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最新架構服務器用CPU性能對比測試

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作者：極速 時間：2006-08-02 來源：電子產(chǎn)品世界 收藏

2006年的第一個季度，AMD系統(tǒng)達的收入超過10億美元，占到了整個x86服務器市場的1/6。僅僅是在短短的一年之內(nèi)，Opteron處理器的市場份額就從去年的6%增長到了今年的15%。在四路服務器中，Opteron占到了美國市場份額中的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器市場，在過去的四年時間里，AMD的市場份額增長了36%。AMD已經(jīng)成為了服務器CPU市場上的標志。 

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(xiàn)了一點復蘇的跡象。其UltraSparc IV+處理器具備了一條快速的、整合的L2緩存和大數(shù)據(jù)量的L3緩存為Sun挽留了很大一部分傳統(tǒng)的Sparc處理器用戶，設計優(yōu)良的GALAXY Opteron服務器系統(tǒng)，以及用來沖擊中端x86市場的UltraSparc T1都在市場中取得了不俗的表現(xiàn)。

對英特爾來說，是時候做出自己應有的回應了，是到了應該在服務器用處理器方面做出點什么的時候了。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架構在服務器任務中顯得要比其他x86處理器更有效率。

本文的重點就是向用戶對基于Woodcrest和其競爭對手：AMD Opteron和UltraSparc T1處理器的幾種不同服務器進行一次性能上的比較。

英特爾最新的Bensley平臺的一個最大優(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。

通過為每顆CPU分配一個獨立的1333MHz總線，Bensley在設計中省去了共享Xeon總線。這和老的Athlon MP平臺非常相像，同時這也使得Blackford北橋、MCH的設計更加復雜。Blackford同樣提供了4個內(nèi)存通道和24個PCIE lanes。

由于只是部分HPC程序受到了FSB帶寬的限制，DIB(Dual Independent Bus)并不會為Woodcrest和Dempsey帶來任何差別。多年的測試經(jīng)驗告訴我們大多數(shù)服務器和工作站程序并不會因為FSB速度而帶來瓶頸。得益于NUMA的設計，在雙核心和四核心架構中，Opteron平臺不會發(fā)生太大的波動。在大多數(shù)的程序中，低延遲的整合內(nèi)存控制器的影響要超過了FSB/NUMA帶寬。當然，對于Clovertown或者2個Woodcrest核心整合的處理器來說，一個標準的FSB有可能會成為瓶頸，在那種情況下，DIB會是一個不錯的選擇。

Blackford的最大改進應該是fully Buffered DIMMs(FB-DIMMs)的引入。在在FB-DIMms PCB上，我們?nèi)阅馨l(fā)現(xiàn)并行DDR-2內(nèi)存，不過高級內(nèi)存緩沖器(AMB)則將這個并行數(shù)據(jù)流變成了一個連續(xù)的數(shù)據(jù)流向Blackford芯片轉(zhuǎn)移。在內(nèi)存子系統(tǒng)和芯片中的連續(xù)連接不僅排除了不對稱問題同時也大大簡化了主板的喚醒功能。喚起四通道的DDR-2內(nèi)存無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(tǒng)。而目前能夠在T2000上使用的操作系統(tǒng)也只有Solaris 10 3/05/ HW2。T1和現(xiàn)在的SPARC體系可以做到二進制兼容，不過必須是這個版本的Solaris。

下面是幾款不同的服務器指標：

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}}

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是用來測試CPU性能的標準測試軟件。不過，實際的測試得分受編譯器的影響相當大。SPEC fp和integer將會顯示最佳的性能表現(xiàn)。不過在實際運用中，處理器的表現(xiàn)會相對保守一些。

而在我們的這篇文章中，這代表著SPEC的測試數(shù)據(jù)會比它在實際應用程序的表現(xiàn)中略高一些。不過，通過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15%左右的性能提升。不過在大部分的64bit和128bit SSE程序中，英特爾的Woodcrest依舊占據(jù)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(shù)性能的測試中，Woodcrest輕松超越了其他幾款橫向?qū)Ρ鹊奶幚砥?。接下來我們就看看在服務器程序中SPEC lnt 2000的整數(shù)性能。

延遲

LMBench是一款能夠用來判定內(nèi)存時序和指令時序的測試軟件。我們使用LMBench3.0a-5進行了測試。應該說LMBench的結果通常都是正確的，但并不總是正確的。如果軟件無法正確識別出某種架構，很有可能出現(xiàn)錯誤的測試結果。因次我們非常有必要事先來檢查好。

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，我們得到的數(shù)值將是12cycle，這樣來看，它會是一個非常不好的結果。不過，即便是14cycle，在3GHz下，它的表現(xiàn)依然令人吃驚。而Core Duo(Yonah)，

另一方面，緩存的延遲相當高，不過憑借4MB的L2緩存還是將這種影響降到了最低。造成這種現(xiàn)象的原因可能是FB-DIMMs。AMB會造成高延遲，CAS為4的registered DDR2 533芯片會造成一個更高的延遲。這使得內(nèi)存子系統(tǒng)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(tǒng)的測試結果為65-70ns，而Woodcrest的測試結果則在70-76ns。

不過在這里，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MAU(modular arithmetic unit)，這樣8個核心就有了9個MAU。為了能夠充分利用8個MAU，我們需要通過SCF(Solaris Cryptographic Framework)來完成SSLI的計算過程。我們使用命令openssl speed -engine pkcs11 rsa來測試T1的MAU。Solaris 10系統(tǒng)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來測試Opteron 880的8個核心是否可以和Sun T1 的8個MAU一拼高下。如果想要對Woodcrest和Opteron進行比較，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(shù)值。每顆核心一個線程師最好的選擇，因此我們測試DL585時使用最大的16線程，這樣8線程的性能就是最強的。測試Xeon Irwidale使用8線程，因此5線程就是最強的，如此類推。

我們注意到8MAU的Sun T1在關閉32“SSL RSA signing”線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(xiàn)會和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)絡服務的話，對你的網(wǎng)絡服務器進行SCF的檢查將會是必不可少的了。

此外，我們注意到之前的Netburst架構的表現(xiàn)非常糟糕。這是因為在Pentium 4核心的內(nèi)部缺少了barrel shifter，這是一種能夠?qū)⒋罅繑?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換或者循環(huán)進入一個時鐘周期的電路。由于缺少了這種轉(zhuǎn)換裝置，造成延遲過高。就大多數(shù)的x86代碼而言不能忽視這一點，不過代碼的加密常常需要使用到這個轉(zhuǎn)換和循環(huán)的過程。我們分別在HYper-Threading打開和關閉的兩種情況下進行了測試。在這種情況下，Hyer-Threading為編碼加密帶來了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MAU，分配不同長度的RSA)進行了對比測試。

RSA Encryption (Signs/s)

Opteron 2.4 GHz
4 threads

Xeon 5160 3 GHz
4 threads

SUN T1 with MAU
32 threads

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的硬件加速并沒有在2048bit下表現(xiàn)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，服務器必須鑒定客戶端的一致性。在1024bit下Woodcrest和Opteron都能檢測到每顆核心超過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也不會存在什么問題。我們本應該做更深一步的研究，不過現(xiàn)在看來似乎是由于大的4MB L2緩存和Woodcrest本身不更加優(yōu)秀的整數(shù)性能。而T1在這項測試中的表現(xiàn)則屬于不好不壞。{{分頁}}

Java Webserving

整個測試包括了如下幾個部分：

  • 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(xiàn)仍然只能算是差強人意，如果我們撇開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(shù)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的性能很難令人滿意，和上述的優(yōu)化以后的圖表比起來，性能下降了大約有4-5倍。

接下來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。

為了能對雙核心進行測試，我們在這里對Xeon Irwindale也進行了測試。額外的1MB緩存使得Irwindale測試成績改善了7-8%。不過Hyper-Threding并沒有對MySQl起到什么幫助，我們注意到這里出現(xiàn)的一個大約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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