芯片背后的故事:為高通量計算打造的Sierra Forest

Don Soltis在向妻子描述自己的工作時，把自己定位為“一名CPU狂熱者”。當然，他的實際職稱會更為正式一些——他是英特爾至強能效核（E-core）的高級首席工程師兼首席架構(gòu)師。如果你問他本人，他會告訴你他在38年的職業(yè)生涯里，致力于開發(fā)一些“最酷、最好的處理器”，其中包括英特爾安騰處理器，彼時英特爾與惠普通力合作，旨在提供超高效的64位處理器，不過在安騰輸給x86后，Soltis便轉(zhuǎn)向了至強。

目前，他正在領導代號為Sierra Forest的下一代至強處理器的開發(fā)。

Sierra Forest將于2024年上半年推出，這將是英特爾首次同時推出兩款至強處理器。對于Soltis來說，這是一個熟悉的領域，他已在其中耕耘多年。Soltis參與過大約20款處理器的開發(fā)，每一款都用于數(shù)據(jù)中心，在Sierra Forest之前，他曾參與打造英特爾凌動C3000系列處理器。此前研發(fā)代號為Denverton的基于凌動處理器的服務器解決方案，最高可提供16核，具有行業(yè)領先的每瓦性能、熱設計功耗（TDP）以及大量可配置的高I/O吞吐性能。Denverton所面向的，是網(wǎng)絡、存儲、物聯(lián)網(wǎng)（IoT）、可擴展解決方案，以及邊緣領域。

Soltis表示：“這是我們這段時間以來一直在努力做的事情?！泵鎸κ袌黾扔行枨蠛图ち业母偁帒B(tài)勢，秉承不斷創(chuàng)新的理念，Sierra Forest將與Granite Rapids一起‘并肩’于至強路線圖中，其中，Granite Rapids是英特爾即將推出的成熟性能核產(chǎn)品?！皵?shù)據(jù)中心市場對于性能要求的廣度在不斷增長?！盨oltis展示了一張他于Hot Chips活動上演示的幻燈片，可以看出，并非每個客戶都追求所有工作負載的原始性能，相反，它是一個XY軸，其中，核心性能位于垂直的Y軸，而核心密度則位于水平的X軸上。

英特爾計劃于2024年推出的下一代服務器平臺，為關鍵工作負載提供強大的性能和能效

“Taylor Swift是向大家解釋這一點的最佳方式，”他解釋道。

在性能和能效之間找到平衡

Soltis表示，這是用來解釋為什么客戶可能需要大量更小、節(jié)能的內(nèi)核而不是最強大的解決方案的最簡單的例子。

去年年底，數(shù)百萬人涌入Ticketmaster購買Taylor Swift "Eras"世界巡回演唱會的門票，而該公司的系統(tǒng)卻難以跟上?？偣灿?50萬預先注冊的粉絲，還有成群結(jié)隊的機器人和未注冊的粉絲，他們都在爭奪同樣的東西。Ticketmaster表示，它收到了35億個系統(tǒng)請求，是之前峰值的四倍。

通量計算（例如為數(shù)百萬絕望的粉絲提供同一頁面）需要大量的核心，并且這些核心需要盡可能地節(jié)能，以防止成本失控。人工智能等更復雜的工作負載可以通過更少、更強大但運行成本更高的核心來更好地提供服務。Sierra Forest和更強大的Granite Rapids使用相同的平臺，這不僅使其具備更強的靈活性，也將為客戶帶來更多益處。

平衡性能和能效并不是一個新概念。這就是為什么每一代英特爾至強都包含針對不同工作負載（從電話通信到人工智能）的多種選項，也是為什么您會在從辦公室柜子里的IT服務器到世界上最強大的超級計算機等諸多產(chǎn)品中都能找到至強芯片。但Sierra Forest和Granite Rapids的不同之處主要在于以下幾個方面。

首先，基于能效核的Sierra Forest和基于性能核的Granite Rapids之間有共通性。這為客戶在選擇合適的芯片時提供了額外的選項——根據(jù)工作負載，他們可能想要Granite Rapids芯片或Sierra Forest芯片。兩者支持相同的軟件堆棧，并且是平臺兼容的，可以為每個客戶提供正確的組合。與之前的至強處理器相比，Sierra Forest的吞吐量計算性能更好。上個月，英特爾透露，Sierra Forest的機架密度和每瓦性能分別是Sapphire Rapids的2.5倍和2.4倍，其TDP低至205瓦¹。

“當面對諸多不同的SKU時，客戶時常會做出與過去相同的決定，但我們的能效核解決方案在性能和每瓦性能方面均優(yōu)于我們之前用于通量計算的SKU。”Soltis解釋道?！皩τ谠品仗峁┥痰瓤蛻魜碚f，更高的性能和更好的每瓦性能非常重要——他們?yōu)榇酥Ц兜碾娰M是總體擁有成本中的很大一部分?！?/p>

眼見為實

Soltis表示，“與英特爾的客戶端處理器不同，英特爾不計劃在混合芯片上整合能效核和性能核的部分原因：能效核和性能核的配比組合很多，各種組合要求都有可能被客戶要求。設計時過量配置某一種計算資源是不明智的，尤其是芯片資源如此珍貴的情況下。要滿足客戶的多元化需求。相比在SoC層級上進行配置，在服務器上進行配置會更加靈活。如果客戶A想要80/20的分配，而客戶B想要60/40的分配，很容易實現(xiàn)?！?/p>

在8月的Hot Chips活動上，Soltis在演講中詳細介紹了英特爾至強能效核，以及能讓Sierra Forest和Granite Rapids成為極具動態(tài)性組合的通用平臺。其中，共享的知識產(chǎn)權（IP）、固件和操作系統(tǒng)軟件堆棧從多維度帶來了諸多優(yōu)勢。Soltis指出，“我們在設計和驗證方面節(jié)省了諸多成本。擁有相同的I/O晶片使我們具備了相同的硬件兼容性和與平臺的軟件兼容性，而這也有助于我們獲得那些需要親自見證的客戶的信心。”

他說：“我始終銘記密蘇里州非官方的州座右銘——展示之州。在很大程度上，我認為我們所有的客戶都需要親眼見證，展示給他們看到底有什么不同。客戶也并非不相信，他們只是更相信眼見為實。而我們不僅可以做到與眾不同，也有能力向客戶展示出來，讓客戶親自見證并相信?！?/p>

Soltis指出，“聽起來很簡單，但要達到這一點則需要很多事情都順利進行。而能做到這一點真的非常復雜。我們必須拼盡全力，才能確保1000億個晶體管連接得完美無缺?！?/p>

打造Sierra Forest的團隊并不是由經(jīng)驗豐富的至強“老兵”組成。然而，盡管團隊面臨Soltis所稱的實現(xiàn)“英特爾最重要的路線圖”的巨大挑戰(zhàn)，但他們依然興致勃勃。但同時，也正因為團隊并不完全了解過往的決策，所以他們可以“輕裝上陣”。

“在我參與過的20個處理器的工作過程中，這是其中一個最令人愉快的經(jīng)歷，因為每個人都對著手打造下一個酷炫的事物充滿熱情。我們所做的每一件事都是一種挑戰(zhàn)，但挑戰(zhàn)也是樂趣的一部分?！?/p>

¹   基于截至 2023 年 8 月 21 日的架構(gòu)預測，相對于第四代英特爾至強處理器。 結(jié)果可能會有所不同。