Processors gebaseerd op de ARM-architectuur, een alternatief voor de gebruikelijke x86-architectuur, maken geleidelijk de overstap van mobiele apparaten naar servers en datacenters. In dit artikel kijken we hoe de ARM-processor zich heeft ontwikkeld, wat de voordelen van ARM-processors zijn en hoe ARM-servers voor verschillende sectoren en toepassingen worden ingezet.
BBC-processor
In praktisch elke smartphone die er is, zit een ARM-processor. Inmiddels is de processorarchitectuur terug te vinden in een hele reeks serveroplossingen. Fugaku, een van ’s werelds snelste supercomputers, draait bijvoorbeeld op processors die op de ARM-architectuur zijn gebaseerd. Deze architectuur is echter niet nieuw, daarvoor moeten we terug gaan naar begin jaren tachtig.
Op 1 december 1981 lanceert de British Broadcasting Corporation de BBC Micro, een microcomputer ontworpen en gebouwd door een bedrijf genaamd Acorn Computers. Acorn zou in 1985 de ARM1-processor op de markt brengen. Destijds stond de afkorting voor Acorn RISC Machine; dit zou later worden veranderd in Advanced RISC Machines. De aard van RISC betekende dat de ARM1 en zijn opvolgers, over het algemeen bekend als de ARM-processors, een betere energie-efficiëntie en total cost of ownership (TCO) konden bieden. Twee decennia later heeft ARM de sprong gemaakt van microcomputers naar mobiele apparaten.
Servers
In de afgelopen tien jaar hebben high performance computing (HPC) en cloudgebaseerde datacenters geëxperimenteerd met ARM-processors. In 2014 werkte het Japanse Instituut voor Fysisch en Chemisch Onderzoek (RIKEN) samen met Fujitsu aan de ontwikkeling van de opvolger van de ‘K-computer’, hun vorige supercomputer. De nieuwe supercomputer, ‘Fugaku’ genaamd, werd gebouwd met de op ARM-gebaseerde Fujitsu A64FX-microprocessor. In juni 2020 werd Fugaku door de ‘TOP500’ uitgeroepen tot ’s werelds snelste supercomputer. ARM heeft daarmee aangetoond een belangrijke rol te spelen in de ontwikkeling van cloudcomputing, HPC, en andere technologische doorbraken.
GIGABYTE Technology, een toonaangevend merk van high-performance servers, heeft jarenlange ervaring in de ontwikkeling en productie van servers. GIGABYTE is sinds 2013 een pionier op het gebied van ARM-servertechnologie. GIGABYTE werkt samen met Ampere Computing, een toonaangevende leverancier van ARM-gebaseerde serverprocessors, om Altra en Altra Max cpu’s te integreren in de serveroplossingen van GIGABYTE. ARM-processors bieden meer kernen (wat zich vertaalt in betere prestaties), hogere energie-efficiëntie (wat minder problemen met warmteafvoer betekent), en een betere TCO. Omdat ze op grote schaal worden gebruikt in mobiele apparaten, zijn ARM-processors ook ‘cloud-native’, wat ze uitermate geschikt maakt voor cloudcomputing, edge-computing en AI-implementaties.
CISC en RISC
De meestvoorkomende processorarchitectuur wordt ‘x86’ genoemd en de meeste desktop-pc’s werken hiermee. Architectuur is kort voor ‘instruction set architecture’ (ISA). Dit is het abstracte model dat door computers wordt gebruikt om te bepalen hoe alles wordt gecodeerd en hoe commando’s worden uitgevoerd. Processors die door verschillende bedrijven zijn ontworpen, kunnen dezelfde ISA gebruiken; zo zijn bijvoorbeeld cpu’s van zowel AMD als Intel gebaseerd op de x86-architectuur, wat betekent dat elk besturingssysteem of programma dat op een Intel-cpu draait, ook op een AMD-cpu kan werken.
De x86-architectuur volgt wat een ‘complex instruction set computer’ (CISC) ontwerp wordt genoemd. De ‘R’ in ARM staat voor RISC: ‘reduced instruction set computer’. Daarin ligt het fundamentele verschil tussen x86- en ARM-processors.
Vanaf de jaren 1950 tot de jaren 1970 had men een krachtige ISA voor ogen die een reeks bewerkingen kon begrijpen en uitvoeren. Dit maakte het voor programmeurs minder tijdrovend om software te ontwikkelen en het verlichtte de belasting van de beperkte geheugencapaciteit van die tijd. In de loop der jaren maakte de geheugencapaciteit een inhaalslag dankzij de snelle ontwikkelingen in het halfgeleider fabricageproces. Ook verschenen er compilers op de markt die computercode van de ene programmeertaal naar de andere konden vertalen. Dit maakte de weg vrij voor alternatieve cpu-ontwerpen, die minder energie verbruikten en goedkoper te maken waren.
Dit was de achtergrond waartegen Acorn ARM creëerde, een processor die de eenvoudigere, energiezuinigere RISC-taal ‘spreekt’. Er waren ook andere RISC-processors, maar ARM heeft bewezen de meest duurzame te zijn. In de 36 jaar tussen 1985 en 2021 werden wereldwijd 200 miljard op ARM gebaseerde chips verscheept, waarmee ARM het populairste type computerchip is de geschiedenis.
De voordelen van ARM
X86-cpu’s neigen er naar om minder, maar complexere en grotere cores te bevatten dan ARM. ARM-cpu’s concurreren met meer cores in één processor. Een hoger aantal kernen vertaalt zich in betere prestaties per watt. De Ampere Altra Max-serie kan bijvoorbeeld tot 128 cores in elke cpu bevatten. De werklast wordt verdeeld over een groot aantal kleinere, efficiëntere cores, in plaats van dat een paar krachtige cores elke taak afhandelen. Als gevolg daarvan kunnen de kernen van een ARM-processor betere prestaties per watt vermogen bieden.
RISC-processors zijn over het algemeen energiezuiniger dan hun CISC-tegenhangers, omdat zij eenvoudige instructies gebruiken die binnen één klokcyclus kunnen worden uitgevoerd. Deze ‘gereduceerde instructies’ vereisen niet alleen minder transistors, maar pipelining tussen verschillende instructiesets is ook mogelijk. Hierdoor zijn ARM-processors energiezuinig en genereren ze minder warmte. Dit is van essentieel belang voor mobiele apparaten zoals smartphones. Deze eigenschappen zijn echter ook gunstig voor serverproducten, aangezien een optimale warmteafvoer voor betere prestaties en stabiliteit kan zorgen.
ARM-cpu’s zijn bovendien over het algemeen goedkoper te ontwerpen en te fabriceren, wat bijdraagt aan een verlaging van de totale TCO van op ARM gebaseerde apparaten. Vooral in een serverruimte of serverpark, waar elektriciteitsrekeningen de kosten flink kunnen opdrijven, kan overstappen op ARM-servers helpen de kosten laag te houden.
ARM-processors zijn ook inherent cloud-native, omdat ze het overheersende type computerchip zijn dat wordt gebruikt in mobiele apparaten en edge-computing. Nu steeds meer apparaten in verbinding staan met de cloud, kan het gebruik van dezelfde architectuur in datacenters het proces stroomlijnen.
GIGABYTE en ARM
De serverproducten van GIGABYTE worden gebruikt in een breed scala van sectoren. In de loop der jaren heeft GIGABYTE een sterk partnerschap opgebouwd met vele voorstanders en pioniers van ARM-technologie. Door de jaren heen heeft GIGABYTE een gemeenschappelijk ontwerp van ARM-gebaseerde servers ontwikkeld, wat betekent dat GIGABYTE snel een andere configuratie van componenten kan opnemen en nieuwe serverproducten kan creëren voor specifieke toepassingen.
Of je ARM-processors nu wilt gebruiken voor edge-computing, high-density computing, gpu-gebaseerde workloads, of algemene datacenter-toepassingen, GIGABYTE heeft de bijpassende serveroplossingen. Deze producten combineren de voordelen van ARM-processors met GIGABYTE’s decennialange ervaring in de ontwikkeling van servertechnologie.
GIGABYTE R-Series rackservers
GIGABYTE’s R-Series Rack Servers zijn de beste keuze voor een optimale balans tussen prestatie, betrouwbaarheid en veelzijdigheid. Het combineren en van dit beproefde ontwerp voor algemene doeleinden met de kracht van ARM-processors levert ARM-servers op die geschikt zijn voor bijna elke situatie. GIGABYTE biedt de R152-P30, R152-P31 en R152-P32 die passen in een 1U (one rack unit) vormfactor; en de R272-P30, R272-P31, R272-P32 en R272-P33 voor de 2U-vormfactor. Deze rackservers ondersteunen single socket Ampere Altra-processors met zestien DIMM’s, twee Gen4 M.2 slots, dubbel 1GbE LAN, een speciale managementpoort, en PCIe Gen4 uitbreidingssloten.
GIGABYTE G-Serie GPU-servers
Voor speciale taken geoptimaliseerd voor gedistribueerd computergebruik, kan de toevoeging van GPGPU versnellers dienen als een ongelooflijke boost voor rekenkracht. GIGABYTE’s G-Series gpu-servers zijn ontworpen voor dit soort workloads; de G242-P31, G242-P32, G242-P33 en G242-P34 bieden een goede samenwerking tussen cpu’s en gpu’s door middel van heterogene computing.
GIGABYTE H-Serie High Density Servers
De H262-P60 is GIGABYTE’s high-density ARM-server. Hij beschikt over vier nodes, wat betekent dat hij in totaal acht processors kan ondersteunen in een 2U-chassis. Hij biedt acht DIMM’s per socket voor de 8-kanaals geheugenmodus en ondersteunt DDR4-3200. In elke node bevinden zich zes SATA-schijven, een enkele M.2 slot, twee halfhoge slots, een OCP 3.0 slot, dubbele 1GbE LAN-poorten en een speciale beheerpoort. Er is ook een CMC-module om de informatie van de BMC’s van elk van de vier nodes samen te voegen voor beheer op chassisniveau en multi-node monitoring. Dit maakt beheer en controle op afstand van een enkele server of een cluster van servers mogelijk. De H262-P60 ondersteunt ook de Ampere Altra Max-processor, die tot 128 cores per cpu kan bevatten.
GIGABYTE E-Serie Edge Servers
GIGABYTE E252-P30 en E252-P31 brengen de voordelen van ARM naar edge-computing door de processors te installeren in een nog dichtere en compactere 2U-vormfactor. Het chassis van deze servers is teruggebracht tot 439 x 86 x 449 mm (BxHxD); met andere woorden, de diepte is teruggebracht van de standaardafmeting van meer dan 660 mm naar slechts 449 mm, met behoud van de structurele integriteit en thermische controle van een server van topkwaliteit. Een front-access server chassis is opgenomen voor eenvoudige toegang en onderhoud in kleine ruimtes, en een toolless railkit-ontwerp maakt gemakkelijke installatie en onderhoud mogelijk.
