Ivy Bridge-EX: Intels Xeon E7-v2 mit 15 Kernen und drei Ringbussen
Die bisher unter dem Codenamen Ivy Bridge-EX geführten Prozessoren bietet Intel nun als Serie E7-4000 an. Die gesamte Plattform trug bisher den Codenamen Ivytown. Geläufig ist auch die Bezeichnung E7-v2, denn die CPUs sind die Nachfolger der 2011 eingeführten Serie E7. Wie diese ist auch E7-v2 auf Server mit bis zu acht Sockeln ausgelegt, bei denen möglichst viele vollwertige x86-Kerne parallel arbeiten sollen.
Auch wenn die Modellnummer 4000 eine Nähe zu den Core-i-4000 alias Haswell suggeriert, basieren die Xeons immer auf der vorherigen Desktop-Architektur. Im Falle der E7-v2 ist das Ivy Bridge, Intels erstes Design mit 22 Nanometern Strukturbreite. Durch den inzwischen wohl gut laufenden Fertigungsprozess konnte die Leistungsaufnahme weitgehend gleich bleiben, nur die schnellsten Modelle kommen auf bis zu 155 Watt TDP. Mit dem E-8880 v2 gibt es aber auch einen 15-Kerner, der mit 130 Watt auskommt.
Während die Haswell-CPUs mit verschiedenen Dies gefertigt werden, hat Intel sich für den Xeon E7-v2 nur für eines entschieden. Es bietet drei Blöcke für den L3-Cache, jeder davon ist an drei Einheiten mit bis zu fünf Cores angebunden. Daher ergeben sich flexible Möglichkeiten für die Zahl der Kerne: Sind nur bis zu zehn gefragt, kann der auf den Diagrammen rechts gelegene Block weggelassen werden. Bei weniger als zehn Kernen werden auf dem verbleibenden Die bis zu vier deaktiviert, was einen Sechskerner ergibt. Das ist die kleinste Ausbaustufe von Ivy Bridge-EX.
Auf einer zur Fachkonferenz ISSCC vorgelegten Präsentation spricht Intel dabei von "chop options" – frei übersetzt: den Möglichkeiten, etwas abzuhacken. Zumindest der rechte Block mit fünf Kernen und L3-Cache dürfte bei bis zu zehn Kernen also tatsächlich nicht vorhanden sein. Intel muss also für alle neuen Xeons nur ein Die herstellen und kann die funktionierenden Kerne so konfigurieren, dass sich die gewünschte Zahl der Cores ergibt.
Da es nicht wie bei bisherigen Intel-Designs einen gemeinsamen L3-Cache für alle Cores gibt, können die Kerne auch nicht über einen einzelnen Ringbus kommunizieren. Nötig sind sogar drei, welche eine direkte Verbindung aller drei 5-Kern-Blöcke erlauben. Denn der in der Mitte des Dies gelegene L3-Cache kann mit dem links danebenliegenden direkt Daten austauschen. Die drei Ringbusse werden durch zwei Home Agents kontrolliert mit je zwei Speichercontrollern, während es bei den Desktop- und Mobil-CPUs seit Sandy Bridge stets nur einen solchen Controller für Bus und Speicherschnittstellen gab. Insgesamt können die Caches bei einem voll ausgebauten E7 v2 bis zu 37,5 MByte groß sein, ein gesamter neuer Xeon besteht aus bis zu 4,3 Milliarden Transistoren.
AVX, PCIe 3.0 und neues QPI
Die Herstellungskosten schlagen sich auch im Preis nieder: Das größte Modell, der E7-8890 v2, kostet für PC-Hersteller 6.841 US-Dollar. Aber nicht alle Ivy Bridge-EX sind so teuer, der Sechskerner E7-4809 v2 liegt mit 1.223 US-Dollar im Bereich bisheriger Xeons mit so vielen Kernen.
Bei den Kernen selbst gibt es die bei einem Ivy-Bridge-Design zu erwartenden Erweiterungen der Befehlssätze. So beherrscht der E7-v2 nun Vektorverarbeitung mit AVX, als neue Schnittstelle gibt es PCI Express 3.0 mit 32 Lanes pro Sockel. Das klingt nach wenig, wird aber durch den ebenfalls überarbeiteten QPI-Bus erweitert, welcher die Sockel verbindet. Das neue QPI 1.1 kann je nach Modell mit bis zu acht GT/s arbeiten.
Zudem gibt es nun pro Sockel acht statt bisher vier Speicherkanäle. Je zwei davon können zudem zusammengeschaltet werden, was effektiv DDR3-2666 entspricht. Als einzelne Kanäle ist Speicher nach DDR3-1600 möglich. Beide Modi werden von den Speichertreibern, Codename Jordan Creek, unterstützt, die sich gegenüber den älteren Xeons nicht verändert haben. Über diese Bausteine können bis zu zwölf DIMMs pro Kanal angesprochen werden, was mit dem noch seltenen 64-GByte-Registered-DIMMs maximal 48 Terabyte RAM für ein Acht-Sockel-System ergibt. So viel Speicher muss dann aber im von Intel Lockstep genannten Modus mit erweiterter Fehlerkorrektur betrieben werden, der schnellere Performance-Modus mit Kanalbündelung kommt höchstens auf halb so viel RAM.
Es kommt bei der Konfiguration eines Systems mit den neuen Xeons also auf den Einsatzbereich an: Manche Anwendungen profitieren von viel Speicher, andere skalieren mit mehr Kernen oder Cache besser. Daher gibt es die E7-v2 auch in so vielen Varianten, 20 Modelle stehen zur Wahl. Ihre Daten finden sich in den Tabellen der Bildergalerie zu dieser Meldung.
Weil sich Anwendungsprofile und Prozessoren so stark unterscheiden, gibt Intel auch verschiedene Werte zum Vorteil der Rechenleistung gegenüber der letzten Generation an. Mindestens doppelt so schnell – bei nur 50 Prozent mehr Kernen – sollen die Server sein, wenn etwa Datenbanken oder Webanwendungen ausgeführt werden.
Bei hochoptimiertem Code mit AVX für Supercomputer ergibt sich eine bis zu dreieinhalbfache Geschwindigkeit. Vor allem die HPC-Branche hat Intel mit einigen der Xeons auch als Zielgruppe, denn stark parallelisierbarer Code kann gut von AVX profitieren. Bei den für Server-CPUs üblichen synthetischen SPEC-Benchmarks ergibt sich laut Intels Messungen quer über alle verschiedenen Tests im Vergleich zur zwei Jahre alten Plattform ein 2,3-mal höheres Tempo. Dell, Fujitsu und HP hat Intel bereits als Hersteller von Servern mit den E7-v2 bestätigt. Die kürzlich von Lenovo übernommene Serversparte von IBM dürfte sicherlich bald dazukommen.
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