Intel-Prozessor Xeon Scalable der 4. Generation Sapphire Rapids ist endlich eingetroffen

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Intel hat die lang erwarteten „Xeon-Scalable„“-Prozessoren der 4. Generation nun im Januar vorgesetllt. Bis zu 60 Cores und integrierte Beschleuniger sollen die Vorherrschaft im Server-Sektor wieder herstellen. Denn zuletzt hat AMD mit den „Epyc“-Prozessoren die technische Führung übernommen.

Im vergangenen Jahr musste die Server-Sparte von Intel ordentlich Federn lassen. Der Hersteller, der noch vor wenigen Jahren den Markt für x86-Server-CPUs fast komplett beherrscht hat, musste im dritten Quartal 2022 laut Mercury Research immerhin 17,5 Prozent an AMD abgeben. Mit den Epyc-Prozessoren der Genoa-Generation, die bis zu 96 Xen-4-Cores, DDR5 und PICe Gen5 bieten, will AMD noch mehr Boden im Server-Sektor gewinnen.

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Intel, deren Xeon-Prozessoren der 3. Generation (Ice Lake SP) mit ihren maximal 40 Cores zuletzt nicht mehr wirklich konkurrenzfähig waren, kontert nun mit dem lange erwarteten Xeon Scalable der 4. Generation, besser bekannt unter seinem Codenamen Sapphire Rapids.

Intel stellt die neue CPU in der eigenen Intel-7-Technologie her. Sie ist bei den Xeon-Platinum-Modellen mit mehr als 32 Cores und dem „Xeon Max“ aus vier Chiplets aufgebaut, die Intel als 'Tiles' bezeichnet. Verbunden sind diese Tiles mittels der „EMIB“-Technologie (Embedded Multi-Die Interconnect Bridge) von Intel.

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Maximal 60 Cores, sie ähneln den „P“-Cores in „Alder“ und „Raptor Lake“, und bis zu 100 MB Last-Level-Cache verteilen sich auf diese vier Tiles, die zudem die Controller für acht DDR5-Speicherkanäle sowie PCI-Express Gen5 mit 80 Lanes enthalten. Bei den kleineren Modellen mit bis zu 32 aktiven Cores wird weiterhin ein monolithischer Chip verwendet. Die neuen CPUs adressieren bis zu 16 DRR5-4800-DIMMs pro CPU-Sockel. Zudem unterstützt Sapphire Rapids CXL 1.1 (Compute Express Link) für die schnelle Anbindung von externen Beschleunigern wie etwa Intels eigenen „Agilex“-FPGAs.

Mehr Leistung und Nachhaltigkeit durch interne Beschleuniger

Gegenüber „AMD Genoa“ kann Sapphire Rapid zwar bei der Anzahl der Prozessorkerne nicht mithalten, soll aber mit Hilfe einer Reihe von speziellen Beschleuniger-Engines auf den Dies in vielen Workloads trotzdem eine sehr hohe Leistung bei gleichzeitig hoher Effizienz liefern. Zu den Beschleunigern zählen neben den 'Advanced Vector Extensions 512' (AVX-512) noch AVX für vRAN, Einheiten für Intels 'Advanced Matrix Extensions' (AMX), 'Quick Assist Technology' (QAT), ein 'Data Streaming Accelerator' (DSA), ein 'In-Memory Analytics Accelerator' (IAA), 'Intel Crypto Acceleration' sowie ein 'Dynamic Load Balancer' (DLB).

Mit AMX sollen Deep-Learning Inference- und Training-Workloads beschleunigt werden, mit IAA Analysen in In-Memory-Datenbanken und mit dem DSA die Leistung bei Storage, Netzwerk und datenintensiven Workloads. Bei QAT werden die CPU-Cores bei Aufgaben wie Encryption, Decryption und Datenkompression entlastet, während die Crypto-Acceleration die Leistung bei Workloads wie SSL, Webservern, 5G-Infrastruktur oder VPNs und Firewalls steigern soll. Der DLB bietet schließlich ein Hardware-basiertes Load-Balancing mit einer effizienten Verteilung von Netzwerkdaten auf verschiedene Cores.

Für eine schnellere und effizientere Netzwerkanbindung soll im Zusammenspiel mit Intel-Ethernet-Controllern die Data-Direct-I/O-Technologie durch eine direkte Kommunikation zwischen Ethernet-Controller und CPU-Cache sorgen.

Modular und nachhaltig

Laut Intel sollen die Beschleuniger auch für ein höheres Maß an Nachhaltigkeit bieten, da sie gemessen an der Leistung mit weniger Energie auskommen, wie sie für zusätzliche Prozessorkerne notwendig wäre. Im Vergleich zur vorhergehenden Xeon-Generation soll die Leistung pro Watt bei bestimmten Workloads um den Faktor 2,9 höher sein. Zudem sollen ein ausgefeiltes Power-Management sowie eingebaute Telemetrie-Funktionen für eine niedrigere Leistungsaufnahme durch angepasste Taktfrequenzen sorgen. Wassergekühlte Sapphire-Rapids-Server ermöglichen einen geringeren Energieverbrauch im Datacenter.

Für mehr Sicherheit sind ebenfalls eigene Engines an Bord. Neben den bereits bekannten 'Software Guard Extensions' und der 'Control-Flow-Enforcement'-Technologie gibt es als Neuheit die 'Intel Trust Domain Extension' (TDX). Mit ihr sollen durch TDX Confidential-VMs das Gast-OS und Applikationen auf VMs sicher vor dem Zugriff durch Cloud-Host, Hypervisor und andere VMs geschützt werden.

Welche Beschleuniger auf der CPU aktiviert sind, hängt vom jeweiligen Prozessormodell ab, beziehungsweise davon, welche freigeschaltet sind. Denn mit Intel on Demand können die Kunden einzelne Fähigkeiten der Prozessoren auch nachträglich in Form eines Upgrades aktivieren.

Intel On Demand

Möglich ist das zunächst bei den folgenden Beschleunigern: DSA, IAA, DLB, QAT sowie bei den Software Guard Extensions. Abgewickelt werden die On-Demand-Upgrades durch Intel und den Server-Hersteller.

Mit einigen wenigen Partnern arbeitet Intel zudem an einem Consumption-Modell bei dem Funktionen nach Bedarf an- und wieder abgeschaltet und dann auch nutzungsabhängig als Service bezahlt werden. Zu den für den deutschen Markt relevanten On-Demand-Partnern zum Start der Prozessoren zählen Inspur, Lenovo und Supermicro.

Nicht per On Demand veränderbar ist allerdings die Einteilung der CPUs in die Serien Silber, Gold und Platinum. Denn hier geht es neben dem Core-Count primär um die Multi-CPU-Tauglichkeit, die wiederum durch die Anzahl der UPI-Ports bestimmt wird: Die „Xeon-Silver-4400“-Prozessoren mit zwei Ports und bis zu 20 Cores lassen sich maximal auf Dual-Socket-Mainboards betreiben, die Gold-CPUs „6400“ mit bis zu 32 Kernen und 5400 mit maximal 28 Kernen in Quad-CPU-Systemen und die „Platinum-8400“-Prozessoren mit ihren bis zu 60 Cores in Systemen mit bis zu acht Prozessoren.

Weitere Unterschiede sind die beim Xeon Silver fehlende Unterstützung für „Optane Persistant Memory“ und die Größe der Intel-SGX-Enclave, die je nach Modell zwischen 64 GB und 512 GB liegt. Auch die Unterstützung der „Intel Speed Select Technology“ (SST) ist nur bei Gold- und Platinum-Varianten möglich.

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Neben den Xeon-Scalable-Prozessoren der 4. Generation macht Intel auch die „Xeon-Max“-Prozessoren, also Sapphire Rapids mit zusätzlichen 64 GB HBM2e für HPC-Anwendungen, und die GPU-Max-Lösungen allgemein verfügbar.

Vielzahl an Launch-Partnern

Zum Start sind fast alle wichtigen Server-Hersteller und Hyperscaler mit von der Partie. Lenovo stellt 25 neue „Thinksystem“-Server und „Thinkagile“-HCI-Systeme mit Sapphire Rapids vor, die laut dem Server-Hersteller eine doppelt so hohe Workload-Leistung im Vergleich zu den Systemen der vorherigen Generation liefern sollen.

„Mit den Leistungs- und Management-Verbesserungen des Intel-basierten Thinksystem-V3-Portfolios können Kunden ihren IT-Ressourcenbedarf bis um das Dreifache reduzieren. Dadurch erreichen sie einen höheren ROI und können ihre Infrastruktur mit einer Plattform, die für die heutigen Anforderungen an KI, Virtualisierung, Multi-Cloud und nachhaltiges Computing entwickelt wurde, einfacher transformieren“, erklärt dazu Kamran Amini, Vizepräsident und General Manager für Server & Storage bei Lenovo. Einen reduzierten Stromverbrauch bei Systemen für komplexe Workloads sollen „Neptune“ Direct Water-Cooling-Systeme ermöglichen.

Supermicro geht gleich mit 15 „ X13“-Serverfamilien für Sapphire-Rapids-Prozessoren an den Start, die mehr als 50 neue Modelle umfassen. Trotz der gestiegenen Leistung sollen die X13-Systeme mit Luftkühlung bei Umgebungstemperaturen von bis zu 40 Grad Celsius mit Freiluftkühlung arbeiten. Zudem bietet der Hersteller eine Vielzahl von Systemen mit einer optionalen Flüssigkeitskühlung an.

Weitere Server-Partner beim Launch sind Cisco, Dell, Fujitsu, HPE und Inspur. Nvidia wird Sapphire-Rapids-Prozessoren im Zusammenspiel mit den „H100“-GPUs und den „ConnectX-7“-Netzwerkkarten in der nächsten Generation der DGX-H100-Systeme einsetzen.

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