靠更快的處理器時脈,王聰霖表示,前一陣子,就有一個客戶在找一顆英特爾雙核心3.2GHz的處理器,但由於這顆處理器已經停產了,詳細詢問後,才得知原來是因為應用程式並不支援多核的運作環境,就算買了4核心的處理器,卻只會用到單核心,也因此,這位客戶最後寧願找一顆時脈較高且核心數較少的處理器。

 

 英特爾FSB與QPI架構的差異 

QPI採用直聯式架構,不但讓處理器與記憶體直接相連,甚至也強化多處理器的傳輸速度。另一家處理器大廠AMD早在2001年就採用HyperTransport匯流排技術,也是AMD Opteron處理器在HPC市場接受度較高的關鍵。

 

 Xeon處理器功能比較 

 

 英特爾& AMD伺服器處理器發展藍圖 

 

 Nehalem與Istanbul處理器比較表 

 

【相關報導請參考「Nehalem出擊,引爆伺服器世代交替」】


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