پردازنده AMD Opteron با 32 هسته: رقیب جدی اینتل در بازار سرورهای 2016

معرفی پردازنده‌های نسل جدید AMD: چالشی بزرگ برای اینتل

بازار پردازنده‌های سرور در سال‌های اخیر شاهد تسلط گسترده اینتل بوده است. در حال حاضر سهم AMD از بازار پردازنده‌های سرور چیزی کمتر از 2% است، رقمی که نشان‌دهنده فاصله قابل توجه این شرکت با رقیب اصلی خود می‌باشد. با این حال، AMD در نظر دارد تا در سال 2016 با عرضه پردازنده‌های Opteron جدیدی با 32 هسته پردازشی که مبتنی بر معماری جدیدی به نام Zen نیز خواهند بود، سهم خود را از اینتل پس بگیرد و جایگاه خود را در این بازار پرسود تثبیت کند.

معماری Zen نشان‌دهنده یک تحول بنیادین در رویکرد طراحی AMD است. این معماری جدید قرار است با بهبود عملکرد هر هسته (IPC) و افزایش کارایی انرژی، توانایی رقابت جدی با محصولات اینتل را به AMD بازگرداند. استفاده از فرآیند ساخت پیشرفته و بهینه‌سازی‌های معماری، AMD را قادر می‌سازد تا پردازنده‌هایی با تعداد هسته بسیار بالا و عملکرد حرفه‌ای عرضه کند.

پردازنده‌های APU مبتنی بر Zen: ترکیب قدرت پردازش و گرافیک

به لطف اطلاعات درز پیدا کرده از منابع مطلع صنعت، پیشتر از وجود واحدهای پردازشی شتاب‌یافته (APU) با 16 هسته پردازشی مبتنی بر معماری جدید Zen و بکارگیری حافظه با پهنای باند بالا (HBM) در این APU ها گفتیم. فناوری HBM یکی از نوآوری‌های کلیدی در طراحی حافظه است که با قرارگیری عمودی تراشه‌های حافظه و استفاده از اتصالات میکروسکوپی، پهنای باند فوق‌العاده بالایی را در اختیار پردازنده قرار می‌دهد. این امر به‌ویژه برای کاربردهای گرافیکی و محاسبات موازی بسیار حیاتی است.

اکنون طبق اطلاعات جدید که از طریق نقشه‌راه محصولات AMD فاش شده است، یک هیولای 32 هسته‌ای دیگر نیز در راه است؛ با این تفاوت اساسی که فاقد پردازنده گرافیکی مجتمع Greenland خواهد بود و به‌طور ویژه برای کاربردهای سرور طراحی شده است. این تصمیم طراحی منطقی است، چراکه در محیط‌های سرور معمولاً نیاز به توان پردازش گرافیکی بالا وجود ندارد و فضای تراشه می‌تواند به بهینه‌سازی قابلیت‌های پردازش مرکزی اختصاص یابد.

مشخصات فنی پردازنده Opteron 32 هسته‌ای: قدرت خالص پردازش

این پردازنده Opteron برای عرضه در سال 2016 زمانبندی شده و همانطور که از نامش پیدا است، بازار پردازنده‌های سرور را هدف خواهد گرفت. این بازار که شامل دیتاسنترها، سرورهای ابری، و محیط‌های محاسبات با عملکرد بالا (HPC) می‌شود، نیازمند پردازنده‌هایی با قابلیت پردازش چندنخی قوی و پایداری بالا است.

معماری حافظه کش پیشرفته

فضای زیادی که از حذف پردازنده گرافیکی Greenland بر روی تراشه بدست آمده، به حافظه کَش سطح L2 و L3 و همچنین گنجاندن تعداد بیشتری هسته پردازشی Zen x86 اختصاص داده شده است. این تصمیم طراحی تأثیر مستقیم بر عملکرد کلی سیستم دارد، چراکه حافظه کش بزرگتر به معنای دسترسی سریعتر به داده‌های پرکاربرد و کاهش نیاز به دسترسی به حافظه اصلی سیستم است.

ساختار سلسله مراتبی حافظه کش در این پردازنده به شکل بسیار هوشمندانه‌ای طراحی شده است. هر هسته پردازشی 512 کیلوبایت حافظه کش L2 اختصاصی دارد که در مجموع 16 مگابایت حافظه کش L2 را برای کل پردازنده فراهم می‌کند. این میزان حافظه کش L2 به هر هسته اجازه می‌دهد تا داده‌های کاری خود را به صورت مستقل و با تأخیر بسیار کم در دسترس داشته باشد.

علاوه بر این، هر چهار هسته پردازشی به 8 مگابایت حافظه کَش L3 بصورت مشترک دسترسی خواهند داشت که در مجموع 64 مگابایت حافظه کش L3 برای کل پردازنده فراهم می‌شود. این معماری اشتراکی برای کش L3 مزایای قابل توجهی دارد، از جمله امکان اشتراک‌گذاری کارآمد داده‌ها بین هسته‌های نزدیک و کاهش ترافیک به حافظه اصلی سیستم.

ساختار هسته‌های پردازشی و خوشه‌بندی

این پردازنده دارای 32 هسته پردازشی در دسته‌های چهارتایی (Clusters) خواهد بود که این معماری خوشه‌ای مزایای متعددی را به همراه دارد:

• بهینه‌سازی ارتباطات میان هسته‌ای: هسته‌های داخل یک خوشه می‌توانند با تأخیر کمتر با یکدیگر ارتباط برقرار کنند
• مدیریت انرژی هوشمند: امکان خاموش کردن کامل خوشه‌های غیرفعال برای کاهش مصرف برق
• مقیاس‌پذیری بهتر: توزیع کارآمدتر بار پردازشی بین خوشه‌های مختلف
• اشتراک منابع محلی: استفاده مشترک از کش L3 در داخل هر خوشه

امنیت در سطح سخت‌افزار

قابلیت‌های امنیتی این پلتفرم نیز همانند APU ها طراحی شده و شامل ویژگی‌های پیشرفته‌ای می‌باشد که برای محیط‌های سرور ضروری هستند. راه‌اندازی ایمن (Secure Boot) تضمین می‌کند که سیستم تنها با نرم‌افزارهای معتبر و امضا شده بوت می‌شود و از بارگذاری بدافزارها در مراحل اولیه راه‌اندازی جلوگیری می‌کند.

علاوه بر این، کمک پردازنده با توانایی رمزگذاری داده‌ها (Hardware-based Encryption) عملکرد رمزگذاری را به شکل چشمگیری افزایش می‌دهد. این قابلیت به‌ویژه برای سرورهایی که با داده‌های حساس سروکار دارند، مانند سرورهای مالی و پایگاه‌های داده پزشکی، اهمیت حیاتی دارد.

زیرساخت حافظه و پهنای باند بی‌نظیر

پردازنده Opteron نسل بعد با هشت کانال حافظه DDR4 تجهیز شده است که این تعداد کانال، پهنای باند بسیار بالایی را برای دسترسی به حافظه فراهم می‌کند. هر کانال حافظه حداکثر می‌تواند 256 گیگابایت حافظه را پشتیبانی کند که این میزان در مجموع ظرفیت حافظه سیستم را به 2 ترابایت می‌رساند. این ظرفیت عظیم برای کاربردهای تجزیه و تحلیل داده‌های بزرگ (Big Data)، پایگاه‌های داده در حافظه (In-Memory Databases)، و ماشین‌های مجازی‌سازی با تعداد زیاد VM ها بسیار مناسب است.

استفاده از فناوری DDR4 نسبت به نسل قبلی (DDR3) مزایای متعددی دارد، از جمله سرعت بالاتر، مصرف انرژی کمتر، و ظرفیت ماژول‌های بزرگتر. این ویژگی‌ها در محیط‌های دیتاسنتر که هزینه برق و فضای فیزیکی اهمیت زیادی دارد، بسیار حائز اهمیت است.

قابلیت‌های اتصال و توسعه‌پذیری

چیپست همراه این پردازنده نیز با ویژگی‌های پیشرفته‌ای طراحی شده است. پشتیبانی از شکاف‌های توسعه PCIe نسل سوم امکان اتصال کارت‌های گرافیک حرفه‌ای، کارت‌های شبکه پرسرعت، و دستگاه‌های ذخیره‌سازی NVMe را فراهم می‌کند. PCIe 3.0 نسبت به نسل قبلی پهنای باند دو برابری دارد که برای انتقال داده‌های حجیم ضروری است.

چیپست از درگاه‌های SATA برای اتصال دستگاه‌های ذخیره‌سازی سنتی، چهار درگاه شبکه 10GbE برای ارتباطات پرسرعت در شبکه‌های دیتاسنتر، و هاب کنترلر سرور برای مدیریت از راه دور و نظارت بر سلامت سیستم پشتیبانی می‌کند. این قابلیت‌ها در مجموع یک پلتفرم سرور کامل و حرفه‌ای را تشکیل می‌دهند.

APU های نسل جدید: همگرایی CPU و GPU با معماری Zen

همزمان با توسعه پردازنده‌های سرور، AMD در حال آماده‌سازی یک APU جدید مبتنی بر معماری Zen با 16 هسته پردازشی است که پیشتر به جزئیات آن پرداختیم. این APU ها بازار دسکتاپ‌های حرفه‌ای و ایستگاه‌های کاری (Workstation) را هدف قرار داده‌اند. با این حال این پلتفرم جدید تا به این لحظه نامگذاری رسمی نشده است اما ظاهراً در سال 2016 جانشین پلتفرم Godaveri خواهد شد که نشان‌دهنده تکامل مداوم خط تولید AMD است.

ویژگی‌های حافظه و ارتباطی APU ها

این تراشه APU دارای چهار کانال حافظه DDR4 خواهد بود که نسبت به پلتفرم‌های دسکتاپ معمولی با دو کانال حافظه، پهنای باند دو برابری را فراهم می‌کند. این پهنای باند بالاتر به‌ویژه برای پردازنده گرافیکی مجتمع که با حافظه سیستم به اشتراک گذاشته می‌شود، حیاتی است. همچنین پشتیبانی از PCIe 3.0 امکان افزودن کارت‌های گرافیک مجزا یا سایر کارت‌های توسعه را فراهم می‌کند.

معماری کش در APU های Zen

از آنجایی که در معماری Zen هر چهار هسته پردازشی کش L3 مشترک دارند، به احتمال زیاد هسته‌های پردازشی به دسته‌های چهارتایی تقسیم می‌شوند. این در حالی است که کش L2 هر هسته پردازشی اختصاصی و صرفاً در اختیار همان هسته خواهد بود. این ساختار سلسله‌مراتبی به تعادل بهینه‌ای بین عملکرد تک‌نخی و چندنخی دست می‌یابد.

فناوری Coherent Fabric: پل ارتباطی CPU و GPU

یکی از نوآوری‌های کلیدی در APU های جدید AMD، استفاده از مسیر ارتباطی پیشرفته‌ای به نام "Coherent Fabric" است. هسته‌های پردازنده مرکزی (CPU) این APU از طریق این مسیر ارتباطی مخصوص با پردازنده گرافیکی مجتمع Greenland در ارتباط خواهند بود. این فناوری اجازه می‌دهد تا CPU و GPU به صورت یکپارچه و با تأخیر بسیار کم با یکدیگر داده‌ها را مبادله کنند.

این پیکربندی برای معماری ناهمگن (HSA - Heterogeneous System Architecture) بسیار مناسب است و می‌تواند سیستم را به یک غول در محاسبات موازی و سریع مبدل کند. در معماری HSA، وظایف مختلف به صورت هوشمند بین CPU و GPU توزیع می‌شوند تا هر واحد کاری را انجام دهد که بیشترین کارایی را در آن دارد. برای مثال، محاسبات موازی ساده به GPU و کدهای پیچیده و شاخه‌دار به CPU واگذار می‌شود.

حافظه HBM نسل دوم: انقلاب در پهنای باند

با توجه به بازه زمانی طراحی و عرضه این پردازنده‌ها در سال 2016، انتظار می‌رود که به نسل دوم حافظه‌های HBM (High Bandwidth Memory) تجهیز شده باشند که عملکرد بسیار بهتری نسبت به نسل نخست ارائه می‌کند. HBM2 ظرفیت بیشتر، پهنای باند بالاتر، و مصرف انرژی کمتری نسبت به HBM نسل اول دارد.

مزایای استفاده از HBM2 شامل موارد زیر است:

• پهنای باند فوق‌العاده: چند برابر پهنای باند نسبت به حافظه‌های GDDR5 سنتی
• فضای کمتر روی برد: به دلیل قرارگیری عمودی و چیدمان 3D
• کاهش مصرف انرژی: ولتاژ کاری پایین‌تر و فاصله کمتر بین پردازنده و حافظه
• تأخیر کمتر: به دلیل فاصله فیزیکی بسیار کم بین تراشه‌ها

کاربردهای بالقوه و بازارهای هدف

پردازنده‌های جدید AMD با این مشخصات می‌توانند در بازارهای مختلفی مورد استفاده قرار گیرند:

دیتاسنترها و محاسبات ابری

با 32 هسته پردازشی و حافظه کش عظیم، این پردازنده‌ها برای میزبانی تعداد زیادی ماشین مجازی یا کانتینر ایده‌آل هستند. شرکت‌های ارائه‌دهنده خدمات ابری می‌توانند تراکم بیشتری از سرویس‌ها را روی هر سرور فیزیکی میزبانی کنند.

تحلیل داده‌های بزرگ

ظرفیت حافظه بالا (تا 2 ترابایت) و تعداد زیاد هسته‌ها، این پردازنده‌ها را برای پردازش و تحلیل مجموعه داده‌های عظیم بسیار مناسب می‌کند. کاربردهایی مانند Apache Spark، Hadoop، و پایگاه‌های داده NoSQL می‌توانند به طور کامل از این قابلیت‌ها بهره ببرند.

محاسبات علمی و مهندسی

شبیه‌سازی‌های علمی، تحلیل عناصر محدود، و محاسبات دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) نیازمند قدرت پردازش چندنخی بالایی هستند که این پردازنده‌ها می‌توانند فراهم کنند.

چشم‌انداز آینده: رقابت تنگاتنگ با اینتل

با عرضه این نسل از پردازنده‌ها، AMD قصد دارد جایگاه خود را در بازار سرورها تقویت کند. موفقیت این استراتژی به عوامل متعددی بستگی دارد، از جمله عملکرد واقعی محصولات، قیمت‌گذاری رقابتی، و پشتیبانی اکوسیستم نرم‌افزاری. با این حال، ترکیب تعداد هسته بالا، حافظه کش فراوان، و فناوری‌های نوین مانند HBM2 و Coherent Fabric، آینده‌ای امیدوارکننده برای AMD ترسیم می‌کند.

سال 2016 می‌تواند نقطه عطفی در رقابت بین AMD و اینتل باشد و بازار پردازنده‌های سرور را وارد دوران جدیدی از نوآوری و رقابت کند که در نهایت به نفع مصرف‌کنندگان نهایی خواهد بود.