Ten chip będzie napędzał gigakomputery przyszłości. Bazuje na ARM

Klienci Amazon Web Services mogą od dawna wybierać procesory, na jakich będą działać wynajmowane przez nich instancje chmury. Przez pewien czas wybór był dość oczywisty, pomiędzy różnymi chipami Nvidii, Intela i AMD. I choć Amazon wielokrotnie chwalił współpracę ze swoimi sprzętowymi partnerami, tak wyraźnie dostrzegł lukę w ich ofercie.

Czytaj też:

To oczywiście swego rodzaju spekulacja, ale trudno inaczej tłumaczyć przejęcie w 2015 r. firmy Annapurna Labs zajmującej się projektowaniem układów scalonych. Początkowo projekty inżynierów Annapurny były wykorzystywane przede wszystkim do relatywnie prostych zadań, takich jak zapewnianie energooszczędnych chipsetów dla serwerów webowych. Teraz jednak Amazon zdecydował się mierzyć znacznie wyżej, tj. w najbardziej prestiżowy segment, jakim jest wysokowydajne przetwarzanie danych.

Amazon niestety nie chce rozmawiać o szczegółach technicznych procesora, a przynajmniej jeszcze nie teraz. Tak jak poprzednie układy Amazon Graviton, bazuje na architekturze ARM i tej samej mikroarchitekturze. Amazon twierdzi, że jeden chip 3E oferuje nawet o 35 proc. wyższą wydajność w obliczeniach wektorowych od dotychczasowej najszybszej wersji Gravitona, a więc w tych, które są zazwyczaj tożsame z systemami obliczeniowymi dużej skali.

Chipy Gravitron3E pojawią się w przyszłym roku jako opcja dla instancji AWS EC2, pod nazwą Hpc7G. Instancje przy tym można dość elastycznie konfigurować, w tym do 64 wirtualnych procesorów i do 128 GiB pamięci. Owe instancje wykorzystywać będą nowy hiperwizor Nitro 5. Klienci mogą liczyć na znacznie niższą latencję, nawet o 40 proc. wyższą sprawność energetyczną i dwukrotnie wyższą wydajność obliczeń zmiennoprzecinkowych w porównaniu do instancji C6gn z poprzednimi Gravitonami i do 20 proc. wyższą wydajność w zestawieniu z instancjami Hpc6a. Tyle teorii, która bez odpowiedniego punktu odniesienia prawdopodobnie dla czytelnika niewiele znaczy. Do jakiej pracy owe procesory się przydadzą? I do jakiej zostaną zaprzęgnięte?

Wysokowydajne przetwarzanie danych w centrach danych, które coraz trudniej odróżnić od potężnych superkomputerów to działalność coraz większej liczby firm. Klienci Amazonu to, między innymi, AstraZeneca czy Formula 1. Wykorzystują oni moc i elastyczność chmury obliczeniowej do przetwarzania genomów, symulacji fizyki cieczy czy zjawisk meteorologicznych. Chmura zapewnia (teoretycznie) nieograniczoną moc obliczeniową, ograniczoną właściwie tylko przez portfel klienta - ale też klient płaci wyłącznie za realną jej konsumpcję, nie marnując ani dolara na niewykorzystane zasoby obliczeniowe.

Wynajmowanie cudzego centrum danych (takiego jak dostawcy chmury publicznej) wiąże się jednak z innymi wyzwaniami kosztowymi w porównaniu do lokalnego przetwarzania danych. Nic więc dziwnego, że klienci tego rodzaju zwracają uwagę na energooszczędność chmury i sprawność energetyczną podzespołów, na jakich ona bazuje. To nie tylko okazja do ulepszenia wizerunku przez chwalenie się redukcją pozostawianego śladu węglowego - ale też do realnych finansowych oszczędności.

Sprawność energetyczna - czyli relacja wydajności do zużywanej energii - staje się kluczowa również dla klientów potrzebujących znacznej mocy obliczeniowej, do danego zadania wynajmujących nawet dziesiątki tysięcy rdzeni obliczeniowych.

- Mając wiedzę jaką mamy, widzimy duża potrzebę niektórych optymalizacji - jak mówi w rozmowie ze Spider’s Web wiceprezes Raj Pai, współodpowiadający za nowe układy. W rozmowie zaznacza, że Nvidia, Intel i AMD pozostają kluczowymi partnerami dla Amazonu i przypomina, że AWS nadal rozwija i zapowiada kolejne nowości w usługach wykorzystujących procesory x86 od Intela i AMD. Ale też po chwili pyta mnie retorycznie: ale przecież nasi partnerzy budują chipy ogólnego zastosowania, nieprawdaż? Nawiązuje tu do faktu, że większość procesorów dzieli mikroarchitekturę między produktami dla konsumentów, dla biznesu czy dla zastosowań serwerowych.

Graviton, choć bazuje na ARM, mają być procesorami od samego początku projektowanymi z myślą o chmurze. - Zaczęliśmy od akceleratorów Nitro, które pomagały w offloadowaniu danych z procesora serwera, wykorzystując osiągnięcia ARM w zakresie energooszczędności. Widząc jaką przewagę to zapewnia, zaczęliśmy eksplorować temat architektury ARM jako podstawowej w serwerze, tak powstały pierwsze chipy Graviton - opowiada Pai., dodając, że kolejne generacje Gravitonów były optymalizowane na podstawie danych telemetrycznych serwerów AWS, na których klienci przetwarzali swoje dane.

Wyniki mówią same za siebie. Przynajmniej, jeśli wierzyć deklaracjom przedstawiciela AWS. – Oferujemy wysoką wydajność, wysoką efektywność kosztową i wysoką sprawność energetyczną i już dziś w niektórych kategoriach osiągamy lepsze wyniki niż cokolwiek innego, co jest w naszej lub cudzej ofercie chmurowej - deklaruje Paj.

- Nie boicie się problemów w łańcuchach dostaw? - zapytałem. Pandemia COVID i wojna w Ukrainie w połączeniu z rekordowym popytem na układy scalone sprawiły, że na rynku elektroniki dowolnego rodzaju wystąpiły poważne problemy z dostępnością produktów. Podwykonawcy, nie będąc w stanie realizować wszystkich zamówień, zaczynali od najważniejszych klientów. A więc tych z największymi zamówieniami i najdłuższymi kontraktami. Amazon nie produkuje chipów Graviton i pozostałych przez siebie zaprojektowanych - zleca to wspominanym wyżej podwykonawcom.

Okazuje się jednak, że Amazon wiąże ze swoimi chipami coraz większe nadzieje. - Mamy zamówienia rozpisane na kilka lat do przodu, podobnie jak plany rozwoju samych chipów. Niektóre zamówienia będą realizowane nawet za cztery lata. Mamy też kilku podwykonawców. Nie, absolutnie nie przewiduję żadnych wyzwań w tym temacie - odpowiada Pei.

Amazon oczywiście nie zamierza wprowadzać swoich chipów do sprzedaży, tak jak robią to Nvidia czy AMD. Mając jednak na uwadze, że Amazon Web Services to największa chmura na świecie (i to ze znaczącą przewagą) oraz fakt, że popyt na ową chmurę nieustannie rośnie, wolumen zamówień w istocie zapewne jest bardzo wysoki.

To oznacza, że Amazon w nieodległej przyszłości ma spore szanse na pojawienie się w rankingach wiodących twórców procesorów na rynku. Co ciekawe i znamienne, całkowicie ignorując najpopularniejszą na tym rynku architekturę x86 i stawiając wszystko na znaną z urządzeń ultramobilnych ARM. Czy to początek większej rewolucji i czy ten ruch skłoni AMD i Intela do szerszej eksploracji tej architektury? Na dziś trudno to przewidzieć. Mając jednak na uwagę rozmiar i skalę Amazon Web Services - mogą nie mieć wyjścia, skoro już dziś znaczny procent serwerów jednego z ich największych klientów działa nie pod kontrolą x86, a właśnie ARM.