Intel Sierra Forest: núcleos Xeon-E para cargas de trabajo paralelas en servidores

Sierra Forest, dentro de la familia Xeon

Intel Sierra Forest es un nombre en clave para los procesadores para servidores Xeon 6 con Núcleos eficientes (E-Cores). La lista de productos analizada incluye modelos con entre 64 y 144 núcleos, entre los que se encuentran los procesadores de la serie 6700E. Intel orienta esta versión, entre otras cosas, a aplicaciones en la nube y de escalabilidad horizontal, en las que se pueden procesar muchas tareas en paralelo.

Por lo tanto, a la hora de elegir una CPU para un servidor, el nombre en clave es un punto de partida, pero no una especificación completa. Los modelos de la misma gama se diferencian, entre otras cosas, en el número de núcleos, la frecuencia de reloj y el diseño térmico. La combinación más adecuada depende de la cantidad de trabajo que una aplicación pueda gestionar simultáneamente y de las limitaciones que imponga el sistema de servidor en cuestión.

Por su parte, «Granite Rapids» hace referencia a otra línea de productos Xeon 6 con núcleos de rendimiento (P-Cores). Es una opción a tener en cuenta cuando el rendimiento de los núcleos individuales o determinadas ampliaciones del conjunto de instrucciones son especialmente importantes. Sin embargo, la clasificación como P-Core o E-Core por sí sola no determina el resultado para una aplicación concreta.

Clearwater Forest debe considerarse, como siguiente generación de E-Core y Xeon 6+, una línea independiente de Sierra Forest. La indicación de que la familia Xeon puede llegar a tener hasta 288 núcleos E no es una especificación general para Sierra Forest. Por lo tanto, al comparar ofertas, conviene comprobar la denominación concreta del modelo y sus datos, en lugar de tomar como referencia un valor máximo de otra generación.

Muchos núcleos «E» para el trabajo en paralelo

Sierra Forest utiliza una arquitectura modular de múltiples chips: los módulos de cálculo y de E/S se encuentran juntos en el paquete del procesador. Los módulos de cálculo proporcionan los núcleos para el procesamiento; a través del lado de E/S se establecen las conexiones con la plataforma. Para la aplicación, lo que importa no es tanto el número de módulos como si su trabajo se puede distribuir entre los núcleos disponibles.

Muchos núcleos pueden procesar simultáneamente, por ejemplo, numerosas solicitudes web independientes o tareas en segundo plano. El Rendimiento describe la cantidad de trabajo realizado por unidad de tiempo, por ejemplo, las consultas resueltas con éxito por segundo. Si este valor aumenta, eso no significa automáticamente que cada consulta se resuelva más rápido.

Para ello, la latencia es un factor determinante: se refiere al tiempo que tarda una única consulta u operación. Si varios servicios esperan a acceder a la misma base de datos o a una memoria saturada, los núcleos de CPU adicionales pueden asumir más trabajo, pero no pueden eliminar por sí solos el tiempo de espera. Por eso, especialmente en los picos de carga, hay que tener en cuenta no solo el rendimiento, sino también el tiempo de respuesta.

En Escalabilidad horizontal El trabajo se distribuye entre varias instancias o servidores. De este modo, varias instancias de servicio pequeñas pueden ejecutarse en paralelo, siempre que sean lo suficientemente independientes y los recursos compartidos no supongan un cuello de botella. Por el contrario, una única tarea en serie no se ejecuta automáticamente más rápido por el hecho de contar con núcleos adicionales sin utilizar; sus pasos sucesivos siguen dependiendo unos de otros.

La distribución entre procesos o servidores no es equiparable a la estructura de una CPU. El artículo complementario sobre Computación en enjambre y colaboración descentralizada aborda otro concepto de sistemas distribuidos. Para Sierra Forest, lo decisivo es si el software concreto genera suficientes tareas que se puedan ejecutar en paralelo para los núcleos disponibles.

Núcleos E, núcleos P y compatibilidad de software

Sierra Forest y la versión P-Core del Xeon 6 pertenecen al mundo x86. Esto simplifica la clasificación básica del software existente, pero no significa que ambos tipos de procesadores sean compatibles con todas las extensiones por igual ni que alcancen el mismo rendimiento en una misma aplicación. Por lo tanto, para llevar a cabo una migración, es necesario comprobar tanto los programas ejecutables como sus requisitos reales.

Intel indica, entre otras cosas, para los núcleos Xeon 6-E que: AVX2 y VNNI. Estas ampliaciones del conjunto de instrucciones pueden facilitar determinados cálculos; que una aplicación las utilice y se beneficie de ellas depende de su código y de sus bibliotecas. Por lo tanto, su mera existencia no permite sacar conclusiones sobre el rendimiento que puede alcanzar un servicio.

En el caso del Xeon 6, es AVX-512 Según Intel, está reservada a los procesadores P-Core. Si un programa requiere obligatoriamente esta extensión, esto supone un criterio de compatibilidad inmediato que impide su ejecución sin modificaciones en Sierra Forest. Si utiliza AVX-512 solo de forma opcional, es posible que pueda ejecutarse con otra ruta de código; sin embargo, su rendimiento debe evaluarse por separado.

Por eso, antes de cambiar de plataforma, comprueba no solo la aplicación principal, sino también su entorno de ejecución y las bibliotecas que requieren un uso intensivo de recursos, para conocer sus requisitos de CPU. La documentación del fabricante y las versiones de software que se utilicen realmente son más importantes para ello que la suposición de que cualquier paquete x86 ofrece las mismas prestaciones en cualquier variante de Xeon.

Además, la prueba de compatibilidad solo indica si el software puede ejecutarse. Para saber si una configuración de E-Core es capaz de realizar el trabajo necesario con un objetivo de latencia determinado, es necesario compararla con la aplicación real y con el equipamiento de servidor adecuado. Por lo tanto, para tareas muy seriales o que hacen un uso intensivo de AVX-512, un sistema P-Core constituye una base de comparación importante, pero no es necesariamente la mejor opción.

Comparar modelos, memorias y conexiones

En el caso de Sierra Forest, el número de modelo es más revelador que el número de núcleos por sí solo. Para una preselección, por ejemplo, se pueden tener en cuenta los modelos 6710E, 6756E, 6766E y 6780E. Además de los núcleos y los hilos, compara también la frecuencia base y la frecuencia turbo, así como el perfil de rendimiento correspondiente: el mismo número de núcleos no indica por sí solo cuánto margen térmico debe ofrecer un servidor.

El Xeon 6780E cuenta con 144 núcleos y 144 subprocesos. Intel indica para él una frecuencia base de 2,2 GHz y hasta 3,0 GHz en modo Turbo; el TDP de 330 W se refiere al perfil de servidor especificado. La frecuencia Turbo máxima no es un valor continuo garantizado para todos los núcleos ni para todas las situaciones de funcionamiento. En el caso del 6766E, así como del 6710E y el 6756E, debes comprobar por separado los datos de frecuencia y perfil en la comparativa de productos antes de realizar tu elección.

La diferencia entre los dos modelos de 144 núcleos afecta, por tanto, también al diseño de la refrigeración y la alimentación eléctrica. Sin embargo, a partir de los valores de TDP por sí solos no se puede deducir ni el consumo medido ni el rendimiento de una aplicación. Lo decisivo es qué modelo realiza el trabajo necesario dentro de los límites de rendimiento previstos y con la carga real.

En el caso del 6780E, Intel menciona ocho Canales de almacenamiento, DDR5-6400 como máximo, hasta 88 carriles PCIe 5.0 y compatibilidad con sistemas de dos zócalos. Para saber qué velocidad de memoria se admite realmente con la configuración de módulos DIMM prevista, debes consultar las especificaciones del sistema de servidor concreto y de los módulos de memoria seleccionados.

Dimensionar el alojamiento y las máquinas virtuales

Muchas instancias web independientes pueden aprovechar el elevado número de núcleos si realmente se procesan suficientes solicitudes simultáneamente. Sin embargo, a la hora de planificar, no solo cuenta el número de instancias instaladas, sino el número de servicios activos simultáneamente con un objetivo de tiempo de respuesta establecido. Un servidor puede mostrar capacidad libre de CPU y, aun así, no alcanzar el objetivo si las solicitudes están en espera en la memoria o en el almacenamiento.

Por lo tanto, calcula primero la memoria RAM por instancia, incluyendo la aplicación, la caché y la parte correspondiente al sistema operativo. A continuación, ten en cuenta los picos de carga y las reservas para el mantenimiento o la caída de un host. Si la capacidad de la memoria RAM deja de ser suficiente antes que la potencia de cálculo, un mayor número de núcleos por sí solo no ayudará a lograr la consolidación deseada.

La E/S de almacenamiento también influye en la densidad alcanzable: si muchas instancias leen, escriben o generan registros al mismo tiempo, pueden producirse colas. Por lo tanto, en condiciones de concurrencia realistas, comprueba no solo el rendimiento medio, sino también las consultas lentas. Un objetivo p99 describe, por ejemplo, el tiempo de respuesta que deben cumplir al menos el 99 % de las consultas analizadas.

En el caso de las máquinas virtuales, una asignada vCPU En primer lugar, se trata de una unidad de ejecución virtual, no de una reserva automática de un núcleo físico. Si varias máquinas virtuales comparten los mismos recursos, el tiempo de cálculo disponible y los tiempos de respuesta también dependen de su actividad simultánea y de la configuración del hipervisor. Por lo tanto, planifica las reservas y el sobreaprovechamiento en función de los requisitos de cada servicio.

Para un servidor de dos zócalos con 6780E, también deberías tener en cuenta la Topología NUMA Comprueba: los accesos a la memoria pueden depender del zócalo al que esté conectada la memoria y del lugar donde se ejecute la máquina virtual. Comprueba la configuración y la ubicación de la memoria en el hipervisor y compara los accesos locales con los remotos bajo carga. La compatibilidad con dos zócalos de Intel no sustituye a la homologación del servidor y el hipervisor concretos para la CPU seleccionada.

Comparar de forma práctica los perfiles de carga

La planificación de las mediciones comienza con una decisión concreta: ¿cuántos trabajadores en cola o solicitudes de red procesa la nueva configuración, manteniendo la misma calidad de servicio, en comparación con el servidor actual o con un sistema P-Core? Para ello, establece la misma aplicación, el mismo volumen de datos y la misma concurrencia definida para ambos candidatos. El procedimiento que se describe a continuación es una recomendación metodológica propia, no un procedimiento de prueba documentado por Intel ni una descripción de una prueba realizada.

En el caso de los «workers», la prueba debería incluir suficientes tareas independientes para que se puedan utilizar los núcleos adicionales. Registra las tareas completadas por intervalo de tiempo y el tiempo transcurrido hasta su finalización; además, observa si la base de datos, el almacenamiento o las interfaces externas limitan el proceso. Una única tarea en serie no es adecuada como única base para evaluar una plataforma diseñada para el paralelismo.

Para poder comparar por tu cuenta los servicios de red, documenta también el tamaño de los paquetes, el cifrado, las tarjetas de red y los controladores. Si la aplicación va a utilizar aceleradores, comprueba su disponibilidad para la configuración concreta de la CPU y del servidor, así como la compatibilidad con el software utilizado. A continuación, comprueba, bajo la misma carga, si su uso aporta alguna ventaja, en lugar de deducirlo a partir de las especificaciones técnicas.

Prepara primero un Objetivo de latencia p95 o p99 Mantén la carga y auméntala en pasos razonables. Registra el rendimiento y la tasa de errores junto con la latencia: un mayor número de solicitudes por segundo no supone un resultado equivalente si se supera el objetivo de tiempo de respuesta acordado o si aumentan los errores. Repite este análisis también para los picos de carga previstos.

Mide la potencia eléctrica del Sistema global en reposo, así como con carga parcial y máxima. Anota la configuración del hardware, el firmware, el perfil de rendimiento, las versiones de software y la duración de la medición, para que las diferencias no se atribuyan por error únicamente a la CPU. A partir del trabajo realizado y de la energía necesaria para ello, se puede comparar posteriormente el trabajo por unidad de energía, siempre que la calidad del servicio se mantenga constante.

Evaluar las necesidades energéticas y los costes

La indicada TDP Es un valor de referencia para el procesador, no una medición del servidor en su conjunto. En el caso del Xeon 6780E, Intel indica un TDP de 330 vatios para el perfil de servidor especificado. De este dato no se puede deducir directamente ni el consumo energético real con una carga determinada ni los costes de electricidad.

Para realizar una comparación fiable, lo que cuenta es el consumo eléctrico de todo el sistema, incluidos la memoria, las unidades de disco y las tarjetas de red. Este consumo varía en función de la carga. Por lo tanto, realiza las mediciones durante un periodo de tiempo representativo y registra tanto el estado de inactividad como las cargas típicas y elevadas; un único valor máximo no describe el funcionamiento de forma completa.

El Trabajo por unidad de energía Se puede expresar, por ejemplo, como el número de solicitudes completadas con éxito dividido por el consumo energético medido. Para ello, compárese únicamente el trabajo que cumpla los mismos requisitos: un mayor rendimiento tiene poco valor si la tasa de errores o los tiempos de respuesta superan el objetivo acordado. Asimismo, el volumen de datos y la evolución de la carga deben ser comparables.

Ni siquiera esta proporción es suficiente para garantizar la rentabilidad. Hay que tener en cuenta los costes de electricidad y refrigeración, junto con el espacio en rack, la adquisición de hardware, el mantenimiento y las licencias de software. Precisamente en el caso de los modelos de licencia basados en el número de núcleos, un número elevado de núcleos puede alterar el cálculo; lo determinante son las condiciones contractuales concretas, no una norma de licencia hipotética.

Además, una consolidación conlleva un esfuerzo de migración: hay que revisar las aplicaciones, transferir los datos y adaptar los procedimientos operativos. Compara estos costes puntuales y los posibles riesgos de interrupción del servicio con los costes corrientes. Seguir utilizando los servidores existentes sigue siendo una opción seria si su capacidad útil y sus costes operativos son suficientes para el periodo previsto.

Comprobar el funcionamiento, el firmware y los cuellos de botella

Si el Latencia de cola, empieza por la hora y la cadena de consultas afectada. Comprueba si, al mismo tiempo, aumentan la tasa de errores, las colas o el número de consultas paralelas. Una latencia p99 elevada significa que las consultas más lentas pueden quedar fuera del intervalo de tiempo deseado; es posible que la media por sí sola no refleje este problema.

A continuación, analiza la carga de la CPU y la distribución del trabajo. Una carga globalmente baja no descarta la existencia de cuellos de botella en hilos concretos. Por el contrario, si hay muchos núcleos ocupados, comprueba si hay suficientes tareas independientes o si la sincronización y los tiempos de espera limitan el rendimiento adicional.

En un sistema de dos zócalos, la Almacén Para la resolución de problemas: comprueba la asignación NUMA de los procesos o las máquinas virtuales y su memoria. El Xeon 6780E es compatible con sistemas de dos zócalos; sin embargo, que la ubicación concreta sea adecuada para una aplicación depende también del servidor y de la configuración del hipervisor.

Si la causa sigue sin estar clara, analiza las E/S de memoria y almacenamiento, así como las rutas de red y los servicios externos. Las respuestas retrasadas de la base de datos o las conexiones de red saturadas pueden alargar las consultas sin que la CPU del servidor esté constantemente a plena capacidad. Compara los valores de medición en el tiempo con las consultas lentas, en lugar de dar por hecho precipitadamente que el número de núcleos es la causa.

Antes de la adquisición y la puesta en marcha, comprueba la lista de CPU compatibles del fabricante del servidor, el zócalo, la versión de BIOS necesaria y la compatibilidad con el hipervisor. Intel especifica LGA4710-2 para la serie 6700E y LGA7529-1 para la serie 6900P; de ello no se puede deducir una intercambiabilidad general entre las series Xeon.

Consulta también la actualización de las especificaciones de la serie de procesadores utilizada. Comprueba las erratas y aclaraciones pertinentes en relación con el stepping concreto y la versión del firmware, y ten en cuenta, si procede, las soluciones documentadas. De este modo, la homologación del sistema completo se complementa con las limitaciones técnicas conocidas.

Elegir la plataforma de servidor adecuada

La elección depende de la aplicación, no del valor más alto que figure en la ficha técnica. Intel posiciona los núcleos Xeon 6-E para una alta densidad de núcleos y un rendimiento paralelo en las tareas, mientras que los núcleos P están pensados para un alto rendimiento por núcleo. Sin embargo, esto aún no determina qué plataforma cumple con tu objetivo de latencia y tus requisitos de capacidad.

Utiliza la tabla como punto de partida para un Comparación con la misma calidad de servicio, no como una clasificación de rendimiento. La siguiente metodología de selección es una recomendación propia y no un procedimiento de prueba documentado por Intel: compara la plataforma actual, una configuración adecuada de Sierra Forest y, si procede, un sistema P-Core con los mismos requisitos en cuanto a tiempo de respuesta, tasa de errores y volumen de datos. Documenta la configuración correspondiente y determina el rendimiento útil del sistema completo.

También Servidores basados en ARM son una posible opción de comparación. Para ello, el sistema operativo, las aplicaciones y los paquetes de software necesarios deben ser compatibles con la arquitectura; además, la adaptación y el funcionamiento pueden requerir modificaciones. La denominación de la arquitectura por sí sola no implica una ventaja general en cuanto a eficiencia, por lo que esta debería evaluarse en las mismas condiciones de carga.

Por último, elige la plataforma que ofrezca la capacidad necesaria con una reserva suficiente y las condiciones de funcionamiento adecuadas, al menor coste total. Ten en cuenta la migración y las licencias y, si procede, evalúa los riesgos y las necesidades de espacio. Un mayor número de núcleos es un criterio de selección, pero no sustituye ni a las pruebas de aplicaciones ni al cálculo de costes.