最新架構服務(wù)器用CPU性能對比測試
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2006年的第一個(gè)季度，AMD系統達的收入超過(guò)10億美元，占到了整個(gè)x86服務(wù)器市場(chǎng)的1/6。僅僅是在短短的一年之內，Opteron處理器的市場(chǎng)份額就從去年的6%增長(cháng)到了今年的15%。在四路服務(wù)器中，Opteron占到了美國市場(chǎng)份額中的48%，而去年還只有23%。更為重要的是，這并不是一件“US only”事件，同樣是在全球四路服務(wù)器市場(chǎng)，在過(guò)去的四年時(shí)間里，AMD的市場(chǎng)份額增長(cháng)了36%。AMD已經(jīng)成為了服務(wù)器CPU市場(chǎng)上的標志。
而一直受到英特爾的Xeon、Itanium處理器壓迫的Sun也終于在去年展現了一點(diǎn)復蘇的跡象。其UltraSparc IV+處理器具備了一條快速的、整合的L2緩存和大數據量的L3緩存為Sun挽留了很大一部分傳統的Sparc處理器用戶(hù)，設計優(yōu)良的GALAXY Opteron服務(wù)器系統，以及用來(lái)沖擊中端x86市場(chǎng)的UltraSparc T1都在市場(chǎng)中取得了不俗的表現。
對英特爾來(lái)說(shuō)，是時(shí)候做出自己應有的回應了，是到了應該在服務(wù)器用處理器方面做出點(diǎn)什么的時(shí)候了。而英特爾給出的答案就是Core核心的Xeon：Woodcrest。記憶體資料相依性預測功能（Memory DisaMBIguATIon），大容量無(wú)序緩存以及大容量低潛伏期的共享L2緩存都使得Core架構在服務(wù)器任務(wù)中顯得要比其他x86處理器更有效率。
本文的重點(diǎn)就是向用戶(hù)對基于Woodcrest和其競爭對手：AMD Opteron和UltraSparc T1處理器的幾種不同服務(wù)器進(jìn)行一次性能上的比較。
英特爾最新的Bensley平臺的一個(gè)最大優(yōu)勢就是優(yōu)秀的兼容性：Dempsey、Woodcrest和四核心的Clovertown Xeon都使用了相同的插槽和平臺。
通過(guò)為每顆CPU分配一個(gè)獨立的1333MHz總線(xiàn)，Bensley在設計中省去了共享Xeon總線(xiàn)。這和老的Athlon MP平臺非常相像，同時(shí)這也使得Blackford北橋、MCH的設計更加復雜。Blackford同樣提供了4個(gè)內存通道和24個(gè)PCIE lanes。
由于只是部分HPC程序受到了FSB帶寬的限制，DIB(Dual Independent Bus)并不會(huì )為Woodcrest和Dempsey帶來(lái)任何差別。多年的測試經(jīng)驗告訴我們大多數服務(wù)器和工作站程序并不會(huì )因為FSB速度而帶來(lái)瓶頸。得益于NUMA的設計，在雙核心和四核心架構中，Opteron平臺不會(huì )發(fā)生太大的波動(dòng)。在大多數的程序中，低延遲的整合內存控制器的影響要超過(guò)了FSB/NUMA帶寬。當然，對于Clovertown或者2個(gè)Woodcrest核心整合的處理器來(lái)說(shuō)，一個(gè)標準的FSB有可能會(huì )成為瓶頸，在那種情況下，DIB會(huì )是一個(gè)不錯的選擇。
Blackford的最大改進(jìn)應該是fully Buffered DIMMs(FB-DIMMs)的引入。在在FB-DIMms PCB上，我們仍能發(fā)現并行DDR-2內存，不過(guò)高級內存緩沖器(AMB)則將這個(gè)并行數據流變成了一個(gè)連續的數據流向Blackford芯片轉移。在內存子系統和芯片中的連續連接不僅排除了不對稱(chēng)問(wèn)題同時(shí)也大大簡(jiǎn)化了主板的喚醒功能。喚起四通道的DDR-2內存無(wú)疑將成為一件可怕的事。
我們在Sun T2000中采用的是Solaris10操作系統。而目前能夠在T2000上使用的操作系統也只有Solaris 10 3/05/ HW2。T1和現在的SPARC體系可以做到二進(jìn)制兼容，不過(guò)必須是這個(gè)版本的Solaris。
下面是幾款不同的服務(wù)器指標：
Sun T2000
Sun UltraSparc T1 1 GHz, 8 cores, 32 threads
Sun Solaris 10
32 GB (16x2048 MB) Crucial DDR-2 533
NIC: 1 Gb intel RC82540EM - Intel E1000 driver
Intel Server 1:
Dual Intel Xeon "Woodcrest" 3 GHz Shared 4 MB L2 cache, 1333 MHz FSB (4核心)
Blackford Chipset
64 bit Gentoo Kernel 2.6.15-gentoo-r7
Intel Server Board S5000
4 GB (4x1024 MB) Micron FB-DIMM Registered DDR2-533 CAS 4, ECC enabled
NIC: Dual Intel PRO/1000 Server NIC
2x Western Digital Raptor 36 GB SATA
Intel Server 2:
Dual Intel Xeon "Irwindale" 3.6 GHz 2 MB L2 cache, 800 MHz FSB - Lindenhurst
64 bit Gentoo Kernel 2.6.15-gentoo-r7
Intel Server Board SE7520AF2
8 GB (8x1024 MB) Micron Registered DDR2-400 CAS 3, ECC enabled
NIC: Dual Intel PRO/1000 Server NIC (Intel 82546GB controller)
2x Western Digital Raptor 36 GB SATA
Opteron Server 1: Dual Opteron 275 2.2 GHz 2x1MB L2 cache (4 cores total)
64 bit Gentoo Kernel 2.6.15-gentoo-r7
Solaris x86 10
MSI K8N MASTER2-FAR
4 GB: 4x1GB MB Crucial DDR-400 (3-3-3-6)
NIC: Broadcom BCM5721 (PCI-E)
2x Western Digital Raptor 36 GB SATA
Opteron Server 2: MSI K2-102A2M
ServerWorksHT2000 Chipset
64 bit Gentoo Kernel 2.6.15-gentoo-r7
4 GB: 4x1GB MB Crucial DDR-400 (3-3-3-6)
NIC: Broadcom BCM5721 (PCI-E)
2x Western Digital Raptor 36 GB SATA
Opteron Server 3: HP DL385
Solaris x86 10
AMD 81xx chipset
64 bit Gentoo Kernel 2.6.15-gentoo-r7
4 GB: 4x1GB MB Crucial DDR-400 (3-3-3-6)
NIC: Broadcom BCM5721 (PCI-E)
2x Seagate Cheetah 36 GB - 15000 rpm - SCSI 320 MB/s{{分頁(yè)}}
Client Configuration: Dual Opteron 850
MSI K8T Master1-FAR
4x512 MB infineon Registered DDR-333, ECC
NIC: Broadcom 5705
Common Software
64 bit Gentoo Kernel 2.6.15-gentoo-r7
Apache2 2.0.55 + mod_deflate module for gzip compression.
PHP4.4.1
Mysql5.0.21
SPEC FP和lnt 2000是用來(lái)測試CPU性能的標準測試軟件。不過(guò)，實(shí)際的測試得分受編譯器的影響相當大。SPEC fp和integer將會(huì )顯示最佳的性能表現。不過(guò)在實(shí)際運用中，處理器的表現會(huì )相對保守一些。
而在我們的這篇文章中，這代表著(zhù)SPEC的測試數據會(huì )比它在實(shí)際應用程序的表現中略高一些。不過(guò)，通過(guò)SPEC CPU 2000，我們倒是可以很好地了解一顆處理器的性能。正如前述，測試中的Xeon 5000就是采用了新Woodcrest核心的Xeon處理器。
| SPECfp | ||
| Clockspeed | SPEC fp 2000 | |
| POWER5+ | 2200 | 3271 |
| Itanium 2 | 1666 | 2851 |
| Xeon 5160 | 3000 | 2783 |
| Opteron | 2800 | 2256 |
| Pentium 4 E | 3733 | 2232 |
我們看到，新核心的Woodcrest要比最快的雙核心Opteron快20-25%左右。而得益于新的65nm工藝，Woodcrest的核心速度提高了7%。如果AMD能夠讓自己的處理器頻率達到英特爾的水平，將能帶來(lái)15%左右的性能提升。不過(guò)在大部分的64bit和128bit SSE程序中，英特爾的Woodcrest依舊占據了非常明顯的性能優(yōu)勢。
| SPECint | ||
| Clockspeed | SPEC Int 2000 | |
| Xeon 5160 | 3000 | 3057 |
| Pentium 4 E | 3733 | 1870 |
| Opteron | 2800 | 1837 |
| Pentium 4 Xeon | 3733 | 1813 |
| POWER5+ | 2200 | 1705 |
| Itanium 2 | 1666 | 1502 |
在對整數性能的測試中，Woodcrest輕松超越了其他幾款橫向對比的處理器。接下來(lái)我們就看看在服務(wù)器程序中SPEC lnt 2000的整數性能。
延遲
LMBench是一款能夠用來(lái)判定內存時(shí)序和指令時(shí)序的測試軟件。我們使用LMBench3.0a-5進(jìn)行了測試。應該說(shuō)LMBench的結果通常都是正確的，但并不總是正確的。如果軟件無(wú)法正確識別出某種架構，很有可能出現錯誤的測試結果。因次我們非常有必要事先來(lái)檢查好。
| LMBench | |||||||
| Clockspeed | L1 (ns) | L1 (cycles) | L2 (ns) | L2 (cycles) | RAM (ns) | RAM (cycles) | |
| Xeon 5160 3 GHz | 3000 | 1.01 | 3 | 4.7 | 14 | 117.3 | 345 |
| Pentium- M 1.6 GHz | 1593 | 2 | 3 | 6 | 10 | 92.1 | 147 |
| Sun T1 1 GHz | 980 | 3 | 3 | 22.1 | 22 | 107.5 | 105 |
| Opteron 275 | 2209 | 1 | 3 | 5.5 | 12 | 73 | 161 |
| Xeon Irwindale 3.6 GHz | 3594 | 1 | 4 | 8 | 28 | 48.8 | 175 |
大容量的4MB L2緩存擁有一個(gè)非常低的延遲：14cycle。如果我們使用諸如ScienceMark這樣的測試工具的話(huà)，我們得到的數值將是12cycle，這樣來(lái)看，它會(huì )是一個(gè)非常不好的結果。不過(guò)，即便是14cycle，在3GHz下，它的表現依然令人吃驚。而Core Duo(Yonah)，
另一方面，緩存的延遲相當高，不過(guò)憑借4MB的L2緩存還是將這種影響降到了最低。造成這種現象的原因可能是FB-DIMMs。AMB會(huì )造成高延遲，CAS為4的registered DDR2 533芯片會(huì )造成一個(gè)更高的延遲。這使得內存子系統中的延遲達到了非常高的115ns，而Opteron只有73ns。
ScienceMark的結果則不盡相同，Opteron系統的測試結果為65-70ns，而Woodcrest的測試結果則在70-76ns。
不過(guò)在這里，我們則更傾向于LMBench的結果。
由于具備了可以支持模塊取冪和乘法的MAU，Sun T1能夠加速處理SSL的RSA(Rivest Shamir Adleman)和DSA(Digital Signal ALGorithm)的加密、解密操作。每顆T1核心都具備了一個(gè)MAU(modular arithmetic unit)，這樣8個(gè)核心就有了9個(gè)MAU。為了能夠充分利用8個(gè)MAU，我們需要通過(guò)SCF(Solaris Cryptographic Framework)來(lái)完成SSLI的計算過(guò)程。我們使用命令openssl speed -engine pkcs11 rsa來(lái)測試T1的MAU。Solaris 10系統還提供了in-kernel SSL終端，它的安全性要比kernel之外的SSL終端要更完善。
我們在測試中選擇了惠普的DL585來(lái)測試Opteron 880的8個(gè)核心是否可以和Sun T1 的8個(gè)MAU一拼高下。如果想要對Woodcrest和Opteron進(jìn)行比較，我們則需要檢測2和4并行碼。我們可以在下面的圖表中看到1024bit的數值。每顆核心一個(gè)線(xiàn)程師最好的選擇，因此我們測試DL585時(shí)使用最大的16線(xiàn)程，這樣8線(xiàn)程的性能就是最強的。測試Xeon Irwidale使用8線(xiàn)程，因此5線(xiàn)程就是最強的，如此類(lèi)推。
我們注意到8MAU的Sun T1在關(guān)閉32“SSL RSA signing”線(xiàn)程后只能獲得全效性能。在那種情況下，1GHz的T1能夠和2.4GHz的8核心DL585取得近似的性能。如果不考慮MAU，T1的性能表現會(huì )和1.8GHzde Xeon Irwindale一樣快。因此如果你想要在Sun T2000上運行自己的安全網(wǎng)絡(luò )服務(wù)的話(huà)，對你的網(wǎng)絡(luò )服務(wù)器進(jìn)行SCF的檢查將會(huì )是必不可少的了。
此外，我們注意到之前的Netburst架構的表現非常糟糕。這是因為在Pentium 4核心的內部缺少了barrel shifter，這是一種能夠將大量數據轉換或者循環(huán)進(jìn)入一個(gè)時(shí)鐘周期的電路。由于缺少了這種轉換裝置，造成延遲過(guò)高。就大多數的x86代碼而言不能忽視這一點(diǎn)，不過(guò)代碼的加密常常需要使用到這個(gè)轉換和循環(huán)的過(guò)程。我們分別在HYper-Threading打開(kāi)和關(guān)閉的兩種情況下進(jìn)行了測試。在這種情況下，Hyer-Threading為編碼加密帶來(lái)了20-28%的性能提升。
我們對四核心AMD Opteron 2.4GHz、四核心Xeon Woodcrest和Sun T1(打開(kāi)MAU，分配不同長(cháng)度的RSA)進(jìn)行了對比測試。
|
RSA Encryption (Signs/s) | |||
|
|
Opteron 2.4 GHz |
Xeon 5160 3 GHz |
SUN T1 with MAU |
|
512 bit |
19003 |
21194 |
35613 |
|
1024 bit |
6098 |
6240 |
10722 |
|
2048 bit |
1145 |
1087 |
1918 |
|
4096 bit |
185 |
164 |
1 |
我們注意到T1的硬件加速并沒(méi)有在2048bit下表現得更加優(yōu)秀一些?？紤]到大部分的安全程序依然是使用的1024bit，這樣的結果我們也可以接受了。
在信號的檢測中，服務(wù)器必須鑒定客戶(hù)端的一致性。在1024bit下Woodcrest和Opteron都能檢測到每顆核心超過(guò)50000keys，而且這還是OpenSSL檢測程序的硬件限制。
Opteron再次在測試中取得了領(lǐng)先。8MAU Sun T1的速度只有4Opteron和Woodcrest的一半。加密往往要比檢測代碼更加損耗服務(wù)器的速度。
Apache/PHP/MySQL性能
英特爾的新Xeon在這里“掃了地”。比2.4GHz的Opteron高出75%的性能，新Xeon即使在面對3GHz的Opteron也不會(huì )存在什么問(wèn)題。我們本應該做更深一步的研究，不過(guò)現在看來(lái)似乎是由于大的4MB L2緩存和Woodcrest本身不更加優(yōu)秀的整數性能。而T1在這項測試中的表現則屬于不好不壞。{{分頁(yè)}}
Java Webserving
整個(gè)測試包括了如下幾個(gè)部分：
- Caucho Technology's Resin 2.1.17
- Java Virtual Machine: Java HotSpot(TM) Server VM (build 1.5.0_04-b05)
- Sybase ASE 15.0 for Solaris / Linux
AMD在這里的表現仍然只能算是差強人意，如果我們撇開(kāi)2.4GHz和2.2GHz的兩塊CPU不看，3GHz的Opteron仍要比3GHz的Woodcrest慢25%!
本次用于測試的MySQL參數如下：
[mysqld]
port3306
socket= /tmp/mysql.sock
skip-locking
key_buffer = 1G
max_allowed_packet = 1M
table_cache = 1024
sort_buffer_size = 2M
read_buffer_size = 2M
read_rnd_buffer_size = 8M
thread_cache = 125
max_user_conNECtions = 450
max_connections = 450
thread_concurrency = 16
測試結果：
T1需要20-30 MySQL線(xiàn)程才能全速運行，這很大程度上是受到了8核心"4 thread Gatling gun core"架構的影響。
MySQL的性能很難令人滿(mǎn)意，和上述的優(yōu)化以后的圖表比起來(lái)，性能下降了大約有4-5倍。
接下來(lái)我們看看單顆的雙核心Woodcrest和雙核心的Opteron、四核心的Sun T1的比較。
為了能對雙核心進(jìn)行測試，我們在這里對Xeon Irwindale也進(jìn)行了測試。額外的1MB緩存使得Irwindale測試成績(jì)改善了7-8%。不過(guò)Hyper-Threding并沒(méi)有對MySQl起到什么幫助，我們注意到這里出現的一個(gè)大約7%的性能降幅。
| MySQL Linux (Queries/s) | |||||
| Sun T1 4/8 cores 1 GHz |
MSI K2-102A2M Opteron 275 |
Xeon 5160 Woodcrest 3 GHz |
MSI K2-102A2M Opteron 280 | ||
| Average Dual-core (T1: quad-core) |
362 | 749 | 996 | 805 | |
| Average Quad-core (T1: octal-core) |
433 | 590 | 904 | 622 | |
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