美商應微X-Gene 3即將登場 完整布局資料中心解決方案
- 尤嘉禾／台北
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美商應微(Applied Micro Circuits Corporation)連續4年在台灣招開ARM新趨勢研討會，2016年5月26日在聲勢浩大、現場擠滿貴賓的台北寒舍艾美酒店2F軒轅廳的會場，證明AppliedMicro的64位元 解決方案真的打響了名號。
AppliedMicro舉辦年度技術研討會，現場除了分享ARM 64-bit技術趨勢主題之外，為了向業界介紹其技術社群在AppliedMicro的雲端平台所開發的最新產品，也邀請包括英商邁倫科技股份有限公司(Mellanox)，以及Red Hat與American Megatrends(AMI)的演講者一起共襄盛舉，同步也展示由台灣的生態系統合作夥伴技嘉、緯創與神達電腦所製造與共同開發的伺服器主機系統，一一羅列高階機架式設備與系列產品。
從雲端運算技術與資料中心的蓬勃與快速發展之下，為了滿足超大規模(Hyperscale)資料中心的軟硬體規格，包括系統基礎架構、網路與各式各樣的電腦裝置與運算系統提供者，都同時受到接踵而至的創新科技所導引的技術挑戰。另一方面，傳統的金融服務業與銀行，都因為新興的金融科技(Fintech)的問世，加速各式各樣的企業服務邁向雲端部署，資料中心建置與高速網路設備投資，尤其數以億計的行動連網裝置、感測器所打造的物聯網服務(Internet of Things)，以及大數據分析的趨勢所推波助瀾之下，為各行各業帶來革命性的進展。
長久以來，ARM核心的處理器除了絕佳的運算效能之外，最受矚目與為人津津樂道的，就是低功耗、省電的特長，在伺服器的中央處理器(CPU)邁向64位元的主流架構之後，ARMv8伺服器架構所設計的微型伺服器(Microserver)的核心處理器，迅速攫取市場的青睞。
AppliedMicro位於美國加州聖塔克拉拉(Santa Clara)，同時也是NASDAQ掛牌的股票上市半導體設計公司，看到了高性能、高密度、超低功耗的雲端基礎架構和資料中心解決方案的主流趨勢，從2009年底開始，淘汰了以PowerPC為主的核心處理器，投入64位元處理器開發，並於2010年初，成為全球第一家取得ARMv8伺服器架構授權的業者，積極投入ARM 64位元微型伺服器處理器開發，第一代X-Gene產品已於2014年量產，立即成為市場上第一個進軍資料中心的高階運算、雲端架構與網路聯網解決方案的64位元ARM核心處理器。2015年乘勝追擊，再發表第二代的X-Gene2產品，而且在嵌入式系統(Embedded system)解決方案上，也相繼發表HeliX 1與HeliX 2晶片，為廣大的週邊應用與網路系統，預先鋪好一條康莊大道。
AppliedMicro的資深產品市場總監Benjamin Niu首先以「ARM伺服器市場趨勢與產品更新以及節電系統已來臨」主題揭幕，他從今年度財報營收上，分析AppliedMicro在2016的產品應用別的結構，有43%從運算應用貢獻營收，而57%由網路連接的應用而來，就地域別來看，AppliedMicro仍以北美市場為大宗，佔了48%，第二位的亞太區佔37%，其餘15%由歐洲地區的客戶所貢獻。全球員工超過550人，在印度、大陸、台灣、越南與德國設有辦公室與分公司。
AppliedMicro所設計的晶片滿足有效降低整體擁有成本(Total cost of ownership)的需求，由於資料中心在受到相關經營成本、土地使用限制，以及環境保護議題的考量下，必須要大幅降低系統功耗，並同時增加硬體密度與提升用戶使用經驗的要求，除了應用於資料中心的伺服器系統之外，AppliedMicro特別針對資料中心，所需要的高速而穩定的資料通訊用途所需求，而設計完整系列的網路連通晶片產品，其中還包括網路高階路由器、網路儲存伺服器(network-attached storage)等機架式網路設備。
X-Gene系列CPU出類拔萃的可擴充性效能與廣泛的應用
Benjamin針對AppliedMicro幾個CPU產品線的發展，以及雲端資料中心的應用與解決方案，做一個完整的比較，產品上共分成三個主要的產品線：
第一、X-Gene架構系列的高階運算效能應用產品線，目前已經有X-Gene1與X-Gene2提供完整台積電先進製程生產的CPU晶片，滿足不同雲端伺服器使用者的需求，由於新一代的資料中心伺服器必須能處理巨量的未結構化資料、開放雲(open cloud)、10/40/100/400Gbps速度以及一對多的處理能力，因此客戶期望能建置具高度安全性、低延遲(latency)、高度可擴充性(scale-out)、並能支援大數據分析的雲端資料中心，而且能將TCO降至最低，X-Gene架構就是為了克服這些現今資料中心的挑戰而設計的。
第二、HeliX系列為主嵌入式系統產品線，其中HeliX 1自2014年第三季上市，而28奈米製程的HeliX 2產品，因採用無風扇散熱設計，發展出ISP或雲端機房中所需要的遠端管理使用的嵌入式系統。
第三、高速網路連通設備應用，這是延續AppliedMicro舊有的X-Weave的完整系列的網路連通晶片產品，成功的將多個客製化核心整合高功能類比及混合訊號輸出入功能的X-Gene晶片，特別針對資料中心，所需要的高速、低功耗而穩定的資料通訊用途所需求，包括10/ 100/400Gbps的Optical Transport Network(OTN) framer/PHY，以供電信業者建置光纖傳輸網路，嶄露頭角。
Benjamin不諱言地指出，今天伺服器產業所使用的CPU仍以Intel的x86處理器為主，幾乎囊括了95%以上的市場佔有率，取得壓倒性的優勢，也為Intel帶來160億美元的營收，以及高達49%的營業利益率(Operating Margin)，但是隨著節能、省碳的環保意識抬頭，以及更多的ARMv8軟體的生態系統釋出更多的解決方案之後， AMR預估到達2020年時，整體ARM陣營的伺服器處理器有機會取得25%的市佔率，為了能夠與主流的x86陣營一搏，AppliedMicro的CPU產品線，再接再厲，延續前兩代X-Gene的技術架構與400為工程師多年所打造的64位元ARM核心的基礎，開發下一世代的X-Gene 3處理器。
新旗艦機種 X-Gene 3誕生 朝向高負載的主流電腦運算應用出發
AppliedMicro的新X-Gene3的處理器具備32核心ARMv8處理單元，提供單一通道的運算效能足以與高階Xeon E5/E7處理器匹敵的能力，由於大部分的應用都會遇到處理器的速度再快，往往會被單一通道的傳輸速度所侷限的窘境，結果發現無論處理器運算效能不斷放大，我們發現真正的效能瓶頸都發生在執行緒(threads) 間的資料傳遞效能，也就是執行緒資源使用造成應用服務延滯(application latency)。
為了解決資料傳輸效能的障礙，目前X-Gene 3的處理器支援八個DDR4記憶體通道，最大DRAM記憶體容量達1TB，打敗了Xeon E5處理器的記憶體頻寬的效能優勢。X-Gene 3的處理器以ARM Server Base System Architecture Level 3架構，持續以低功率特性，以及毫無遜色的系統效能，凌駕於競爭對手的表現，透過高效能與低功耗，特別適於包括內存記憶體資料庫系統(in-memory databases)、大數據分析、機器學習(Machine Learning)、網路搜尋 和高效能運算(High Performance Computing；HPC)用途，以因應新興雲端資料中心每天所要面臨的水漲船高的工作負載。
X-Gene 3規格
32核心處理器，最高可達3GHz時脈、32 KB I-cache/D-cache、每2個核心共用256 KB Level 2記憶體、32MB L3快取記憶體容量、8個記憶通道，最快速度到DDR4-2667記憶體規格，支援ECC、ChipKill和DDR4 RAS功能、具備FPU支援ASIMD指令集。
IO系統規格
42 lanes PCIe Gen 3.0/8個控制器、4x SATA 3.0埠，2xUSB 2.0埠，1 x RGMII埠、支援企業RAS 功能、支援IO虛擬化硬體(System MMUv2)。X-Gene 3即將於2016年下半年開始陸續送樣。
Mellanox端對端互連解決方案 提供100Gb/s的網路連線速度
隨著更多的智慧型連網裝置上市，IoT的應用不斷改變企業的商業模式，萬物互連的基礎之下，讓資料如滾雪球般的呈指數型成長，資料中心所處理的資料量都是與時俱增，面對即時存取資料的殷切的需求，需要具備靈活性和延展性的網路基礎架構解決方案，以便處理急劇增多的資料集，同時從營運和資本支出的角度保持成本效益，解決資料中心的端對端互連(End-to-End Interconnect)解決方案的議題，就成為這次研討會的另一個重點。
位於美國加州的英商邁倫科技(Mellanox)是提供端對端互連技術的領導廠商，其產品線從ASIC晶片、網路介面卡、網路處理器(NPU)、乙太網路交換器，可以說涵蓋資料中心整合交換器與實體層解決方案的完整技術提供者，主講人Assaf Azrilevich以「Many-Core Platform Driven By Mellanox E2E Interconnect」專題，簡報Mellanox為了全面性支援100Gb/s的超高速傳輸技術的產品，提供包括ConnectX-4系列的乙太網路介面卡、SwitchIB-2系列與Spectrum系列的網路交換器，以及LinkX光纖或銅線的高速傳輸器與配線。
由於資料中心大量部署虛擬化技術，在VM與CPU處理的過程中，往往因為大量資料的遷移，大量耗費處理器實際的運算效能，有鑑於此，Mellanox的Multi-Host的技術，讓多個VM運算和儲存主機與單一ConnectX-4乙太網路介面卡相連，一舉省下在傳統架構上數張網路卡的成本，同時透過包括對RDMA over Converged Ethernet(RoCE)、乏態卸載引擎和GPUDirect的本機硬體支援，可以大量提升資料中心內的資料移轉的效能。Assaf舉Facebook使用ConnectX-4乙太網路介面卡架構OCP Multi-Host Platform (Yosemite)平台的成功案例，發揮優秀的TCO效能，節省資本資出。
另外，Mellanox的Spectrum 10/25/40/50和100 Gigabit乙太網路交換器，Mellanox現在能夠針對雲端、Web 搜尋、資料分析、人工智慧和企業資料中心提供全面、世界領先的端對端乙太網路解決方案。借助Mellanox乙太網路解決方案，資料中心用戶和管理人員可將性能從10Gbps升級至25Gbps，或者從40Gbps升級至50Gbps或100Gbps。對處理大量資料的需求提供支援，降低延遲，同時在工作負載密集的雲端資料中心提供即時資料查詢與處理的結果。
另一個成功的個案是微軟的Azure的雲端服務，由於SSD固態硬碟的大量使用，在高效能的雲端伺服器，由於儲存速度快，微軟藉由Mellanox技術讓Azure服務達到40GbE埠的配置，節省大量的資本支出，提升Azure的服務水準。
Red Hat的RHEL商業版本支援全系列X-Gene 晶片
紅帽科技(Red Hat)主講人Shang Wu，講述「Red Hat Enterprise Linux Server for ARM」，Red Hat在ARM架構下的平台發展的軟體生態系統已經超過5年的時間，由於開放原始碼(Open Source)的技術社群，希望ARM架構下的環境，能夠為企業IT的雲端部署提供更大的彈性，所以ARM陣營成員一直希望將伺服器等級的處理器晶片引入這一領域，從而為資料中心帶來更多足以取代X86架構的替代軟體應用與機制。
Shang提及Red Hat開發在ARM架構下的LINUX的產品歷程，如同Red Hat的標準流程一樣，第一階段先以參與(Participate)方式在技術社群中先建立初始專案，讓技術社群的力量可以投入，做為起步，Red Hat在2011年3月份，率先成立Red Hat的ARM工作小組，從32位元伺服器架構開始，分別以OpenJDK模組將Linux環境移植到ARM架構。
第二個階段就是整合(Integrate)，一旦專案成型，就進行整合並扶植到開放技術平台，也就是在2014年12月第一次將ARM 64位元放到Fedora 21的軟體發行中，通常Fedora導入這些新技術與功能之後，直到這些技術較為成熟後，才移植到RHEL(Red Hat Enterprise Linux)的下一個版本，也就是第三個階段，穩定(Stabilize)技術版本的發行，把開放技術平台上的軟體加以組合成RHEL商業發行版本，並提供生態系統的服務支援與認證，在2015年6月Red Hat發布Red Hat Enterprise Linux Server for ARM Development Preview產品時，一共有超過75個技術社群的技術領導者、開發商與包括OEM/ODM/ISV/IHV軟硬體生態系統廠商，一起參與合作。
由於超融合(Hyper Converged)與軟體定義網路(Software Defined Network)應用風潮興起，陸續運用了伺服器虛擬化技術、多節點的叢集運算與容錯架構，以及軟體化的儲存系統，讓資料中心運算資源與儲存資源的整合工作，迅速完成，因此，儲存系統不只是走向由軟體來定義的動態調配資源作法，同時還要能支援超大規模儲存環境(Hyper Scale Storage)的建置，在儲存容量上不只是能做到橫向擴充(Scale-out)，甚至需達到無限擴充的理想。
所以Red Hat也在ARM 64位元環境發展Ceph以便達成雲端機房的儲存擴充的需求，可同時提供物件儲存(Object Storage)、區塊儲存(Block Storage)與檔案系統的服務，本身是由多臺伺服器所架構起來，也具有強大的橫向擴充規模能力與容錯機制。讓低成本開放架構的硬體系統，以及開放源碼(Open source software)組織所組成的開放軟體解決方案，有助於ODM設計製造見長的台灣廠商得以擁抱一個全新的舞台，可以在儲存伺服器市場上大舉攻城掠地。
目前Red Hat的RHEL Server for ARM版本已經完整的支援X-Gene 2處理器，而新登場的X-Gene 3也即將開嶄新的合作機會。
AMI的Aptio與MegaRAC的BIOS技術提供UEFI規格與遠端控制完整功能
美商安邁(AMI)在X-Gene平台上開發ARM 64位元的UEFI韌體，已經超過5年的投資，技術還涵蓋行動與pre-boot應用程式、儲存解決方案、伺服器遠端管理等功能，Aptio的BIOS產品線已經支援X-Gene 1和X-Gene 2處理器，而目前也積極參與X-Gene 3的合作。目前AMI是AppliedMicro的CRB BIOS的提供者，同時提供對OEM/ODM等生態系統的硬體廠商的支援。
對於需要能夠以快速、高品質連線，用來做為資料中心伺服器遠端控制工具，AMI開發MegaRAC系列的韌體，使系統管理員在無需作業系統開機(Out-of-Band)與作業系統種類無關兩個條件下，擁有完整的伺服器控制權，包括電源管理，KVM重定向和虛擬媒體。另外針對資料中心的橫向擴充所制定的Redfish規格，也開始啟動支援的序列，為下一世代的資料中心標準預作鋪路。
目前AMI的Aptio與MegaRAC韌體已經對OEM/ODM領導廠商提供廣泛支援並受到硬體廠商的採用。
上述這些軟體生態系統已經為X-Gene系列處理器建構基礎架構，讓AppliedMicro資料中心的解決方案更臻完整，也展示出完整的生態系統的進展，讓與會的來賓有比較完整的產品開發概念，透過這個研討會，AppliedMicro揭露X-Gene 3的新世代處理器與應用發展，讓競爭對手刮目相看，尤其在超大型資料中心等重視高階運算效能的領域，期望在競爭激烈的64位元伺服器平台上，為台灣的廠商持續推動產品差異化，並且探索ARM伺服器的未來無限的可能。
