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Dem System-on-Chip Centerton aus der 32-Nanometer-Fertigung, das noch in diesem Jahr in sparsamen Servern zum Einsatz kommen soll, will Intel 2013 den 22-nm-Chip Avoton folgen lassen. Konkurrent Calxeda kontert derweil mit Apache-Benchmarks.

Intel konkretisiert seine "Anti-ARM-Roadmap" für Server: Nach einem ersten System-on-Chip (SoC [1]) namens Centerton mit zwei Atom-Cores, das unter anderem HP schon in diesem Jahr im Microserver-Projekt Gemini [2] einsetzen will, soll 2013 das 22-nm-SoC Avoton kommen.

Der Centerton aus der 32-nm-Fertigung und mit 6 Watt TDP [3] umfasst außer den CPU-Kernen auch einen Speicher-Controller und einen PCI Express Root Complex, benötigt aber anders als etwa der Netbook-Atom N2800 (Cedarview) keine Southbridge wie den Platform Controller Hub NM10: Die für den jeweiligen Microserver nötigen Schnittstellen realisiert der Mainboard-Hersteller bei Centerton über PCIe-Adapterchips, etwa für Gigabit Ethernet oder SATA. Anders als alle bisherigen Atoms beherrschen Centerton und Avoton auch die Korrektur von RAM-Fehlern per ECC, zudem unterstützen sie Virtualisierungsfunktionen und 64-Bit-Technik. ARM-Cores mit A64 [4] beziehungsweise ARMv8-Befehlssatz werden hingegen wohl erst 2014 verfügbar sein.

Laut inoffiziellen Informationen [5] erreicht der Centerton 1,6 GHz, verarbeitet dank Hyper-Threading vier Threads quasi parallel und bindet bis zu 8 GByte DDR3L-SDRAM an. Für einen Centerton-Serverknoten, also zwei 64-Bit-Cores inklusive einer nicht genannten Menge RAM, SATA- und Gigabit-Ethernet-Adaptern sowie Baseboard Management Controller (BMC) für Fernwartung nennt Intel eine Leistungsaufnahme von 8,95 Watt. Zum Vergleich: Für seine EnergyCore-Karte mit vier ARM-SoCs mit je vier Cortex-A9-Kernen, 1 GByte RAM pro Kern sowie SATA- und 10-Gigabit-Ethernet-Adaptern nennt [6] Calxeda nur 5 Watt pro Knoten. Bei vielen Ganzzahl-Berechnungen dürften vier Cortex-A9 MPCores mit 1,4 GHz [7] den zweikernigen Atom mit 1,6 GHz übertreffen, bei den für Microserver vermutlich eher untypischen Gleitkomma-Aufgaben könnte der Atom seine 128-bittige SSE3-Einheit ausspielen.

In einem Punkt sind sich die Konkurrenten Calxeda und Intel einig: Wenn es auf Rechenleistung ankommt, ist ein Xeon sinnvoller. Zur Diskussion um "brawny vs. whimpy cores" – kräftige gegen schwächliche Prozessorkerne – trägt Intel ein paar Benchmark-Werte von Hadoop-Teildisziplinen, SPECint_rate_base2006 und SPECweb2005 bei. Demnach ist der vierkernige 45-Watt-Xeon E3-1260L [8] aus der Sandy-Bridge-Generation um den Faktor 3 bis 9 schneller als ein Atom D525 [9]. Letzterer läuft zwar mit 1,8 GHz, besitzt aber noch den älteren Bonnell-Core aus der 45-nm-Fertigung; der Unterschied zum Centerton mit 1,6 GHz dürfte daher minimal sein.

Calxeda hat unterdessen erste Benchmark-Ergebnisse seines Demo-System Greenbox veröffentlicht [10]. Demnach beantwortet ein einzelner EnergyCore-Knoten – also vier Cortex-A9 MPCore bei 1,1 GHz mit 4 GByte RAM – als Apache-Webserver unter Ubuntu 12.04 mit Kernel 3.2 rund 5500 Requests pro Sekunde und schluckt dabei im Mittel 5,26 Watt. Letzteres wirft Fragen auf, weil Calxeda bisher von höchstens 5 Watt sprach und der Wert ausdrücklich nur für den Server-Node inklusive RAM und Netwerkadapter gilt, aber ohne Wandlerverluste des Netzteils und die Festplatte. Für einen Server mit Xeon E3-1240 [11] schätzt Calxeda die Leistungsaufnahme hingegen auf 102 Watt. Dabei setzt Calxeda aus unerklärlichen Gründen die volle TDP von 80 Watt an und addiert dazu den TDP-Wert des Chipsatzes C216 (6,7 Watt) sowie 16 Watt für 16 GByte RAM. Diese Schätzung greift vermutlich deutlich zu hoch, weil Calxeda einräumt, dass der Quad-Core die Gigabit-Ethernet-Verbindung mit 6950 Requests pro Sekunde zu je 16 KByte im ApacheBench [12] sättigt, und zwar bei nur 15 Prozent CPU-Last. Dann aber schluckt die CPU bei weitem keine 80 Watt.

Trotzdem zeigt der Calxeda-Benchmark, dass ein solcher Xeon für die gestellte Aufgabe völlig überdimensioniert wäre und folglich der ARM-Server viel effizienter arbeitet. Allerdings könnte der Xeon vermutlich mit fünf zusätzlichen Netzwerkchips bei rund 90 Prozent CPU-Last die sechsfache Zahl an Requests ausliefern und würde dann zwar wirklich seine TDP annähernd erreichen, wäre aber auch um den Faktor 6 effizienter. Dann läge die Effizienz des Calxeda-Systems zwar nicht mehr um den Faktor 15, aber immerhin noch um den Faktor 2,5 höher. Mit einem bei gleicher Taktfrequenz sparsameren Xeon E3-1230V2 [13] ließe sich aber der Abstand noch ein wenig weiter verkürzen – man muss also beim Vergleich sehr genau auf die Randbedingungen achten. Für den sparsamen Single-Socket-Server Primergy TX120S3p mit Xeon E3-1265LV2 [14] nennt Fujitsu jedenfalls im SPECpower_ssj2008 bloß eine Leistungsaufnahme von 59,5 Watt [15] unter Java-Volllast – inklusive Netzteil und SSD. (ciw [16])

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Links in diesem Artikel:
[1] http://www.heise.de/glossar/entry/System-on-Chip-921370.html
[2] https://www.heise.de/news/ISC12-HP-und-Intel-starten-Projekt-Gemini-1621570.html
[3] http://www.heise.de/glossar/entry/Thermal-Design-Power-397869.html
[4] https://www.heise.de/news/ARM-blaest-zum-Angriff-auf-64-Bit-Server-1368660.html
[5] https://www.heise.de/news/Intel-kontert-ARM-Server-SoCs-mit-neuen-Atoms-1519660.html
[6] https://www.heise.de/news/Calxeda-demonstriert-ARM-Server-unter-Ubuntu-12-04-LTS-1574658.html
[7] https://www.heise.de/news/HP-wagt-Vorstoss-mit-sparsamen-ARM-Servern-1369977.html
[8] http://ark.intel.com/products/52275/
[9] http://ark.intel.com/products/49490
[10] http://armservers.com/2012/06/18/apache-benchmarks-for-calxedas-5-watt-web-server/
[11] http://ark.intel.com/products/52273/
[12] http://httpd.apache.org/docs/2.0/programs/ab.html
[13] http://ark.intel.com/products/65732/
[14] http://ark.intel.com/products/65728/
[15] http://www.spec.org/power_ssj2008/results/res2012q2/power_ssj2008-20120511-00460.html
[16] mailto:ciw@ct.de

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