Привет, Хабр! С вами снова ServerFlow, и сегодня мы хотим поговорить о необычном железе – серверных SoC процессорах, предназначенных для встраиваемых систем. Наверное, ни для кого не секрет, что компания Intel за долгие годы своего существования выпустила огромное количество семейств процессоров, отличающихся друг от друга различными характеристиками. Однако у Intel есть линейка серверных процессоров SoC с повышенным уровнем интеграции, которая кардинально отличается от других семейств чипов — Intel Xeon D. Эта линейка, основанная на архитектуре Ice Lake, использует сокеты BGA и интегрированные сетевые адаптеры Intel Ethernet с пропускной способностью 50-100 Гбит/с. Сегодня мы расскажем вам, что представляет собой эта серия процессоров и в чем заключаются их отличительные особенности.
Зачем нужны Intel Xeon D?
В отличие от большинства процессоров, ориентированных достижение максимальной производительности, чипы Xeon D разработаны для применения в узком спектре сфер, таких как Edge Computing и IoT. С помощью Xeon D можно создавать компактные вычислительные устройства, которые могут быть интегрированы в инфраструктурные узлы, такие как вышки сотовой связи, светофоры и другие элементы современной цифровой экосистемы. Все это достигается благодаря SoC(системе на кристалле) — на одной подложке с кристаллом процессора размещаются и другие компоненты - сетевой адаптер, чипсет. Стоит отметить, что в других продуктах Intel эти компоненты распаиваются в виде обособленных BGA-микросхем, из-за чего они занимают больше места и требуют дополнительной обвязки из SMD-компонентов. Благодаря однокристальной компоновке системы на базе Xeon D имеют компактный форм-фактор, а также увеличивается общая надежность системы. Один из главных недостатков Intel Xeon D заключается в том, что они построены на сокетах формата BGA — процессоры припаиваются к материнской плате. Из-за этого чипы невозможно заменять также свободно, как на привычных сокетах LGA, что весьма неудобно.
Поддерживаемые технологии
Во все серии процессоров Intel Xeon D интегрирован ряд технологических решений, которые позволяют этой линейке стать флагманской в нише встраиваемых систем.
Intel QuickAssist Technology (QAT). Набор API, ускоряющий шифрование и сжатие данных без потерь, а также увеличивает скорость выполнения криптографических задач;
Intel Advanced Encryption Standard New Instructions (AES-NI). Ускоритель шифрования данных, хранящихся на жестких дисках и в оперативной памяти, тем самым увеличивая показатель защиты передаваемой информации;
-
Intel Deep Learning Boost. Технология предназначенная для ускорения задач глубокого обучения на процессорах Intel. Она включает в себя набор инструкций, таких как AVX-512 VNNI и AVX-512 BF16, которые улучшают производительность при выполнении операций, связанных с глубоким обучением, например, свёрточных нейронных сетей;
Технические характеристики Intel Xeon D
16-ти ядерный Intel Xeon D-2775T прикрытый пассивным радиатором для отвода тепла в материнской плате Supermicro X12SDV-16C-SPT8F Актуальные однокристальные 64-разрядные процессоры Intel Xeon D построены на архитектуре Ice Lake с ядрами Sunny Cove. В конфигурации этих чипов имеется встроенный сетевой адаптер Intel Ethernet с пропускной способностью 50-100 Гбит/с. Благодаря интегрированному адаптеру, снижаются задержки и увеличивается эффективность обмена данными между ядрами процессора и сетевым контроллером. Несмотря на интеграцию сетевого адаптера, инженеры Intel предусмотрели поддержку дополнительных 32 линий PCI Express 4.0, а также контроллеры USB 3.0, SATA 3.0 и других периферийных устройств. Несмотря на свои скромные габариты, Intel Xeon D имеет 4-х канальный контроллер DDR4-3200 Mhz с поддержкой полноценной серверной памяти ECC REG. Благодаря этому Xeon D может поддерживать до 1 ТБ памяти. В компактном Xeon D компания Intel смогла разместить от 2 до 20 ядер на сравнительно высокой тактовой частоте свыше 3 ГГц, при этом сохраняя весьма низкий TDP — от 40 Вт (Xeon D 1712TR) до 129 (Xeon D 2796TE) Вт.
На данный момент есть 2 актуальные линейки процессоров семейства Xeon D — Xeon D-1700 и Xeon D-2700. Обе серии имеют интеграцию с технологией Intel Deep Learning Boost, благодаря чему их можно использовать для работы с различными приложениями, использующими искусственный интеллект. Тем не менее, в других аспектах эти технологии имеют некоторые различия. Рассмотрим, чем отличаются эти серии и для выполнения каких задач они подойдут.
Intel Xeon D-1700
Высокопроизводительный одноплатный компьютер XPedite7771 на базе Intel® Xeon® D-1700 и 48 GB DDR4. Примечательно, что CPU имеет встроенный 100GBASE-KR4 в столь компактном корпусе Серия Xeon D-1700 на сокетах BGA2227 потребляет меньше энергии и ориентирована на задачи с умеренными требованиями к производительности и предназначена для встроенных систем, облачных приложений и систем управления. Эти процессоры подойдут для виртуализации, развертывания малых и средних бизнес-приложений, имеют трехканальный контроллер памяти, а также предлагают расширенные функции управления энергопотреблением. Xeon D-1700 также имеет поддержку Intel Deep Learning Boost, но с меньшим количеством функций по сравнению с D-2700.
Число ядер — до 10 шт;
Число каналов памяти — 3x DDR4 2933Mhz;
Максимальный объем памяти — до 348 ГБ;
Максимальная частота — до 3.5 Ггц;
TDP — от 25 Вт до 90 Вт.
Intel Xeon D-2700
Мезонинный процессорный модуль Advantech SOM-D580 форм-фактора COM-HPC® Size D может быть укомплектован топовым Xeon D D-2796TE c 20 ядрами архитектуры Ice Lake Процессоры серии Xeon D-2700 на сокетах BGA2579 были разработаны с акцентом на высокую производительность и специализированные вычисления. Они предлагают большие вычислительные возможности и более высокую пропускную способность памяти с четырехканальными контроллерами. Серия D-2700 также имеет расширенные функции безопасности и управления памятью. В отличие от серии Intel Xeon D-1700, в процессоры В-2700 интегрирована технология Intel QAT, которая увеличивает скорость шифрование и сжатия данных, а также эффективно распределяет нагрузку на ядра, что делает эти чипы эффективным решением для широкого спектра задач.
Число ядер — до 20 шт;
Число каналов памяти — 4x DDR4 3200Mhz;
Максимальный объем памяти — до 1 ТБ;
Максимальная частота — до 3400 Ггц;
TDP — от 65 Вт до 129 Вт.
Интегрированный сетевой адаптер в Xeon D
Слайд Intel повествующий о ключевых преимуществах встроенного сетевого адаптера в процессоры Xeon D 1700/2700 Благодаря однокристальной системе, процессоры Xeon D имеют встроенный сетевой адаптер Intel Ethernet. Эти контроллеры поддерживают программируемую обработку данных на скорости до 100 Гбит/с, а также в них интегрирована технология RDMA (Remote Direct Memory Access).
RDMA — технология, предоставляющая прямой удаленный доступ к памяти компьютера без использования ресурсов ОС. Благодаря ней пересылка данных осуществляется с низкой задержкой и высокой пропускной способностью. RDMA особенно полезна при использовании в больших параллельных вычислительных системах, например, инфраструктурах для виртуализации и дата-центрах. Работа технологии RDMA обеспечивается протоколами удаленного доступа к памяти iWARP и ROCE.
Помимо этого, встроенный адаптер Intel Ethernet имеет систему управления доступа к данным и поддержку функций RSS для распределения пакетов данных между ядрами процессора. Также сетевой адаптер для серии процессоров D-2700 имеют дополнительную особенность, а именно поддержку коммутатора пакетов данных. Встроенный адаптер Intel Ethernet — это продвинутое решение, поддерживающее актуальные технологии, присущие отдельным сетевым продуктам от Intel и Mellanox, что делает его серьезным конкурентным преимуществом для процессоров Xeon D.
Сферы применения Intel Xeon D
Ввиду того, что Xeon D сохраняют высокую производительность и энергоэффективность в своем компактном форм-факторе, эти чипы находят широкое применение в маломощных инфраструктурах с высокой плотностью монтажа оборудования. Xeon D интегрируются в системы на базе микро-серверов 1U и 2U, так как из-за компактности материнской платы, процессоры имеют значительные ограничения по длине корпуса оборудования. Например, Xeon D подойдут для Дата-центров, а также различных инфраструктур для развертывания корпоративных приложений и сетевых коммуникаций.
Но эффективнее всего Intel Xeon D могут показать себя в таких направлениях, как Edge computing, работа с видеопотоками и обучение ИИ. Рассмотрим более подробно, почему Xeon D так полезны при интеграции в этих нишах.
Edge computing
Портативный сервер Supermicro, предназначенный для наружного (уличного) размещения, представляет собой решение для экстремальных условий эксплуатации. Благодаря использованию процессоров Xeon D, устройство способно работать в широком диапазоне температур от -40°C до +46°C. Особенно широкое применение процессоры Intel Xeon D нашли в сфере краевых вычислений. Процессоры Intel Xeon D идеально подходят для встраиваемых систем, в которых компактность и надежность имеют решающее значение. В отличие от других чипов линейки Xeon, которые не имеют подобающих технических характеристик Xeon D успешно работают в промышленных ПК, устройствах с малых форм-фактором и герметичных безвентиляторных устройствах, обеспечивая непрерывную работу систем в самых жестких условиях. Это достигается благодаря расширенным температурным диапазонам сокета BGA. Помимо этого, с помощью функций RAS, консолидации рабочих нагрузок и проверке единой программной платформы сразу для нескольких приложений, процессоры Xeon D можно успешно интегрировать в различные системы управления в реальном времени. С учетом всего этого процессоры Xeon D обеспечивают производительность серверного уровня в рамках своего скромного форм-фактора.
Искусственный интеллект и машинное обучение
Процессоры Intel Xeon D серий Xeon D-1700 и Xeon D-2700 оснащены технологией Deep Learning Boost, которая существенно улучшает производительность задач, связанных с искусственным интеллектом и глубоким машинным обучением. Intel DL Boost включает в себя специализированные инструкции, которые оптимизируют вычисления с плавающей точкой и целыми числами, в разы ускоряя обучение нейросетей. Благодаря технологии Deep Learning Boost линейка встраиваемых процессоров Xeon D не отстает от современных тенденций и способствует развитию индустрии AI и машинного обучения.
Дальнейшее развитие Xeon D
Обновленная линейка чипов Xeon D 1800/2800 Сегодня на официальном сайте Intel имеется информация о планах выпуска обновлённых линеек процессоров Xeon D 1800/2800 в 4 квартале 2024 года. К сожалению, обновление не принесет значительных изменений, так как новые процессоры по-прежнему будут основаны на устаревшей архитектуре Ice Lake D. Тем не менее, планируется увеличение числа ядер и интеграция технологии Intel Speed Select, что может положительно сказаться на оптимизации теплового пакета процессоров. Вероятно, столь незначительное обновление связано с финансовыми трудностями Intel, что вынуждает компанию экономить. Несмотря на это, Xeon D остается лидером в области построения систем для Edge Computing и IoT.
Итоги
Глядя на все эти отличительные характеристики, процессоры Intel Xeon D можно с уверенностью назвать по-настоящему уникальным продуктом, которому удалось охватить огромное количество ниш — от краевых вычислений в суровых условиях эксплуатации до работы с искусственным интеллектом. Компактность однокристальной системы, термоустойчивость сокета BGA, встроенный сетевой адаптер с пропускной способностью до 100 Гбит/с, а также изобилие полезных технологий делают Intel Xeon D идеальным решением для сектора Edge computing и интернета вещей. Если вы ищите компактную и надежную серверную систему, то процессоры Intel Xeon D могут оказаться отличным решением для интеграции в вашу сетевую инфраструктуру.
Комментарии (34)
nckma
31.08.2024 21:33Сколько стоят модули? Поискал в российском интернете, кое где пишут: цена по запросу..
kenskiy Автор
31.08.2024 21:33Касательно стоимости, этот вопрос действительно обычно находится за завесой тайны. У нас было несколько запросов от клиентов на такие системы(материнская Супермикро с впаянным Xeon D) и должен сказать, что стоимость такого комплекта стартует от 1000$(процессоры попроще) и вплоть до 2500$(топовые кристаллы).
Но если с другой стороны смотреть за эти деньги вы получаете:
Серверную мать с IPMI
Полноценный серверный CPU с поддержкой RDIMM
Встроенный высокоскоростной сетевой адаптер с RDMA
Уникальный форм фактор
Если просто все это сложить, то стоимость аналогичного комплекта на базе LGA Xeon или EPYC выйдет сопоставимо, но с оговорками(отсутствием той самой всеобщей интеграции).
volkovdaily
31.08.2024 21:33Наверное Intel ведёт себя как арлекино. Всем смешно, а самой компании грустно…
kenskiy Автор
31.08.2024 21:33Тут могу поспорить, в моих глазах действия Intel весьма последовательны.
Только обновленные линейки Xeon D 1800/2800 не претерпевшие изменение архитектуры на более современную из процессоров на Xeon 6 выглядят сомнительно(интел могла бы использовать ядра Sierra Forest для моделей нацеленные на максимальную энергоэффективность и Crestmont для высокопроизводительных решений).
Я думаю если Intel внедрит новые ядра в линейку Xeon D это только укрепит ее влияние на рынок Embedded решений. Ждем и верим, что у Intel хватит средств для производства будущих Xeon D 1900/2900.
Скрытый текст
За последнюю неделю акции Intel смогли оттолкнуться от минимума в 19.6$ и достигли отметки в 22$.
lelik363
31.08.2024 21:33+1Странно, что сетевой контроллер, встроенный в процессор, называется адаптером.
... для применения в узком спектре сфер, таких как Edge Computing и IoT.
Как вы пришли к факту, что Edge Computing и IoT узкая сфера?
kenskiy Автор
31.08.2024 21:33Вы правы, корректнее использовать термин "сетевой контроллер" для обозначения полупроводникового прибора, обеспечивающего сетевой функционал. Я исправлю это в статье.
Что касается узкого спектра применения, я хотел подчеркнуть, что Xeon D имеет ограниченное количество сфер использования по сравнению с более универсальными решениями, такими как Xeon Scalable или AMD EPYC. Хотя Edge Computing и IoT действительно становятся все более распространенными, они все же представляют собой специализированные области, в которых Xeon D находит свое основное применение.
Основная идея заключалась в том, что у Xeon D меньше сфер применения, а не в том, что Edge Computing и IoT являются узкими сферами.
lelik363
31.08.2024 21:33+1... Xeon D имеет ограниченное количество сфер использования по сравнению с более универсальными решениями, такими как Xeon Scalable или AMD EPYC
А давайте посмотрим на применение с другой стороны - попробуйте использовать Xeon Scalable или AMD EPYC в тех приложениях, где используется Xeon D (пром. автоматика, железнодорожный транспорт, авионика, АСУ ТП и т.д.) и по рассуждать о универсальных решениях?
Yura1975
31.08.2024 21:33Может догадаются из "выбраковки" делать что-то типа Intel Core I3D для домашнего применения?
kenskiy Автор
31.08.2024 21:33Очень сомневаюсь в этом. Т.к. уверен, что интеграция сетевого контроллера такого уровня выводит стоимость производства на неприемлемый для десктопа уровень. Конечно, можно его и тупо отрубить, но зачем нам Core I3D на базе Ice Lake?)
Скрытый текст
Архитектура Ice Lake применялась в процессорах Intel Core 10 поколения.
le2
31.08.2024 21:33+1Слишком много букв, по-моему причина другая.
Маркетологи Intel давным-давно решили что у них только одна линейка взрослых компьютеров это Xeon. Взрослость это память ECC. (Вот так одним движением нас всех обычных пользователей лишили контроля целостности памяти.)
Но конкуренты это не поддержали. А так как для недежных применений без ECC использовать нельзя, то Intel проигрывают на ровном месте.kenskiy Автор
31.08.2024 21:33По поводу ECC я полностью согласен, это действительно краеугольный камень надёжности любой системы.
Однако, не совсем понимаю ваш комментарий относительно поддержки ECC в Xeon D. Xeon D поддерживает ECC и даже регистровую память, что делает его достаточно “взрослым” решением. В этом плане он уступает своим старшим братьям из линейки Xeon Scalable / Xeon 6 только в максимальном объеме памяти.
Если говорить о Xeon E2400, то здесь Xeon D имеет преимущество, так как E2400 работают исключительно с не буферизированной памятью(ECC UDIMM).
SF_author
Читаю статью задался вопросом касательно контроллера памяти:
Xeon D 1700 - 3 канала DDR4 2933
Xeon D 2700 - 4 канала DDR4 2933
Интел, неужели настолько целесообразно было резать каналы памяти в младшей линейке процессоров?
Честно сказать Xeon D 1700 нельзя назвать откровенно урезанной версией, именно на этих процессорах с "умеренным" энергопотреблением выпущено большое число устройств
kenskiy Автор
В этом плане, все получилось чисто в традициях синей компании)))
kenskiy Автор
Только вопрос, а причем тут память 2933Mhz? Вроде контроллер 3200 держит, может я что-то упустил?
SF_author
Отпечатался, у 2700 линейки - 3200 частота
kenomimi
Имхо, оптимизировали производство, полезло больше брака, потому все нерабочее отключили. Врядли внутри разные чипы, скорее всего один и тот же, просто разной степени испорченности.
kenskiy Автор
Во вопросу испорчености чипов надо пилить статью, т.к. вопрос брака у Intel на мой взгляд стоит достаточно остро. Он явно есть.
Работая с Б/У северным железом есть статистика по проблемам с CPU Intel. Но тут надо бы сделать выборку и конструктивно написать.
Пока коротко есть несколько типовых дефектов у Xeon, в большей степени вопрос к взаимодействию процессоров с модулями DIMM.
В общем берём в разборку такой материал.
kenomimi
Он не просто есть, сам интел где-то говорил, что брак местами до 85% доходит.
kenskiy Автор
Тут скорее вопрос брака в готовой продукции. Понятно, что если мы возьмем общую статистику по производству там будет высокий уровень брака. Т.к. изготовление полупроводниковых приборов включает в себя огромное число технологических операций(травление, легирование, эпитаксия, ионное трансплантированние и т.д.).
Но я хочу отметить, что вероятно иногда производители пренебрегают методиками тестирования готовых продуктов и те самые продукты могут иметь дефекты находясь уже на прилавке.
Казалось бы такое явление невозможно в серверном пространстве, однако можете погуглить про 8-ми ядерные Xeon E2200 на 1151v2 сокете. Производство которых было свернуто из-за высокого уровня брака.
oller
Т.е ddr4 вас не смущает?
Кстати тут я вижу сговор intel и AMD, они оба за духканальность в односоккетных системах.+ Unbuffered только. Может есть ограничения какие?
dartraiden
Если речь про десктоп, то там просто не настолько востребовано большее число каналов. Подавляющему большинству пользователей хватает. Вдобавок, появились 48- и 64-гиговые модули памяти, что позволило нарастить максимальный объём памяти без увеличения числа каналов.
kenskiy Автор
Что касается DDR4, я согласен, это действительно устаревшее решение. Однако стоит помнить, что Ice Lake — это архитектура, использованная в Intel Core 10-го поколения, и большинство чипов Xeon D вышло в первом квартале 2022 года и с того времени эти чипы не претерпели значительных изменений.
Теперь по поводу двухканальности. В домашних односокетных системах это вполне логично. Пара высокочастотных модулей в десктопе может обеспечить достаточную производительность для 90% задач, связанных с вычислениями до 24 ядер на гетерогенной архитектуре(i9 14900K).
В серверных системах, где используется полноценная серверная память ECC REG, число каналов может быть значительно больше. Например, Xeon D (20 ядер) поддерживает 4 канала, Xeon Scalable (56 ядер) — 8 каналов, а AMD EPYC (128 ядер) — все 12 каналов. Увеличение числа каналов необходимо для своевременного обеспечения информацией большого числа ядер.
Также стоит отметить, что серверные модули обычно отстают по частотам от десктопных. Например, модули ECC REG(ECC registered) сейчас имеют частоту 5600 MHz, а их аналоги без ECC (обычная десктопная память) — до 8000 MHz. Таким образом, десктопные системы могут иметь даже небольшое преимущество)))
lelik363
А вот и ещё один вопрос - почему вдруг вспомнили об архитектуре 10-го поколения, а не чем то более современном?
kenskiy Автор
В своем комментарии я раскрывал тему целесообразности интеграции более производительного контроллера памяти в CPU разного класса. В качестве примеров я прошелся по нескольким продуктам от Intel, в том числе и Xeon D.
В основе Xeon D 1700/2700 лежит архитектура Ice Lake, которая активно применялась в 10 поколении Intel Core. Также в своем комментарии я упоминаю Xeon Scalable, где отмечаю что число ядер процессора которое может достигать до 56 ядер, что косвенно указывает на актуальную архитектуру Emerald Rapids.
Поэтому мне кажется, что я затронул тему и актуального железа.
Скрытый текст
Нет, могу и про Xeon 6 рассказать и Xeon MAX. Но на мой взгляд решения еще не особо популярные.
fedorro
Чтобы мигать светодиодом хватит) /s
kenskiy Автор
Не будьте так критичны) На базе Xeon D можно создать “умный светофор” с использованием Edge AI. Установив несколько камер и используя Intel DL Boost, можно анализировать трафик и оптимизировать ситуацию на перекрестке.
Однако, стоит признать, что такие решения могут быть избыточными для простых задач. Вполне возможно, что размещение вычислительных мощностей в ЦОД и использование элементарной логики на перекрестке будет более экономически и технически оправданными.
И да, в ЦОД можно разместить полноценные ускорители Tesla для более эффективного выполнения задач, что может быть более целесообразным с точки зрения инфраструктуры и затрат.
lelik363
Как будет работать светофор, если нарушится связь с ЦОД?
kenskiy Автор
Вероятно светофор может перейти в режим "тупого" управления по таймеру, которое можно предварительно заложить в него на основании статистики.
Ну а далее вопрос восстановления коммуникаций. Думаю несколько часов и наш "тупой" светофор снова превратится в "умного")
Шутки, шутками, а на википедии есть статья про умный светофор
kenomimi
Светофоры сейчас это далеко не моргалка светодиодом :) я вот в Москве лично наблюдал, как светофор считает машины, и если съезд пустой, пропускает зеленый на нем. Как пропускает трамвай вне очереди... Там сейчас аналитика весьма злая, и выгоднее будет поставить крохотный но мощный вычислительный юнит прямо в блоке управления светофором, а не задействовать удаленный ЦОД.
В камерах крутых тоже первичная аналитика внутри стоит, потому что гонять сотни тысяч жирных видеопотоков в ЦОД как-то не очень разумно.
lelik363
Верно говорите - это и называется Edge computing.
kenskiy Автор
Думаю на примере Москвы можно написать отличную статейку как Edge computing нас окружает, чуть ли не с видеопруфами)