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

  

  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

  

  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

  

  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

  

  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

  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

  

  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.