[분석정보] 2013년에 출시되는 Intel의 새로운 서버용 프로세서

이번에는 9월에 개최된 Intel 개발자 세미나 "IDF (Intel Developer Forum) 2012 '의 자료를 기초로 2013년 서버 프로세서의 로드맵을 해설해 나간다.

2013 년 Ivy Bridge 세대로 전환 Xeon

　2012년에 출시된 Sandy Bridge 세대의 Xeon E5 시리즈는 미드 레인지 2소켓 (E​​5-2600 시리즈) 저가형 2소켓 (E​​5-2400 시리즈) 저가형 4소켓 (E​​5-4600 시리즈) 등 3 종류가 출시 되었다.

　Xeon E5 시리즈를 채용한 서버는 각 서버 벤더 순조롭게 팔리고 있다. 프로세서 기반 아키텍처는 2세대 Core i 시리즈 (Sandy Bridge 세대)에서 3세대 Core i 시리즈 (Ivy Bridge 세대)로 전환하여 성능이 대폭 향상된 것이 이유일 것이다.

　한편, 클라이언트 PC용으로는 2012년에 3세대 Core i 프로세서가 한발 앞서 출시되었다. 일년 지연, 서버 프로세서도 Ivy Bridge 세대로 이행하게 된다.

　그 시기에 Intel에서 언급하고 있지 않지만, 메인 스트림 서버용 Xeon E5 시리즈는 클라이언트 프로세서 1년 후 출시를 목표로 하고 있는 것 같다.

　클라이언트 프로세서는 GPU 부를 내장하고 있지만 서버는 GPU 부분을 제거하고 CPU 코어 수를 늘리거나 더 큰 용량의 캐시 메모리를 탑재하는 등의 재 설계를 실시하고 있다. Intel은 초대의 Core i 시리즈 (Nehalem 세대)에서 모듈 디자인을 채택하고 있지만, 서버용으로 설계 변경 테스트 (검증) 등을 감안할 때 1년 정도의 시간 지연이 나와 버리는 것이다.

　또한 이러한 시간 지연이 생기는 이유는 무리해서 클라이언트용 프로세서와 같은 시기에 출시하는 것보다 클라이언트용으로 먼저 테스트, 아키텍처로 안정된 단계에서 서버용 프로세서를 출시하는 쪽이 도입 기업에 매우 안심 할 수 있다는 판단도 있는 것으로 보인다.
 

전력절감 및 가상화 지원이 강화된다 Ivy Bridge 세대의 Xeon

　3세대 Core i 프로세서인 Ivy Bridge 세대는 지금까지의 32nm에서 22nm로 제조 공정이 전환되고 있다. 서버용 프로세서도 Ivy Bridge 세대로 전환하는 것으로, 한층 더 전력 절약화 되는 것이다. 피크시의 전력 소비도 Sandy Bridge 세대보다 낮아져, CPU 부하를 중간에서 아이들 상태에서는 상당한 전력 절약화를 도모 할 것이다.

　또한 Ivy Bridge 세대의 Xeon은 APICv 가상화 성능을 업하는 기능이 탑재된다. APICv은 인터럽트 관리 APIC를 가상화에 대응시킨 것일 것이다. 현재, APIC에서 인터럽트를 하이퍼 바이저가 처리를 하고 있지만 이 부분을 APICv 하드웨어에서 인수해 이를 통해 가상화 성능이 올라간다.

　단, 하이퍼 바이저가 APICv를 지원해야 하기 때문에 프로세서가 출시 된어도 APICv에 대응한 하이퍼 바이저 출시되지 않으면 혜택을 누릴 수 없다. Ivy Bridge 세대의 Xeon이 출시되면 각사 하이퍼 바이저도 대응하게 될 것이다 (지원의 타이밍에 이르거나 느리거나가 있더라도).

　또한 APICv에 의해 어느 정도 가상화의 성능이 향상되는 지는 밝혀지지 않았다. 이 부분은 실제로 제품이 출시될 때는 밝힐 것으로 기대하고 싶다.

　IDF는 Ivy Bridge 세대의 Xeon CPU 코어수, 캐시용량, 지원 메모리 등의 자세한 내용은 발표가 없었지만, Ivy Bridge 세대의 Xeon은 제조 공정이 미세화 되기 때문에 미세화 된 만큼 CPU 코어수와 캐시 메모리가 늘어나 CPU 코어 수는 10 (20 스레드), L3 캐시가 최대 25MB 정도가 될 것으로 예상되고 있다.

　지원되는 메인 메모리의 속도에 대해서는 명확하지 않은 부분도 있지만, DDR3-1866이 지원 될 수 있다. 용량에 대해서는 더 큰 메모리 모듈이 지원되는 것이다.

　시리즈는 Ivy Bridge 세대의 Xeon에도 Sandy Bridge 세대와 마찬가지로 세가지 시리즈가 출시될 것이다. 이것은 Ivy Bridge 세대의 Xeon이 Sandy Bridge 세대의 Xeon과 같은 핀 / 핀 배치를 채용하고 있기 때문이다.

　서버 벤더에게는 서버 자체를 새로 설계하지 않아도, Ivy Bridge 세대의 Xeon을 탑재하고 테스트 하는 것만으로 좋기 때문에 장점이 크다. 열 설계에 대해서는 Sandy Bridge 세대보다 낮아 지므로 Sandy Bridge 세대의 서버가 그대로 Ivy Bridge 세대에서도 사용 가능할 것으로 예상되고 있다. 이것이라면 새 프로세서를 탑재한 서버를 신속하게 출시할 수 있을 것이다. 출시시기는 Intel은 확언하고 있지 않지만, 2013년 봄 부터 여름쯤일 것으로 예상되고 있다.

Intel은 Ivy Bridge 세대의 Xeon E5/E7를 2013년에 출시할 예정이다
 

멀티 소켓용 Xeon E7 시리즈도 Ivy Bridge 세대에

　Ivy Bridge 세대의 Xeon은 x86 프로세서의 하이 엔드가 될 Xeon E7 시리즈가 발매된다. 현재 Xeon E7 시리즈는 Sandy Bridge 세대의 이전이 되는 Westmere 세대에서 볼 수 있다. 과연 2012년 현재, 아키텍처도 한 세대 오래되어 성능과 절전 기능면에서 못해 보인다..

　따라서 빠르면 2013년 말에는 Sandy Bridge 세대에서 생략된 E7 시리즈가 Ivy Bridge 세대에 제공된다.

　Ivy Bridge 세대의 Xeon E7 시리즈는 전용 칩셋을 사용하여 4소켓 이상의 서버가 구성 될수 있다. 또한, 메인 메모리에 전용칩을 사용하는 것으로, 대용량의 메인 메모리를 탑재 가능하게 된다.

　CPU 코어 수에 대해 Intel은 밝히고 있지 않지만, 16코어 (32 스레드)가 될 것으로 예상된다.

　Ivy Bridge 세대 E7 시리즈는 메인 프레임 및 UNIX 서버 등과 비교 될 정도의 성능을 가진 엔터프라이즈 서버에 사용되는 것이다. 또한 고성능, 고 가용성, 대용량의 메인 메모리를 가지고 있기 때문에 1대로 중소기업의 프라이빗 클라우드를 구축 할 수 있지는 않을까.
 

싱글 소켓용은 Haswell 세대에

2013년에 출시되는 Haswell은 Ivy Bridge와 동일한 22nm 제조 공정으로 만들어진다. Tock 세대에 해당하므로 프로세서의 마이크로 아키텍처 변경이 이루어지고 있다

　한편, 싱글 소켓 서버 프로세서는 2013년에는 4세대 Core i 아키텍처 Haswell 세대로 이행한다. 이것은 클라이언트 프로세서가 Haswell 세대로 이행하는데 따른 것.

　Haswell 세대는 제조 공정 Ivy Bridge 세대와 마찬가지로 22nm이지만 회로 설계를 튜닝하여 보다 전력 절약화를 도모하고 있다. 프로세서 아키텍처로 모든 것을 새롭게 하는 것이 아니라, Ivy Bridge 세대의 병목 현상을 개선한 것이 된다.

　또한 Sandy Bridge 세대가 탑재된 256 비트 연산의 AVX (Advanced Vector Extension)에 몇 가지 명령이 추가되고 AVX2로 변경 되었다. 또한 인덱스 및 해시, 암호화 엔디안 컨버젼 등의 명령이 추가될 예정이다.

CPU 코어당 성능을 높이면서 소비 전력을 낮추는 정책을 취하고있다

AVX 명령어 세트를 AVX2로 버전업 하고 있다

암호화 기능의 성능 향상도 도모하고 있다

　또 하나 주목 할만한 점은 Haswell 세대의 프로세서에 Intel TSX (Transactional Synchronization Extensions) 기능이 추가 된 것이다.

　Intel TSX는 데이터베이스 등에서 사용되고 있는 트랜잭션 메모리 기능을 프로세서의 명령어로 지원하는 것이다. 즉, 특정 메모리 데이터만 thread가 락하여 데이터 전체를 잠금하지 않도록 트랜잭션 메모리 기능이 하드웨어에서 구현된다.

　Intel TSX를 이용하면 데이터베이스뿐만 아니라 많은 기업용 애플리케이션에서 상당한 성능이 올라가는 것이다. 그러나 Intel TSX에 대응한 어플리케이션이 출시되지 않으면 Intel TSX의 장점은 누릴 수 없다.

　또한, Haswell 세대 프로세서에서 주목되는 것은 가상화 기능의 강화이다. Haswell 세대에서는 가상화 기반이라 하는 것인, Guest / Host 전환 시간이 짧아지고 있다. 가상 머신 및 하이퍼 바이저를 자주 오가는 가상화에서는 Guest / Host의 전환 시간이 단축되며 크게 성능이 올라간다.

　또한 EPT (Extended Page Table)의 향상으로 인해 캐시를 무효화하는 vmexit 가 일어나기 어렵게 된다. 또한 vmexit 없이 하이퍼 콜을 가능하게 하는 VMFUNC 명령이 추가되었다.

　이러한 명령어를 완벽하게 지원하는 하이퍼 바이저가 출시되면 가상 머신의 성능은 더욱 향상 물리적 시스템과 가상 머신의 성능이 매우 작을 것이다 (Guest / Host의 전환 시간 개선 현재의 하이퍼 바이저에서도 메리트가 있다).

　Haswell 세대의 프로세서는 가상화를 전제로한 프라이빗 클라우드와 퍼블릭 클라우드의 가상 머신의 성능을 크게 끌어 올리는 것이다. 이쯤되면 가상화가 서버의 기본이라고 할 수 있다.

　단, Haswell 세대 2소켓 프로세서 (Xeon E5 라인)은 2014년 출시가 예상되므로 등장은 좀 더 뒤가 된다. 그럼에도 불구하고 2013년에 등장하는 싱글 소켓 Haswell 세대 Xeon 기반으로 하고 각사가 하이퍼 바이저를 개발하기 때문에 사용자 기업은 Haswell 세대의 프로세서를 테스트 환경으로 해 2014년 새로운 서버에 갖추게 된다.

Intel TSX에 의해 트랜잭션 메모리 처리 속도

Haswell에서는 가상화 VT-x 기능을 향상하고 고속화를 도모하고 있다

Haswell에서 가상화 기능으로 VMFUNC라는 새로운 명령을 추가하고 있다. 하이퍼 바이저가 VMFUNC을 지원함으로써 성능이 올라간다

2013년은 Micro Server의 시대가 될까?

　2012년 말에는 Intel이 서버용 Atom 프로세서 (개발 코드 명 : Centerton)을 출시한다. 이미 HP가 Project Moonshot 프로세서로 Centerton의 채용을 표명하고 있으며, 절전형 서버 플랫폼의 "Gemini"로 출시될 예정이다.

　이 Gemini는 올해 여름 쯤에 일부 고객에 테스트 용으로 제공되는 것 같다. 단, 정식 릴리스로는 Intel이 Centerton 프로세서 출시 이후에 발표된다. 따라서 Gemini는 연내에 발표되지만, 실제로 일반 사용자에게 판매되는 것은 2013년이 되고 나서다.

　Centerton 프로세서는 2CPU 코어 / 4 스레드를 지원하는 명령어 세트로 x64 (64 비트 환경), VT-x 지원 (가상화), SSE3/SSSE3, ECC 된 메모리 지원 등이 이루어지고 있다고 예상 된다. 또한 메모리 채널로는 단일 채널에서 최대 2개의 DIMM을 접속할 수 있는 것 같다. 동작 클럭에 관해서는 2GHz와 1.6GHz가 마련된다. 프로세스는 32nm에서 제조되고 6W로 동작하는 제품이 준비되어 있다 (2GHz 동작의 제품은 8W 정도). 메인 메모리로 최대 8GB 지원될 전망이다.

　HP의 Gemini는 Centerton을 Micro Server 소형 섀시에 납부 수백개, 수천대를 운용 할 수 있도록 하고있다.

　과연 저전력 이어도 Centerton을 1000대 운용하면 CPU만으로 6000W된다. 그러나 Xeon E3의 저전력에서도 CPU 단독으로 17W 필요하므로 동일한 6000W를 사용해도 프로세서의 수로는 350개 밖에 탑재 할 수 없다.

　Xeon E3와 Atom은 성능면에서 차이가 있지만, Centerton은 Web 서버의 프론트 서버 등으로는 충분한 성능이 있을 것이다.

　Intel은 2013년에는 22nm 제조 공정의 서버용 Atom 프로세서 "Avoton '을 선보일 예정이다. Avoton는 22nm 프로세스가 될 것으로, CPU 코어 수가 증가해 간다. Avoton 대한 자세한 내용은 밝혀지지 않았지만, 전체의 소비 전력은 6W 정도로 누르고 CPU 코어 수를 늘리거나 캐시 메모리의 용량을 늘리는 방향으로 진행될 것으로 보인다.

　CPU 코어 아키텍처도 Silvermont 에서 차세대 아키텍처로 변경된다. 이는 현 세대의 Atom보다 성능이 향상된다.

서버 전용의 Atom 프로세서가 될 Centerton는 2012년 말에 출시된다. 2013년에는 22nm 제조 공정 Avoton이 나오는 때

Atom 기반 서버는 Web 서버의 프론트 서버등 하나 하나의 처리는 가벼운, 그러나 많은 사용자가 액세스 하는 서버 등에 사용되는 것

HP가 개발하고 있는 Micro Server Gemini. 이전 HP가 진행하고 있던 Redstone과 같은 케이스가 사용되고 있다.

Gemini에서는 하나의 단위로 이만큼의 CPU 유닛을 탑재한다. 이 장치를 여러대 수납 한 섀시는 1000개에 달하는 CPU를 탑재한 서버로 매우 컴팩트한 사이즈로 제공된다

HPC용 코프로세서 Xeon Phi

　Intel은 MIC (Many Integrated Core) 아키텍처의 병렬 컴퓨팅 연산 보드인 Xeon Phi를 공식적으로 제안한다. 이전부터 Knights Corner라는 코드 명으로, HPC를 활용하고 있는 대학이나 연구소 등에 샘플이 제공되고 있었지만, Xeon Phi 5110P 및 3100 시리즈로 2013년 1월 28일부터 차례 차례 발매 된다고 11월 13일에 발표되었다. 성과로는 Knights Corner는 1TFLOPS(배정밀도) 정도의 성능을 제공한다.

　Xeon Phi는 x86CPU 코어를 60 개 내장한 프로세서와 메모리가 8GB 탑재되어 있다. Xeon은 PCI Express 인터페이스로 연결되기 때문에 Intel은 Xeon의 코 프로세서로 Xeon Phi를 평가하고 있다.

　Xeon Phi은 당분간 HPC 등으로 이용되는 코 프로세서로 사용되지만, 향후에는 기업에서 빅 데이터 분석 등에 도입되게 될 것이다. 기업에서 본격적으로 Xeon Phi가 이용되기 위해서는 Xeon Phi에 대응한 어플리케이션이 많이 출시되고 나서가 될 것이다.

Intel은 프로세서 Xeon 보조 프로세서의 Xeon Phi 상호​​ 연결을 위한 InfiniBand, 다중 코어를 지원하는 개발도구 등을 준비하여 향후 HPC 분야를 서포트 해 나간다.

MIC 아키텍처로 x86CPU 코어가 50개 이상 탑재

병렬 컴퓨팅 환경이 될 Xeon Phi에서 소프트웨어 개발을 원활하게 수행 할 수 있도록 Intel에서는 병렬 컴파일러를 준비하고 있다

메인 프로세서 Xeon을 지원하는 보조 프로세서로 위치, Intel에서 PCI Express 카드로 제공

처음에는 HPC 등의 용도로 사용되기 때문에 Linux 용 라이브러리가 제공된다

Intel은 인수한 Wind River가 개발한 SDN 용 Software Framework을 제공할 예정이다

　2013년에 Intel의 서버 프로세서의 로드맵을 보면, 낮은 전력 소모가 큰 키워드가 된다. Xeon E5/E7 등에서는 높은 성능을 내면서도 소비 전력을 억제하는 방향으로 진행될 것이다. 또한 가상화 서버의 기초가 되기 때문에, 프로세서 측면에서 더욱 가상화 환경에서 성능 향상을 도모한다.

　또, 서버 분야에서 새로운 시장이되는 것이 Micro Server다. 일부 서버 업체들이 현재의 Atom과 저전력 Xeon을 이용하여 Micro Server를 제공하고 있지만, 서버 전용의 Atom 프로세서가 출시 됨으로써 본격적으로 Micro Server라는 마켓이 일어설 것.

　단, Micro Server는 어떤 용도에나 접합한 것이 아니라 처음에는 특정 용도의 서버가 될 것으로 보인다. 예를 들어, 수천 개의 Web 서버를 프런트 서버로 운용하고 있는 Facebook이나 Twitter 등에는 딱 맞는 솔루션이다.

　Micro Server 분야는 Atom 프로세서의 독무대는 없을 것이다. AMD가 ARM의 64비트 프로세서 'Cortex-A57'의 라이센스를 받아 Opteron 시리즈로 출시를 발표하듯 향후 ARM 진영과의 경쟁에 노출될 것으로 예상된다.

2012년 11월 15일

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