Ciągłe dążenie do przetwarzania obciążeń bliżej miejsca powstawania danych stwarza wymagania dla obliczeń na brzegu. Zapewnienie wydajności i bezpieczeństwa przy jednoczesnym spełnieniu ograniczeń dotyczących zasilania i przestrzeni jest kluczowe dla pełnego wykorzystania modeli użytkowania brzegów sieci w celu uzyskania takich korzyści, jak niskie opóźnienia i niższe koszty pasma dosyłowego. Zaawansowane architektury systemów, zoptymalizowane pod kątem przetwarzania brzegowego i innych środowisk rozproszonych, umożliwiają wyprowadzanie zasobów centrów danych na zewnątrz, w takich zastosowaniach i przypadkach, jak np:
- Łączność sieciowa, w tym bramy i routery, urządzenia zabezpieczające oraz pamięć masowa
- Topologie 5G, w tym architektury C-RAN i D-RAN
- Bezpieczeństwo, w tym Secure Access Service Edge (SASE)
- IoT, w tym inteligentne operacje
Minęła już era wdrażania urządzeń o stałej funkcjonalności, które miały pełnić te funkcje. Systemy ogólnego przeznaczenia, oparte na otwartych standardach i architekturze Intel®, są wszechstronnym, efektywnym kosztowo fundamentem dla nowej generacji warstwy brzegowej sieci, łącznie ze sztuczną inteligencją w urządzeniach w tej warstwie.
Przedstawiamy procesory Intel® Xeon® D-2700 i D-1700
Procesory Intel® Xeon® D-2700 i D-1700 zostały zaprojektowane z myślą o zapewnieniu gęstej mocy obliczeniowej na brzegu sieci, która równoważy wysoką przepustowość obliczeniową z niską ilością wydzielanego ciepła (TDP). Wysoka wydajność na rdzeń, zaawansowane funkcje bezpieczeństwa i wbudowana akceleracja sprzętowa dla kryptowalut, sztucznej inteligencji i kompresji spełniają wymagania wymagających obciążeń w ramach platformy o zoptymalizowanej gęstości. Wysoce zintegrowana konstrukcja została zapakowana jako system-on-chip (SoC) na bazie pakietu BGA (ball grid array), co ułatwia
projektowanie i zwiększa wydajność energetyczną.
Wysoce zintegrowana konstrukcja dobrze nadaje się do tworzenia kompaktowych rozwiązań do wdrożeń w pomieszczeniach, na zewnątrz i w środowiskach o podwyższonej wytrzymałości, uzupełniona o nowy, rozszerzony zakres temperatur roboczych. SoC jest również w pełni kompatybilny z oprogramowaniem i interfejsami API poprzednich generacji procesorów Intel Xeon, a także z innymi architekturami i rozwiązaniami firmy Intel. Wynikająca z tego łatwość projektowania, rozwoju i integracji z istniejącymi rozwiązaniami firmy Intel umożliwia obniżenie całkowitego kosztu posiadania i skrócenie czasu wprowadzania na rynek zaktualizowanych ofert produktów.
Wydajność obliczeniowa
W opracowywanych rozwiązaniach wiele technologii sprzętowych, wbudowanych w procesory Intel® Xeon® D-2700 i D-1700, jest używanych do przyspieszenia obsługi obciążeń roboczych. Przykładem mogą być następujące technologie:
- Intel® Deep Learning Boost (Intel® DL Boost)1 przyspiesza obciążenia robocze AI, eliminując niepotrzebną precyzję w obliczeniach, dzięki czemu mogą one być wykonywane szybciej.
- Intel® AES New Instructions (Intel® AES-NI)1 przyspiesza sprzętowo wymagające zasobów części algorytmu szyfrowania AES.
- Intel® Advanced Vector Extensions 512 (Intel® AVX-512)1 zwiększa wydajność w wymagających zastosowaniach, takich jak AI i 5G, dzięki bardzo szerokim 512-bitowym operacjom wektorowym, które przetwarzają więcej danych na cykl zegara niż poprzednie technologie.
- Technologia Intel® QuickAssist (Intel® QAT) z obsługą IPSec inline przyspiesza szyfrowanie i kompresję; platforma jest w stanie obsłużyć do 100 Gb/s kryptografii i 70 Gb/s kompresji. Możliwości kryptograficzne obejmują także IPSec inline, co pozwala klientom zwolnić cenne rdzenie obliczeniowe dla innych aplikacji.
Sprzętowe innowacje w bezpieczeństwie
Procesory Intel® Xeon® D-2700 i D-1700 zapewniają deweloperom rozwiązań nie tylko akcelerację kryptografii przy użyciu technologii Intel® AES-NI i Intel® QAT, ale również następujące najnowocześniejsze zabezpieczenia wbudowane w sprzęt:
- Intel® Software Guard Extensions (Intel® SGX) chroni dane podczas pracy, tworząc prywatne, odizolowane obszary pamięci zwane bezpiecznymi enklawami wykonawczymi, w których można operować na niezaszyfrowanych danych, poza zasięgiem oprogramowania i użytkowników, niezależnie od ich poziomów uprawnień.
- Szyfrowanie pamięci obsługuje istniejące oprogramowanie bez modyfikacji, jednocześnie kryptograficznie chroniąc pamięć przed atakami sprzętowymi za pomocą standardu szyfrowania NIST AES XTS z kluczami generowanymi sprzętowo przez zaimplementowany w krzemie generator liczb losowych.
Zaawansowana zintegrowana łączność Ethernet
Zintegrowany Ethernet zapewnia przepustowość do 100 Gb/s, a opcje łączności oferują połączenia od 1 GbE do 100 GbE. W przypadku sieci pamięci masowej platforma SoC zapewnia Remote Direct Memory Access (RDMA), umożliwiający transfery pamięci między systemami z pominięciem systemu operacyjnego, co zwiększa przepustowość i zmniejsza obciążenie procesora oraz opóźnienia. Dostępne są funkcje RDMA takie jak obsługa protokołów iWARP (Internet Wide Area RDMA Protocol) i RoCEv2 (RDMA over Converged Enhanced Ethernet). Ta elastyczność protokołów transportowych pozwala architektom pamięci masowych tworzyć wybrane topologie.
Zintegrowana karta NIC obsługuje dynamiczną personalizację urządzeń (DDP) umożliwiającą tworzenie wielu profili, z których każdy określa optymalizacje i parametry obsługi pakietów dla określonych typów ruchu, co pozwala na zwiększenie przepustowości i priorytetyzację ruchu. Kolejki urządzeń aplikacji (ADQ) umożliwiają określonym aplikacjom rezerwowanie dowolnej liczby dedykowanych kolejek sprzętowych sieci Ethernet, co pomaga zapewnić przewidywalną wydajność.
Funkcje zintegrowanego Ethernetu obejmują także komponent Enhanced Packet Processor zwany Network Acceleration Complex (NAC). NAC jest kolejnym krokiem w ewolucji przetwarzania pakietów i akceleracji przełączania; integruje następujące elementy:
- Interfejs sieciowy z ulepszonym harmonogramem, który zapewnia przepustowość hosta do 100 Gb/s
- Elastyczny procesor pakietów i przełącznik przyspieszają przetwarzanie pakietów w trybie inline
- Elastyczne połączenia, z maksymalnie ośmioma portami o przepustowości 25, 10 lub 1 Gb/s
Elastyczność wdrożenia: jedna architektura, dwa pakiety
Aby zwiększyć liczbę dostępnych modeli zastosowań, firma Intel oferuje układ Intel® Xeon® SoC w dwóch pakietach: procesor Intel Xeon D-2700 z dużą liczbą rdzeni, zoptymalizowany pod kątem wydajności, oraz procesor Intel® Xeon® D-1700, zoptymalizowany pod kątem kosztów i zużycia energii. Te dwie opcje zapewniają elastyczność we wdrażaniu obliczeń i sieci o dużej gęstości dla różnych modeli użytkowania.
Pakiet zaawansowany (duża liczba rdzeni): procesory Intel® Xeon® D-2700
Dzięki 4-20 rdzeniom zaawansowany pakiet SoC oparty na procesorze Intel® Xeon® D-2700 nadaje się do wymagających zadań, takich jak obsługa dużej przepustowości płaszczyzny danych. W porównaniu z procesorem Intel® Xeon® D-1700 ten proces oferuje większą wartość indeksu TDP, wydajność, pojemność pamięci, liczbę linii PCI Express, przepustowość dla szyfrowania i kompresję dzięki akceleratorowi Intel® QAT. Ponadto procesory Intel® Xeon® D-2700 zapewniają kontrolę NAC przy użyciu zabezpieczeń IPSec.
Pakiet standardowy (mała liczba rdzeni): procesory Intel® Xeon® D-1700
Standardowy pakiet SoC oparty na procesorze Intel® Xeon® D-1700, obejmujący od 2 do 10 rdzeni w zależności od konkretnego produktu, jest często wdrażany na potrzeby funkcji płaszczyzny sterowania, a także w zastosowaniach o niższej przepustowości, takich jak lokalne urządzenia klienckie.
Ścieżka modernizacji wcześniejszych procesorów Intel® Xeon® D
Procesory Intel® Xeon® D-2700 są następcami procesorów Intel® Xeon® D-2100, natomiast procesory Intel® Xeon® D-1700 zastępują procesory Intel® Xeon® D-1500 i D-1600. We wszystkich przypadkach modernizacje zapewniają znaczące, zrównoważone i opłacalne ulepszenia w zakresie obliczeń, pamięci i operacji we/wy.
Korzyści w różnych obciążeniach brzegowych
W przypadku obliczeń brzegowych procesory Intel® Xeon® D-2700 i D-1700 są bardziej opłacalne, skalowalne i bezpieczne niż ich poprzednicy.
Poprawa wydajności z generacji na generację1
Wyższa przepustowość sygnalizacyjna i przepustowość na płaszczyźnie użytkownika dzięki zaawansowanej mikroarchitekturze
Data Plane Development Kit (DPDK) korzysta z nowych instrukcji Intel® AVX-512 i wbudowanych akceleratorów
Zintegrowana sieć o dużej przepustowości z zaawansowaną bezpieczną łącznością
- Do ośmiu portów Ethernet z możliwością przetwarzania pakietów do 100 Gb/s z wbudowanym protokołem IPSec
- Zapewnione wsparcie dla wymagań szybkości linii, jednocześnie zwiększając wartość dzięki dodatkowym usługom i funkcjom
Niższe całkowite koszty utrzymania
- Zwiększona przepustowość wejść/wyjść zapewniona przez PCIe 4.0 (16 GT/s) z maksymalnie 32 liniami
- Większa liczba obciążeń roboczych abonenta na węzeł, umożliwiająca opłacalne wdrażanie zaawansowanych usług
Zintegrowane akceleratory kryptograficzne i AI
- Ulepszone technologie Intel QAT zapewnia lepsze przyspieszenie w porównaniu z poprzednią generacją
- Nowe instrukcje AI przyspieszają obciążenia AI / głębokiego uczenia
Skalowalność do 20 rdzeni
- Pojedyncza architektura standardowa dla produktów NFV takich jak skalowalne procesory Intel® Xeon®
- Zmniejszenie całkowitych nakładów inwestycyjnych na platformę dzięki konsolidacji obciążeń w płaszczyźnie aplikacji, sterowania i danych oraz kompatybilności wstecznej oprogramowania
Zaawansowane funkcje dla wdrażania brzegowego
Rozszerzający się zakres i znaczenie zastosowań stawia coraz większe wymagania przed zasobami obliczeniowymi udostępnianymi na brzegu sieci pod względem wydajności, łatwości zarządzania i ochrony danych. Procesory Intel® Xeon® D oferują nowe technologie sprzętowe umożliwiające szybszą obsługę obciążeń roboczych, bardziej sprawną konserwację i lepszą ochronę.
| Nowa technologia | Zaleta | |
|---|---|---|
| Akceleracja rdzenia | Vector Byte Manipulation Instructions (VBMI) | Akceleracja kompresji/dekompresji w rdzeniach dla obciążeń roboczych związanych z bazami danych w pamięci |
| Instrukcja VPMADD52 | Generowanie szyfrowania kluczem publicznym — akceleracja SSL na frontendzie serwera WWW | |
| Nowe rozszerzenia SHA | Akceleracja haszowania, SSL, TLS, IPsec, deduplikacji, blockchaina | |
| Wektor AES | Akceleracja obciążeń bazy danych | |
| Dostrajanie wdajności i zarządzanie nią | Technologia Intel® Resource Director (Intel® RDT) | Monitorowanie i kontrola wykorzystania pamięci i pamięci cache ostatniego poziomu |
| Elastyczna częstotliwość turbo wszystkich rdzeni2 i priorytetowa częstotliwość podstawowa2 | Wyższe częstotliwości dla podzbioru rdzeni, podczas gdy wszystkie rdzenie są aktywne, aby zarządzać wydajnością na poziomie aplikacji | |
| Intel Speed Select2 | Wyższa częstotliwość podstawowa przy mniejszej liczbie rdzeni dla dynamicznego SKUingu | |
| Wewnętrzne uziemienie bloku | Zoptymalizowany pod kątem mocy SKUing podsegmentu | |
| Ulepszenia wirtualizacji | Zwiększanie wydajności obciążeń roboczych NFV | |
| Asynchroniczne odświeżanie pamięci DRAM (ADR) | ADR z ulepszonym podtrzymaniem bateryjnym znacznie zmniejsza wymagania dotyczące wielkości baterii | |
| Zabezpieczenia | Intel® SGX-Trusted Environment Mode (Intel® SGX-TEM) | Precyzyjna ochrona danych poprzez izolację aplikacji w pamięci |
| Intel® Total Memory Encryption — Multi-Tenant (Intel® TME-MT) | Izolacja kontenerów maszyn wirtualnych dla platform typu multi-tenant | |
| Intel® Platform Firmware Resilience (Intel® PFR) | Ochrona, wykrywanie i usuwanie zagrożeń bezpieczeństwa w czasie tranzytu, uruchamiania i działania | |
| Nowe algorytmy w Intel® QAT trzeciej generacji | SHA3, SM3, SM4, ChachaPoly dodane w celu przyspieszenia obciążeń roboczych IPSEs, TLS i DTLS | |
| Sztuczna inteligencja (SI) | Intel® Advanced Vector Extensions 512 (Intel® AVX-512) | Przyspiesza wydajność intensywnych obliczeniowo zadań, takich jak AI/głębokie uczenie, symulacje naukowe i analizy finansowe |
| Vector Neural Network Instructions (VNNI) | Zapewnia znaczną akcelerację głębokiego uczenia i oszczędność energii dzięki zastosowaniu pojedynczego zestawu instrukcji wektorowych | |
Specyfikacja pakietu: zaawansowany kontra standardowy
Procesory Intel® Xeon® D-2700 i D-1700 mają podobną konstrukcję, ale różnią się między innymi obudową, liczbą rdzeni i łączną mocą obliczeniową. Te różnice w specyfikacjach pozwalają na dopasowanie SoC do zastosowań z odpowiednimi wymaganiami i ograniczeniami dotyczącymi wydajności, kosztów, miejsca i mocy.
| Gniazdo | SoC: macierz kulkowo-siatkowa mikroukładu przełączalnego (FCBGA) 52,5 mm × 45 mm | SoC: macierz kulkowo-siatkowa mikroukładu przełączalnego (FCBGA) 45 mm × 45 mm |
| Rdzenie | 4-20 z technologią Intel® Hyper-Threading | 2-10 z technologią Intel® Hyper-Threading |
| Pamięć podręczna cache | LLC: 1,5 MB/rdzeń (maks. 30 MB) MLC: 1,25 MB/rdzeń9090 | LLC: 1,5 MB/rdzeń (maks. 15 MB) MLC: 1,25 MB/rdzeń |
| Znamionowa moc termiczna (TDP) | 64-125 watów | 25 –85 watów |
| Pamięć | 4 kanały DDR4 (2933 MT/s 2 DIMM na kanał, 3200 MT/s 1 DIMM na kanał) 8 Gb i 16 Gb gęstości do 512 GB pojemności z RDIM3 | 2 lub 3 kanały DDR4 z maks. 2933 MT/s, 1 i 2 DIMM na kanał 8 Gb i 16 Gb gęstości Do 384 GB pojemności z RDIMM3 |
| Zintegrowany Intel® Ethernet | Opcje przepustowości do 100 Gb/s Łączność: 1, 2,5, 10, 25, 40, 50, 100 GbE z RDMA (iWARP i RoCE v2)4 | Opcje przepustowości do 100 Gb/s Łączność: 1, 2,5, 10, 25, 40 GbE z RDMA (iWARP i RoCE v2)4 |
| Zintegrowana technologia Intel® QAT | Intel® QAT trzeciej generacji: szyfrowanie do 100 Gb/s Kompresja do 70 Gb/s 80 kOps PKE RSA 2K | Intel® QAT drugiej generacji: szyfrowanie do 20 Gb/s Kompresja do 15 Gb/s 20 kOps PKE RSA 2K |
| PCI Express | Łącznie 56 linii dzięki połączeniu 32 linii PCIe 4.0 + 24 HSIO PCIe 3.0 32 dedykowane linie PCIe 4.0 o pełnej przepustowości z zestawu procesora (osiem portów głównych) Bifurkacja: x16, x8, x4 NTB przez linie PCI 4.0: x16 i x8 | Łącznie 40 linii dzięki połączeniu 16 linii PCIe 4.0 + 24 HSIO PCIe 3.0 16 dedykowanych linii PCIe 4.0 o pełnej przepustowości z zestawu CPU (cztery porty główne) Bifurkacja: x16, x8, x4 NTB przez linie PCI 4.0: x16 i x8 |
| Obsługa SATA | Do 24x SATA 3.0 przez HSIO | |
| Elastyczne wejścia/wyjścia o dużej prędkości | 24 elastyczne pasma wejść/wyjść o dużej prędkości, skonfigurowane jako PCIe/SATA/USB Do 24 linii PCIe 3.0 (2,5, 5, 8 GT/s, obsługa bifurkacji: x8, x4, x2; 12 portów głównych) lub do 24 SATA 3.0 lub do 4 portów USB 3.0 Łączna przepustowość HSIO jest ograniczona do 16 linii PCIe 3.0 ruchu sieciowego |
|
| Inne funkcje | UART, LPC, SPI, eMMC 5.1, 2x USB 2.0, Intel® ME (Manageability Engine), SGX, TME-MT, PFR | |
Portfolio procesorów firmy Intel do przetwarzania brzegowego
Otwarte systemy zbudowane na procesorach Intel® pozwalają architektom dostosować swoje rozwiązania do potrzebnego poziomu obliczeń i wydajności, a jednocześnie uwzględniają specyficzne dla danej implementacji ograniczenia dotyczące przestrzeni i mocy. Procesory Intel® Xeon® D są część oferty procesorów firmy Intel dla warstwy brzegowej sieci, do której należą też skalowalne procesory Intel® Xeon® i procesory Intel Atom® C3000. Razem te rodziny procesorów spełniają pełne spektrum wymagań w zakresie obliczeń brzegowych, przy pełnej kompatybilności oprogramowania w całym portfolio.