Vorteile von AMD-Prozessoren (Gen 2)

AMD EPYC CPU Gen2 (AMD)

Seit einiger Zeit hat der Chiphersteller AMD den jahrelangen Branchenführer Intel® hinsichtlich Qualität, Leistung und Preis eingeholt.
Daher gehen wir in diesem Artikel auf die wesentlichen Vorteile, Nachteile und Unterschiede dieser beiden Systeme ein, wobei der Fokus bei AMD auf der EPYC™-CPU liegt.

Dies sind die Kenndaten der EPYC™-Prozessoren:

• neben 8, 16, 24 und 32 Kernen bietet nur AMD auch 48 bzw. 64 Kerne (mit 128 Threads) pro CPU an

• als bisher einziger Anbieter hat AMD 128 PCIe-Lanes der 4. Generation in einer CPU
  (die größte I/O-Kapazität)

• 8 DDR4-Speicherkanäle pro CPU

• 2 TB RAM pro Sockel

2. AMD EPYC – Welche Vorteile hat die 7-nm-Chip-Technologie gegenüber dem
   14-nm-Design?

Die Intel®-Broadwell-CPUs basieren auf einem monolithischen Design und 14-nm-Produktionstechnologie. Dem gegenüber steht der AMD EPYC™ mit mehr Leistung bei weniger Energiebedarf:

• Doppelte Anzahl von Cores: Verkleinerung von 14 nm (32 Kerne) auf 7 nm (64 Kerne).
• 50 % weniger Stromverbrauch bei gleicher Leistung im Vergleich zum 14-nm-Chip
• 25 % mehr Leistung bei gleichem Strombedarf und gleicher Anzahl von Cores wie bei 14-nm-CPU
• Geringere Produktionskosten und damit geringere CPU-Preise

Die EPYCTM-CPU ist prädestiniert für rechenintensive Anwendungen  , wie High-Performance-Computing mit Hochleistungsservern, wie dem HP ProLiant DL 385 Gen10 Plus, oder für Virtualisierung und hyperkonvergente Infrastrukturen (HCI) mit HP SimpliVity. Dies gilt gleichermaßen für KI-Anwendungen, zum Beispiel mit den Apollo-Systemen von Hewlett Packard Enterprise.

3. Der Vorteil von EPYC-Servern mit einem Sockel

Die EPYC™-Prozessoren in Einsockel-Konfiguration halten problemlos mit der Leistung vieler aktueller Dualsockel-Konfigurationen mit,
wodurch sich geringere Gesamtkosten und ein reduzierter Wartungsaufwand ergeben und die Energie-Wärme-Effizienz verbessert wird.
AMD hat auch Dualsockel-Lösungen im Portfolio, doch häufig bewältigt ein einzelner EPYC™-Prozessor die Arbeitslast von zwei.
Ein Einsockelserver mit EPYC™-7551p-Prozessor verbraucht 20 % weniger Strom als ein Dualsockelserver mit Intel® Xeon-5118-Prozessor und erzielt insgesamt eine ca. 31 % höhere Leistung pro Euro.
Wenn die Anwendung eine Dualsockellösung erfordert, liefert ein Server mit EPYC™-7601-Prozessor 14 % mehr Kerne, 33 % mehr Bandbreite und die 2,3-fache Leistung pro Euro
eines vergleichbaren Dualsockelservers mit Intel® Xeon Platinum 8180M (SPECfp®_rate 2006-Scores).

Die folgende Tabelle zeigt die wesentlichen Unterschiede von Intel® (2 Sockel) und AMD (1 Sockel):

Zwei gegen einen ist unfair? (AMD)

Dies bedeutet im Einzelnen Einsparungen von bis zu 50 % bei SW-Lizenzkosten (wenn zwei Intel®-CPUs durch eine AMD-CPU ersetzt werden): Bisher mussten CPUs in der Regel auf einen 2-Sockel-Server skaliert werden, um Ressourcenungleichheiten zu überwinden. Mit AMD EPYC™ können Server mit nur einem Sockel fast alle Workloads erfüllen. Damit lassen sich die Dichte steigern und Kapital-, Energie- und Kühlkosten senken.

--> Beispiel: VMware vSphere oder vSAN – nur ein aktiver Sockel muss lizenziert werden!

4. Online-Vergleichs- und Konfigurationshilfen

AMD ermöglicht mit dem AMD EPYC™ Processor Selector Tool seinen Kunden einen Vergleich zwischen AMD- und Intel®-Prozessoren unter Berücksichtigung von drei Variablen.
Dieser AMD EPYC™ Konfigurator erleichtert die Suche nach dem geeigneten EPYC Prozessor. Das Prozessor-Auswahl-Tool finden Sie hier:

https://www.amd.com/en/processors/epyc-cpu-selector

Prozessor-Auswahl-Tool (AMD)

Vorgehensweise:
Schritt 1:
Anzahl der AMD EPYC™ CPU (1 oder 2 Sockel) auswählen.

Schritt 2:
Intel® Scalable Generation für Vergleich bestimmen (1st oder 2nd).

Schritt 3:
Intel® Scalable CPU für Vergleich auswählen (Bronze, Silver, Gold oder Platinum).

Nach Klick auf „Submit“ (Absenden) wird in Schritt 4 eine Vergleichstabelle mit Preisen, Kernanzahl und den Metriken „SPECrate 2017_fp_base“ sowie „SPECrate 2017_int._base“ angezeigt.
Außerdem können Kunden bis zu drei Produkte als Favoriten für den Vergleich auswählen und die SPEC-Ergebnisse herunterladen.

Eine weitere Online-Hilfe, das AMD EPYC™ Server Virtualization TCO Estimation Tool, erleichtert Kunden die Schätzung der Gesamtbetriebskosten (TCO) für Datencenter-Lösungen mit CPUs von AMD gegenüber CPUs von Intel® unter Berücksichtigung von vier Variablen.
Diese Kostenschätzungshilfe finden Sie hier:

https://www.amd.com/en/processors/epyc-VirtTCOtool

Kostenschätzungshilfe (AMD)

Vorgehensweise:
Schritt 1:
Virtualisierungs-Software (Citrix, RedHat, SUSE, VMware) und zugehörige Softwarelizenz bzw. Service-Level auswählen.

Schritt 2:
Anzahl der AMD EPYC™ CPU (1 oder 2 Sockel) auswählen.

Schritt 3:
Intel® Scalable Generation für Vergleich bestimmen (1st oder 2nd).

Schritt 4:
Intel® Scalable CPU für Vergleich auswählen (Bronze, Silver, Gold oder Platinum).

Es werden entsprechende AMD-CPUs angezeigt. Nachdem eine CPU ausgewählt wurde, zeigt das folgende Fenster einen Preisvergleich zwischen Intel® und AMD:

Preisvergleich (AMD)

5. AMD EPYC™ ROME CPU im Vergleich zum Wettbewerb

Gegenüber den Mitbewerbern hebt sich AMD durch teilweise bessere Eigenschaften hinsichtlich Leistung und Sicherheit hervor.

5.1. AMD EPYC™ und Intel 8280 im Leistungsvergleich

Die folgende Übersicht zeigt die Überlegenheit des EPYC™ von AMD gegenüber dem Platinum 8280 von Intel®, gemessen anhand branchenüblicher Benchmarks (VMmark, SPEC, …).

Benchmarks: AMD vs. Intel® (AMD)

Es zeigen sich weitere Unterschiede zwischen AMD und Intel®:

• Bis zu 2-fache Rechenleistung pro Server (Beispiel: 2 x AMD 7702 vs. 2 x Intel® 8268)
• Über 70 % geringere Kosten bei vergleichbarer Rechenleistung
• Mehr als doppelte Rechenleistung pro Euro (Beispiel: 1 x AMD 7702P vs. 2 x Intel® 8268)
• Bis zu 50% geringere TCO
• Mehr Rechenleistung, mehr Cores, mehr VMs pro Euro
• Mehr Rechenleistung pro Watt, weniger Watt pro Core
• Geringere Kosten für Betrieb / Kühlung
• Einsparungen bei der Server-Hardware (weniger Server)

5.2. Höhere Sicherheit durch zusätzliche Sicherheitsfeatures

AMD hat sich sehr auf den Sicherheitsaspekt konzentriert und die Prozessoren der AMD EPYC™ 7002 Serie mit einem Silizium-integrierten Sicherheitssubsystem ausgestattet, um Seitenkanal-Angriffe zu verhindern, spezielle Schutzmechanismen für Virtualisierung und Cloud bereitzustellen und Software-Boots auf Beschädigung zu überwachen, was für mehr Zuverlässigkeit sorgt. Die AMD EPYC™ CPU Architektur ist nicht von Hardware-Sicherheitslücken wie Meltdown und Foreshadow betroffen, da über 500 Sicherheitsschlüssel in der AMD EPYC™ Rome-Architektur verbaut wurden (AMD Naples: 16 Sicherheitsschlüssel), und die folgenden Sicherheitsmerkmale aufweist:

AMD EPYC™ Hardware-Speicherverschlüsselung

Hierbei handelt es sich um eine hardwareunterstützte Speicherverschlüsselung für den Schutz verwendeter Daten (Data-in-Use-Protection), die die Vorteile der neuen Sicherheitskomponenten nutzt, die in AMD EPYC™ Prozessoren verfügbar sind:

1. AES-128-Verschlüsselung:
Eine Algorithmus für die symmetrische Blockverschlüsselung mit 128 Bit Länge im Speicher-Controller ver- und entschlüsselt automatisch Daten im Hauptspeicher, wenn ein geeigneter Schlüssel bereitgestellt wird.

2. AMD Secure Prozessor (integriert in Rome CPU):
Bietet kryptografische Funktionalität für sichere Schlüsselerzeugung und Schlüsselverwaltung.

Die Sicherheitsfunktionen im Überblick

AMD Secure Memory Encryption (SME): Verschlüsselung von RAM/Hauptspeicher

Verwendet einen einzigen Schlüssel zur Verschlüsselung des Systemspeichers. Der Schlüssel wird vom AMD Secure Processor beim Booten generiert. SME muss im System-BIOS oder im Betriebssystem aktiviert werden. Wenn sie im BIOS aktiviert ist, ist die Speicherverschlüsselung transparent und kann mit jedem Betriebssystem ausgeführt werden.

AMD Secure Encrypted Virtualization (SEV): Verschlüsselung von Virtuellen Maschinen

Verwendet einen Schlüssel pro virtueller Maschine, um Gastsysteme und den Hypervisor voneinander zu isolieren. Die Schlüssel werden durch den AMD Secure Processor verwaltet. SEV erfordert eine Aktivierung im Gastbetriebssystem und Hypervisor. Durch die Gastsystemänderungen kann die VM festlegen, welche Seiten im Speicher verschlüsselt werden sollen.
Die Hypervisor-Änderungen verwenden Hardware-Virtualisierungsanweisungen und die Kommunikation mit dem AMD Secure Prozessor, um die entsprechenden Schlüssel im Speicher-Controller zu verwalten.

AMD Secure Encrypted Virtualization-Encrypted State (SEV-ES)

Doch damit nicht genug: Die Erweiterung von SEV heißt SEV-ES (Secure Encrypted Virtualization-Encrypted State) und verschlüsselt alle CPU-Registerinhalte, wenn eine VM nicht mehr ausgeführt wird. Auf diese Weise wird verhindert, dass Informationen aus CPU-Registern in Komponenten wie dem Hypervisor gelangen. Außerdem ist es mit SEV-ES möglich, unzulässige Änderungen an einem CPU-Registerstatus festzustellen.

Die optimale Server-Sicherheit bietet die Kombination der einzigartigen Sicherheitsmerkmale von AMD-CPUs mit den Sicherheitsstufen der ProLiant Server von HP (Silicon Root of Trust, Server System Restore, Server Configuration Lock, One Button Secure Erase).

6. Fazit und Ausblick

AMD-Prozessoren stehen weit vorne, wenn es um die Optimierung von Workloads und Applikationen geht – vor allem bei spezialisierten Anwendungen (z. B. Business- und Science-Workloads) zeigen sich die Vorteile, die anderen Plattformen fehlen:

• Virtualisierung und Cloud:
Weltweite Spitzenklasse in Sachen Leistung bei Virtualisierung und Kernkapazität sorgen für geringere Gesamtbetriebskosten für private und öffentliche Cloud-Kunden.

• Container und Microservices:
Verbesserte Reaktionszeit mit hohem Core-to-Container-Verhältnis und beinahe linearer Skalierung der Containerkapazität pro Server.

• Speicherinterne Datenbanken:
Massive Speicherkapazität und branchenführenden E/A machen eine große Anzahl von NVMe-Laufwerken möglich, was für schnelle speicherinterne Leistung sorgt.

• High Performance Computing (HPC):
Die meisten Kerne, die höchste DRAM- und E/A-Kapazität für GPU-Beschleunigung und die schnellste Interconnect-Geschwindigkeit der Branche.

• AI/ML-Auslastungen:
Mehr PCIe Gen4 Lanes als irgendein anderer x86-Serverprozessor; es werden die meisten direkt (= ohne PCIe-Switch) verbundenen GPUs pro Server in der Branche unterstützt.

Generell lässt sich also festhalten, dass AMD-Lösungen gegenüber der Konkurrenz in folgenden Szenarien überzeugen:

• Virtualisierung (VMWare ESXi, VSAN, Hyper-V, VDI, …)
• Speicher-Workloads (Datenbanken, MySQL, Big Data Analytics, …)
• Software Defined Storage (vSAN, …)
• High Performance Computing (Floating point centric, Memory Bound, ANSYS…)

Für Industriestandardserver empfiehlt sich nach aktuellem Stand eine Kombination aus AMD-Prozessoren und HPE-Servern, um eine konsistente Leistung und höchste Sicherheit bei anspruchsvollen Workloads zu gewährleisten.

Wie geht es weiter?

Das 5-nm-Fertigungsverfahren für die ZEN-4-Prozessoren wurde 2020 begonnen. Generell kündigt der Chiphersteller eine Steigerung der Prozessorleistung von bis zu 50 Prozent pro Jahr an – lediglich bei den RDNA-3-Grafikkarten hält sich AMD noch bedeckt und spricht etwas kryptisch von Weiterentwicklungen („Advanced Nodes“).

Wer in neue Technik investieren will, kommt also kaum um AMD als CPU-Anbieter herum, speziell bei rechenintensiven Anwendungen.
Auch setzen zunehmend die großen Hersteller auf AMD und verbauen AMD-CPUs in ihren Produkten.

Eingebaute EPYC CPU Gen2 (AMD)

Auf unserer Website finden Sie in der Rubrik „Wissen2Go“ weitere Artikel zu dem Thema:

• High Performance Computing mit GPU
• Die schnellste GPU der Welt
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