Xeon X5570與六核Opteron 2435伊斯坦布爾性能較量

數(shù)周之前國外有網(wǎng)站Advanced Clustering Technologies對英特爾Nehalem和AMD“伊斯坦布爾”的平臺做了高性能 Linpack（簡稱HPL）對比測試（國際上最流行的用于測試高性能計算機系統(tǒng)浮點性能的benchmark，通過對高性能計算機采用高斯消元法求解一元N次稠密線性代數(shù)方程組的測試，評價高性能計算機的浮點性能），種種測試結(jié)果表明AMD“伊斯坦布爾”戰(zhàn)勝了英特爾Nehalem平臺。

至強5500與六核皓龍“伊斯坦布爾”代表了英特爾與AMD最新的技術(shù)

至強5500系列和皓龍2400系列HPL對比測試，皓龍勝

　　此項對比測試的目的只有一個：展示GFLOPS（每秒鐘進行10 億次浮點運算的工作能力）的峰值。理論上每個系統(tǒng)GFLOPS峰值取決于處理器核心的數(shù)量、主頻和IPC(Instructions Per Clock Cycle,指令/時鐘周期)。幾年前上一代的處理器也只能做兩個IPC，而最新的處理器在全新架構(gòu)的幫助下能夠達到四個IPC。為了便于比較，較老的主頻為2.2 GHz的雙核皓龍?zhí)幚砥鞯睦碚摲逯祪H為17.6 GFLOPS每臺機器而如今四核的皓龍理論峰值卻能夠達到70.6 GFLOPS。

　　HPL對比測試的兩個平臺介紹，AMD方面為皓龍2435“伊斯坦布爾”系統(tǒng)（六核心，主頻2.6GHz，16GB 800MHz DDR2內(nèi)存 ）；英特爾方面為至強X5550 Nehalem系統(tǒng)（四核心，主頻2.66GHz，12GB 1333MHz DDR3內(nèi)存）。測試人員盡可能的保持測試平臺的平等性，同樣的電源、硬盤驅(qū)動器以及操作系統(tǒng)。內(nèi)存的容量在發(fā)揮三通道內(nèi)存架構(gòu)的Nehalem和雙通道內(nèi)存皓龍之間性能各不相同。由于該測試項目傾向于內(nèi)存容量和測試成績成正比，因此，測試人員調(diào)整了兩個平臺的內(nèi)容容量大小。

　　簡而言之，在該測試中AMD“伊斯坦布爾”戰(zhàn)勝了英特爾Nehalem，其測試結(jié)果對比為99.38個gigaflop（每秒鐘至少進行10 億次浮點運算的工作能力）VS74.03個gigaflop。也許六核戰(zhàn)勝四核并不在意料之外，但考慮到英特爾支持單核心雙線程的hyperthreading技術(shù)，也許會預(yù)測英特爾要在并行運算占據(jù)優(yōu)勢。而在實際應(yīng)用，我們發(fā)現(xiàn)hyperthreading技術(shù)帶來的性能的提升很大程度上取決于具體的應(yīng)用。

　　據(jù)Advanced Clustering Technologies的工程師介紹，在運行HPL測試軟件的時候，hyperthreading卻導(dǎo)致了一定程度上性能的削減，工程師還指出Linpack少數(shù)幾個不從hyperthreadin技術(shù)中受益的應(yīng)用之一。

　　在有著更高帶寬DDR3內(nèi)存的支持下，Nehalem更具計算效能（HPL峰值和理論上峰值），盡管用戶一般并不關(guān)注這些度量標(biāo)準(zhǔn)，但實際上這在英特爾設(shè)計中起到了不錯的平衡系統(tǒng)的作用。討論的最多的就是價格性能測試結(jié)果，而在該測試中AMD占據(jù)了優(yōu)勢。每一個gigaflop運算成本測試成績對比為35.21美元VS 52.33美元。

　　HPL對比測試最后結(jié)論：AMD“伊斯坦布爾”在每GFLOP運算成本和峰值表現(xiàn)上都勝英特爾Nehalem至強一籌，這表明六核心處理器提供了強勁的浮點運算性能，但在整體性能平衡性上不及英特爾Nehalem至強。較低的效能測試結(jié)果很可能是缺乏內(nèi)存帶寬，加大“伊斯坦布爾”系統(tǒng)內(nèi)緩存輪詢所導(dǎo)致的，處理器閑置較長時間等待來自內(nèi)存的數(shù)據(jù)的同時也在檢測系統(tǒng)內(nèi)12個處理核心的緩存命中（cache hit），內(nèi)存寬帶對整個系統(tǒng)性能表現(xiàn)帶來的巨大影響。#p#page_title#e#

盡管Nehalem可能是核心性能比最高的，但是“伊斯坦布爾”通過增加兩個處理核心很好地彌補了自己的弱勢。當(dāng)用戶為自己的下一代集群式計算系統(tǒng)挑選系統(tǒng)架構(gòu)時，HPL測試成績會是唯一的標(biāo)準(zhǔn)。

　　然而此次針對同樣處理器平臺，測試人員又進行了STREAM測試，并將其結(jié)果公布在網(wǎng)站。據(jù)了解STREAM是HPC Challenge suite測試套件的一部分，是針對系統(tǒng)內(nèi)存帶寬的一種測試，由于內(nèi)存帶寬是整個計算系統(tǒng)中的一個最為重要的部分之一，因此STREAM的內(nèi)存帶寬測試也可以反映整個系統(tǒng)的性能水平。隨著處理器核心數(shù)量的增加，內(nèi)存帶寬在許多應(yīng)用程序中顯得越發(fā)重要，計算性能已經(jīng)悄然走到了內(nèi)存性能的前面。和HPL測試一樣，STREAM也是一項綜合性的測試，但是總的來說，如果某個應(yīng)用程序受內(nèi)存性能限制的話，那么STREAM測試就是體現(xiàn)相對性能水平的好指標(biāo)。

　　STREAM對比測試的結(jié)果也毫無懸念。如果按照X86競爭的思維來看的話，有著高級內(nèi)存子系統(tǒng)的英特爾Nehalem（至強5500）處理器完勝僅僅依靠上一代DDR2內(nèi)存技術(shù)的AMD“伊斯坦布爾”皓龍。

　　Advanced Clustering Technologies工程師Shane Corder表示，“就算是內(nèi)存性能最差的至強5500處理器性能也會比最好的皓龍?zhí)幚砥饕叱?0%，如果皓龍?zhí)幚砥饕妥顝姶蟮闹翉娞幚砥飨啾鹊脑?，那么這種性能差距會擴大至超過75%之多，至強5500之所以能夠獲得高人一籌的內(nèi)存帶寬成績，是因為三通道內(nèi)存取代了雙通道，DDR3內(nèi)存頻率的升高（高達1333MHz）以及QPI(快速通道互聯(lián))技術(shù)帶來的高速點對點處理器互聯(lián)。”

　　STREAM性能測試中，一個值得關(guān)注的數(shù)據(jù)不得不提：六核“伊斯坦布爾”的測試結(jié)果要略微低于四核“上海”。Advanced Clustering Technologies測試人員將其歸咎為“伊斯坦布爾”多出的兩顆處理核心需要爭取與“上海”處理器中數(shù)目一致的，僅有的兩個內(nèi)存控制器帶寬。和Linpack的測試結(jié)果一樣，反映了性價比之優(yōu)勢。

至強5500系列和皓龍2400系列STREAM對比測試，至強贏

　　STREAM是綜合性的內(nèi)存帶寬測試，測試成績以MB每秒來衡量。隨著處理器處理核心數(shù)量的增多，內(nèi)存帶寬對于提升整個系統(tǒng)性能越發(fā)重要，處理核心和內(nèi)存帶寬比對系統(tǒng)性能有著重大的影響，如果某個系統(tǒng)不能夠足夠迅速地將內(nèi)存中的數(shù)據(jù)傳輸?shù)教幚砥鳟?dāng)中，若干處理核心就會處于閑置狀態(tài)，等待內(nèi)存數(shù)據(jù)傳輸過來，而這其中所產(chǎn)生的閑置時間不僅會降低系統(tǒng)的效率還會抵消多核心和高主頻所帶來的性能提升因素。

　　STREAM測試是業(yè)界廣為流行的測量內(nèi)存帶寬實際性能的工具之一，是全面的用來測試高性能計算系統(tǒng)的HPC Challenge測試套件的一部分。在討論測試結(jié)果之前，我們先來了解一下進行對比測試的處理器架構(gòu)和內(nèi)存控制器的相關(guān)信息。以下系統(tǒng)架構(gòu)圖按照內(nèi)存性能升序排列而成。

英特爾至強5400（Harpertown）

至強5400系列處理器結(jié)構(gòu)

　　實際上代號為“Harpertown”的英特爾至強5400處理器是由兩顆雙核處理器封裝成一個實體處理器而成，每一顆實體處理器都共享有一個前端總線（front side bus,FSB）連接。整個處理器架構(gòu)只有一個內(nèi)存控制器，而這卻是系統(tǒng)芯片組中MCH（memory controller hub）的一部分。MCH提供了指向系統(tǒng)667MHz或者800MHz的緩沖串行內(nèi)存(FBDIMM)的物理訪問。這個共享的內(nèi)存控制器以及FSB成為了限制內(nèi)存帶寬性能表現(xiàn)的瓶頸因素。

AMD皓龍2300（“巴塞羅那”和“上海”）

AMD“上海”處理器結(jié)構(gòu)

　　皓龍“巴塞羅那”和“上海”處理器是在一個實體處理器中封裝了四個處理核心。在一個雙路系統(tǒng)當(dāng)中，每顆處理器之間有了一個專門的點對點連接，AMD將其稱作HyperTransport （超傳輸總線）。每顆處理器都有著帶有雙通道DDR2 DIMM內(nèi)存模塊的專屬內(nèi)存控制器。

　　和至強5400相比，這提供了雙倍數(shù)量的內(nèi)存控制器以及不止兩倍的內(nèi)存帶寬。“巴塞羅那”處理器采用了65納米工藝技術(shù)，可以支持雙通道667MHz DDR2 DIMM內(nèi)存，而“上海”處理器則采用了更為先進的45納米工藝技術(shù)，能夠支持雙通道800MHz DDR2 DIMM內(nèi)存。#p#page_title#e#

AMD皓龍2400（“伊斯坦布爾”）

AMD“伊斯坦布爾”六核處理器結(jié)構(gòu)

　　除了多出的兩顆處理核心以及處理器之間HyperTransport （超傳輸總線）速度提升之外，六核皓龍“伊斯坦布爾”處理器和四核“上海”處理器非常相似。內(nèi)存控制器沒有大的改動：每顆處理器都支持雙通道800MHz DDR2 DIMM 內(nèi)存。

英特爾至強5500（Nehalem）

至強5500系列處理器結(jié)構(gòu)

　　英特爾至強5500處理器可以說自5400系列以來的一次重大的架構(gòu)改進。和上一代至強的設(shè)計相比，5500系列更接近皓龍?zhí)幚砥鳌Ｃ恳活w實體處理器都有著四個處理核心，有著專門的內(nèi)存控制器以及點對點處理器之間的連接，英特爾官方將其稱作快速通道互聯(lián)（QPI）。每顆處理器的內(nèi)存控制器都提供了對三通道DDR3內(nèi)存的支持，根據(jù)不同的處理器型號以及DIMM內(nèi)存的數(shù)量，內(nèi)存的頻率可以是800 MHz、1066 MHz或者1333MHz。

在逐個介紹完處理器架構(gòu)之后，我們再來看看測試的硬件平臺：

　　針對至強5500系列處理器的測試平臺：
　　Advanced Clustering公司的Pinnacle 1BX5501服務(wù)器
　　兩顆至強X5570處理器
　　六根2GB1333MHz DDR3（內(nèi)存容量總計12GB）
　　一個250GB硬盤驅(qū)動器

　　針對皓龍2400系列處理器的測試平臺：
　　Advanced Clustering公司的Pinnacle 1BA2301服務(wù)器
　　兩顆皓龍2435處理器
　　八根2GB800MHz DDR2內(nèi)存（內(nèi)存容量總計16GB）
　　一個250GB硬盤驅(qū)動器

　　盡管對比測試兩個平臺之間的內(nèi)存容量也一定差別，但是這種內(nèi)存的選擇無疑是最為適合發(fā)掘平臺性能潛質(zhì)的。 

Stream內(nèi)存帶寬測試成績對比圖

　　正如上圖所示，英特爾至強5500處理器的性能不僅要遠(yuǎn)超上一代至強處理器5400系列，此外也完勝最好的AMD皓龍?zhí)幚砥飨到y(tǒng)。從至強5400系列到5500系列，從9.7GB/s到37GB/s我們看到了近乎4倍的提升。就算是內(nèi)存性能最差的至強5500處理器性能也會比最好的皓龍?zhí)幚砥饕叱?0%，如果皓龍?zhí)幚砥饕妥顝姶蟮闹翉娞幚砥飨啾鹊脑?，那么這種性能差距會擴大至超過75%之多，至強5500之所以能夠獲得高人一籌的內(nèi)存帶寬成績，是因為三通道內(nèi)存取代了雙通道，DDR3內(nèi)存頻率的升高（高達1333MHz）以及QPI(快速通道互聯(lián))技術(shù)帶來的高速點對點處理器互聯(lián)。

　　然而對于AMD“伊斯坦布爾”處理而言，AMD并沒有改變內(nèi)存控制器、通道數(shù)量以及DIMM內(nèi)存速度，性能也幾乎維持在統(tǒng)一水平線上，唯一的區(qū)別就在于每個內(nèi)存控制器上多出的兩個處理核心，此外處理器之間的HT3也沒有改變內(nèi)存控制器的性能。

　　當(dāng)用戶將每臺機器成本因素考慮其中的話，那么該測試結(jié)果則體現(xiàn)出英特爾至強5500系列處理器的絕對優(yōu)勢。測試中至強服務(wù)器價格大約為3800美元，而皓龍服務(wù)器的價格也在3500美元左右。盡管前者價格略高一點，但是在一美元數(shù)據(jù)傳輸對比中，至強5500要完勝皓龍，其數(shù)據(jù)對比為9.8MB每秒VS5.9MB每秒，至強5500要高出66%。

Stream內(nèi)存帶寬測試最后結(jié)論：

　　從內(nèi)存帶寬看來，很顯然英特爾至強5500系列處理器取得完勝。但需要指出的是內(nèi)存帶寬并非一切，它僅僅是整個系統(tǒng)性能的一部分而已。

　　和以往一樣，需要指出的是綜合性測試結(jié)果可能會與實際應(yīng)用中有所出入。Advanced Clustering Technologies建議用戶根據(jù)實際情況來弄清楚哪一款處理器和系統(tǒng)配置能夠帶來真正的性價比優(yōu)勢。