[분석정보] 서버용으로 튠업 된 새로운 Atom C2000 시리즈

 

최근 서버 분야에서도 1W 당 성능이 뛰어난 프로세서를 다수 탑재한 마이크로 서버에 관심이 쏠리고 있다. 아직 HP의 Moonshot 나 AMD의 SeaMicro 등 밖에 출시되지 않았지만, 2014년에는 64 비트 ARM 프로세서를 사용한 마이크로 서버를 개발하려는 서버 벤더가 많이있다.

　마이크로 서버 분야를 향해 Intel이 제공하는 것이 Atom C2000 시리즈 (개발 코드 명 : Avoton)이다. 이번에는 발표된지 얼마 안된 이 제품의 특징을 소개한다.

 

Atom C2000 시리즈의 칩 사진

 

마이크로 아키텍쳐를 일신한 Atom C2000

 

 

Atom C2000 아키텍처. 최대 8 코어, 메모리는 최대 64GB를 지원한다.

CPU 코어의 개량에 의해 Atom S1200보다 7배의 성능 향상을 한다

　Intel은 저전력용 프로세서로 지난해 Atom S1200 시리즈를 이미 출시했다. Atom S1200 시리즈는 Windows 8 태블릿 등에서 채용되고 있는 Saltwell 아키텍처 Atom Z2760 (코드 명 Clover Trail)을 기반으로 하고 있었기 때문에, CPU 코어로는 그다지 높은 성능을 보여줄 수 없었다.

　실제로 Atom S1200은 발표했지만, 주요 서버 벤더는 채용하지 않았다. 큰 이유는 Atom S1200에서는 그다지 높은 성능을 보여주지 않고 저전력 성과도 적당히로 밖에 안보였던 것이 있는 것 같고, 서버의 프로세서로는 어중간 하다는 서버 공급 업체의 판단이었다.

　또한 I / O 관련해서도 있다. 태블릿과 스마트 폰을 위한 프로세서를 기반으로 하고 있기 때문에, 서버에서 사용하려면 너무 성능이 부족했다.

　이러한 과제를 해결하기 위해 새롭게 개발된 것이 Atom C2000 시리즈이다.

　Atom C2000 시리즈에서는 Atom 프로세서로는 3 세대에 해당하는 새로운 Silvermont 코어가 채택되었다.

 

　Silvermont 코어는 이전 Saltwell 코어 마이크로 아키텍처 디자인을 일신 해, 아웃 오브 오더 형의 프로세서로 변경하여 어느 정도의 성능을 낼수 있게 되었다.

　64 비트 x64 아키텍처를 채용했으며, SSE4.1/SSE4.2을 지원. 또한 AES 암호의 암호화와 해독을 가속화 하는 명령의 AES-NI, Intel의 Ivy Bridge 프로세서에 탑재된 반복이 적은 임의의 숫자를 생성하는 Intel Secure Key (RDRAND), 관리자 모드로 실행 보호하는 Intel OS Guard 등이 탑재되어 있다.

　가상화 기능에 관해서는 2 세대 VT-x를 지원하고 EPT (Extended Page Table), Virtual Processor ​​ID 등에도 대응하고 있다. 따라서 이전 Atom S1200 시리즈보다 낮은 부하에서 하이퍼 바이저를 달릴 수 있는 것이다.

 

Silvermont 코어는 이전 SaltWell 코어 (Atom S1200 코어)보다 2배 이상의 성능을 실현하고 있다. 또한 최신 공정을 이용해 저전력 성 약 4.7 배이다

 

 

Atom C2000의 SPEC CPU2006의 싱글 스레드 성능. Atom S1200과 비교하면 1.9 배 높은 성능을 제공하고 있다. Marvell의 ARM 프로세서의 5배의 성능을 실현

 

 

Atom C2000의 SPEC CPU2006의 성능. 단일 노드에서 Atom S1200의 약 5.1 배의 성능을 실현

 

 

Web 서버의 성능. LAMP 환경에서 PHP를 돌리면 Atom S1200의 7.2 배의 성능으로 Atom C2000 작동

 

 

Java 성능도 Atom S1200에 비하면 4.2배의 성능 향상을 한다

 

 

향후 이용되어 가는 분산 메모리 객체 캐싱의 성능도 Atom S1200에 비하면 7.2 배 (랜덤 키), 9.7 배 (핫 키)이다

 

　CPU 코어 자체는 2 코어에서 2차 캐시 메모리를 공유하므로 바리에이션 2의 배수가되어, 2 코어 ~ 8 코어까지 준비되어 있다. 또한 최대 2.6GHz까지 터보 부스트도 실현되었다.

　그러나 Atom S1200에 있었던 Hyper Threading (HT) 기능은 폐지되었다. 이것은 HT에 의해 가상으로 코어를 늘리는 것보다 물리적 코어를 늘리는 것이 성능으로 높아 지기 때문이다. 또한 Silvermont 코어 아키텍처가 HT에 적합하지 않은지도 모른다.

 

Atom C2000는 주변 칩도 통합되어 있기 때문에 외부 Ethernet 이더넷 칩과 SATA IO 칩, USB IO 칩 등은 필요 없다. Atom C2000 칩에서 대부분의 기능을 지원하고 있다. 이렇게 하면 서버 단위로 보았을 경우, 소비 전력은 Atom C2000 시리즈 쪽이 낮은

 

 

Atom C2000 시리즈는 가상화 기능도 강화되고 있다. 수준적으로, Ivy Bridge 세대에 필적하는 기능이 포함되어 있다

 

 

Atom C2000 마이크로 서버, 스토리지, 네트워크 등에 이용되어 간다

 

 

Atom C2000 시리즈의 다이어그램. Silvermont 코어는 L2 캐시를 공유하고 있다. 즉 2 코어가 최소 코어가 된다. 또한 아웃 오브 오더 방식의 아키텍처로 변경

 

 

Slivermont 아키텍처는 이전 Saltwell 아키텍처가 아닌 Core i 시리즈 프로세서가 채용하고 있는 아키텍처를 기반으로 하여 성능을 크게 향상하고 있다. 또한 저소비 전력화도 이루어져 있다

 

 

 

Silvermont 코어를 상호 연결하는 버스는 새로운 Silvermont System Agent (SSA)이 채용 되었다. 이 버스는 시스템 메모리의 데이터 패스, 캐시의 coherency-관리, 코어의 끼어들기, 코어와 IO 버스를 실현하고 있다. 또한 SSAA는 크로스바 형 아키텍처를 채용하여 버스가 병목이 되지 않도록 고안되어 있다

 

 

I / O를 강화한 Atom C2000 시리즈

　Atom C2000 시리즈는 성능을 향상시키기 위해 DDR3-1600/DDR3L-1600를 2 채널 지원 (ECC 메모리도 지원 가능) 1 채널당 2 개의 DIMM을 탑재 할 수 있으므로, 최대 64GB의 용량을 제공 가능하다.

　또한 강력한 DRAM 오류 보호 기능, 내부 데이터 버스 패리티 보호 저전력 모드 등 열악한 기업 환경에서 이용해도 문제가 일어나기 어렵게 RAS 기능이 탑재되어 있다.

　PCI Express는 Gen2 × 16 레인이 준비되어 있다. 4개의 루트 포트를 사용할 수 있기 때문에 1 × 16 레인뿐만 아니라 2 포트 × 8 레인, 4 포트 × 4 레인 등 여러 조합을 만드는 것도 가능하다. 이러한 포트를 잘 사용하면 SATA Express 등 SSD를 표준 탑재하는 것도 가능할 것이다.

　디스크 인터페이스로는 6Gbps의 SATA 3.0 2 포트, 3Gbps의 SATA 2.0 4 포트 지원하고 있다.

　네트워크는 Gigabit Ethernet (GbE) 또는 2.5Gbps Ethernet이 4 개 지원되었다. 현재 Ethernet에서는 GbE가 표준이기 때문에 그 기능을 사용하는 것이 대부분 일 것이다. 2.5Gbps Ethernet은 특수한 용도로 이용 될 것으로 보인다.

　이것 외로는 USB 2.0/1.1 4 포트 탑재되며, SMBus 및 PCU (직렬 / 병렬 인터페이스 등)를 지원하고 있다.

 

Atom C2000 시리즈는 DDR3-1600/DDR3L-1600을 지원. 최대 64GB의 메모리를 실현하고 있다. 또한 SODIMM을 2 단으로 쌓는 스택 형 DIMM 커넥터에도 대응

 

 

PCI Express 네트워크, USB, SATA SMBus, PCU 등의 인터페이스를 통합하여 처리 시스템 패브릭이 준비되어 있다

 

 

PCI Express Gen2가 16 레인 제공되며,이를 통해 최대 80Gbps (실제 64Gbps)의 광대역 번트 폭을 제공. 또한 4 개의 루트를 지원해 여러 레인을 구성 할 수있다. 디스크 인터페이스 SATA는 6Gbps SATA 및 3Gbps SATA를 지원

 

 

Atom C2000 시리즈는 PCH를 프로세서에 통합하고 있다. 각종 인터페이스를 지원하는 외부 칩은 필요 없다

 

 

1Gigabit Ethernet을 1 개와 2.5Gbs Ethernet 4 개를 지원합니다. 후자는 마이크로 서버의 내부 연결 인터페이스로 이용되는 것이다

　Atom C2000 시리즈는 마이크로 서버처럼 하나의 케이스에 다수의 프로세서를 탑재하기 위한 관리 시스템이 중요하게 된다. 따라서 Shared Module Management Controller (MMC)로 쉽게 연결할 수 있도록 되어있다. Intel 자체가 MMC를 제공하는 것은 아니지만, 이들의 MMC를 쉽게 연결할 수 있기 때문에 다수의 서버 관리를 용이하게 될 것이다.

 

Atom C2000에서 사용되는 MMC. BMC를 내장하고 있기 때문에, 프로세서 모듈의 전원 온 / 오프, 모듈 상태 모니터링 등을 지원

 

 

Atom C2000 시리즈를 사용한 서버 플랫폼 (개발 코드명 Edisonville). 외부에는 메모리와 SATA 드라이브, NIC, MMC 등 밖에 없다

 

 

네트워크 스위치를 향한 Rangeley

 

Atom C2000 시리즈의 라인 업. 마이크로 서버에 사용되는 Avoton은 8 코어를 지원.

네트워크를 향한 Rangeley는 Quick Assist를 탑​​재

　Atom C2000 시리즈는 마이크로 서버 프로세서를 위한 Avoton과 네트워크 스위치를 향한 Rangeley이 출시된다.

　Avoton과 Rangeley의 주요 차이는 Rangeley에는 Quick Assist가 탑재되어 있다는 점이다 (편차에 따라 탑재되지 않은 Rangeley도 있다).

　Quick Assist는 이전에 Tolapai (개발 코드명)로 알려져 있던 네트워크 용 SoC를 진화시킨 것. Tolapai는 다른 칩 이었지만, Rangeley에서는 Quick Assist 기능으로 프로세서에 통합되어 있다.

　Quick Assist는 네트워크 패킷 처리, 암호화 / 복호화 등을 하드웨어로 지원한다. 이것을 이용하는 소프트웨어를 개발하기 위해 Intel에서는 Data Plane Development Kit (DPDK)을 마련했다. 이 소프트웨어를 이용하면 Rangeley의 Quick Assist를 이용한 소프트웨어를 쉽게 개발 가능하다.

　Intel은 네트워크 스위치 칩으로 FM5224 라는 칩을 발표하고 이 스위치 칩과 Rangeley를 결합해 Software Defined Network 기반의 네트워크 컨트롤러를 쉽게 구축 할 수 있다.

　예를 들어, Avoton 서버 모듈을 2.5Gbps Ethernet 백플레인에 연결한다. 이 백플레인은 Rangeley를 프로세서로 하는 SDN 스위치가 되면, 마이크로 서버 구성의 유연성도 높아질 것이다.

 

Rangeley에서는 Quick Assist가 프로세서에 통합되어 있다. Quick Assist는 네트워크 패킷 처리와 암호화 / 복호화 등을 하드웨어에서 수행

 

 

네트워크 스위치 칩 FM5224은 마이크로 서버를 위한 스위치 칩

 

 

Rangeley과 FM5​​224을 조합하면, 마이크로 서버 백플레인에서 작동하는 SDN 스위치로 사용 가능

 

 

내년 출시 될 서버용 64 비트 ARM이 라이벌?

 

 

8 코어 Atom C2750은 Haswell 세대의 Xeon E3-1230 V3에 필적하는 성능을 보여주고있다. 서버용 ARM 인 AppliedMicro X-Gen보다 2 배의 성능을 가진

　Atom C2000의 성능은 이전의 Atom S1200에 비해 4배 정도의 성능을 보여주고 있다. SPECint 만 보면 Xeon E3-1230v3 (Haswell 세대)에 필적하는 정도다.

　단지, 현재 마이크로 서버 용도로는 프로세서의 파워를 활용 보다 단순하고 비교적 가벼운 작업을 수행하는 Web의 프론트 서버, 빅 데이터 해석을 수행하는 Hadoop 서버 등에 이용되고 있다. 따라서 마이크로 서버는 틈새 서버로, 일반적으로는 안되는 것 아니냐는 분석하고 있는 분석가도 있다.

　하지만 저소비 전력으로 다수의 프로세서를 탑재하는 마이크로 서버는 10년 후에는 서버의 메인 스트림이 되어 있을지도 모른다. 이것은 Intel의 공동 설립자인 고든 무어 박사가 제창한 이른바 무어의 법칙이 종말에 다가오기 시작했기 때문이다.

　반도체 기술 컨퍼런스 "Hot Chips25" 에서 미국 국방 고등 연구 계획국 (DARPA)에서 마이크로 시스템즈 기술 연구소의 디렉터인 로버트 콜 웰 씨는"2020 년에는 무어의 법칙은 임종을 맞이 " 라고 말한적 있다.

　이 이유는 현재의 반도체 제조 기술에서 7nm 혹은 5nm가 한계로 되어 있는 것이 크다. 기술적으로는 5nm 이하의 반도체를 제조하는 것은 가능하지만, 반도체 공장 (생산 기계 등) 비용이 매우 커 현실적으로는 7nm 혹은 5nm 이하의 과정은 경제적으로 맞지 않는 것이다.

　그러나 앞으로 10년 정도 반도체 공정에 큰 혁신이 발견되는가 라고 하면, 매우 비관적이다. 지금까지 반도체와 다른 양자 반도체 등 다양한 연구가 이루어지고 있지만, 경제적으로 양산 할 수 있는 수준은 10년에는 도달 할지 못할 것이다.

　따라서 10년 후에는 현재의 서버 프로세서의 메인 스트림인 Xeon 등도 성능으로 한계점에 도달해 오는 것이 예상된다. 당분간은 아키텍처의 개량 등에 의해, 성능은 어떻게든 향상해 나가는 것이지만, 2 년에서 반도체의 수가 2 배가 된다는 큰 장점이 없으면 서버의 성능도 곱절 게임을 계속할 수 없게된다.

　그런 배경을 고려하면 많은 저전력 프로세서를 클러스터로 연결해 달리는 서버는 20 년 후 서버 아키텍처 인지도 모른다.

　이 분야는 Intel뿐만 아니라 ARM 진영도 호시탐탐 노리고 있다. 실제로 HP의 Moonshot ARM 프로세서 버전도 개발되고 있다.

　ARM과 Intel의 싸움이 본격적으로 시작되는 것은 64 비트 ARM 프로세서가 되는 Cortex-A57/A53 등의 프로세서가 출시되는 2014년 이후가 될 것이다.

　그런 가운데 향후는 SDDC (Software Defined Data Center)를 실현하기 위한 하드웨어로 사용자의 요청에 자유롭게 구성을 바꿀 수있는 "부드러운" 서버가 필요하게 되는 것이다. Atom C2000 시리즈는 부드러운 서버를 구축하기 위한 핵심 부품이 되지도 모른다.

 

 

2013년 9월 5일 기사 입니다.

 

 

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