AMD Epyc: Comeback mit zwölf CPUs mit bis zu 32 Kernen

Wolfgang Andermahr et al. 258 Kommentare
AMD Epyc: Comeback mit zwölf CPUs mit bis zu 32 Kernen

Nach den Ryzen-Prozessoren für den Desktop-Markt schickt AMD nun die Server-CPUs Epyc – der Opteron-Nachfolger – gegen die schier übermächtige Konkurrenz aus dem Hause Intel ins Rennen. Zwölf Prozessoren für verschiedene Ansprüche wird es geben, die laut AMD auch gegen die neue Skylake-Xeon-Generation bestehen können und sollen.

Lange ist es her, dass eine AMD-Prozessorgeneration in einen Marktsegment so lange keine Beachtung fand. Nach dem Bulldozer-Fiasko und dem Verlust nahezu aller Marktanteile in dem margenträchtigen Server-Segment soll nun das Comeback des Jahres vorgelegt werden. Denn darauf ist die Zen-Architektur ausgelegt, wie sie hier und heute in Form von Naples alias Epyc an den Start geht.

32 Kerne für vier von zwölf Modellen

Das Flaggschiff hört auf den Namen Epyc 7601 hören und verfügt über 32 Kerne mitsamt Multi-Threading. Der Basis-Takt liegt bei 2,2 GHz, während der maximale Turbo mit 3,2 GHz angegeben ist. Die TDP beträgt 180 Watt. Zudem gibt es zwei weitere Modelle mit 32 Kernen, die etwas langsamer sind, dafür aber auch etwas weniger Leistung aufnehmen.

Darüber hinaus haben es zwei Modelle mit 24 Kernen ins Portfolio geschafft. Die schnellste Version, der Epyc 7451, arbeitet mit 2,3 GHz in der Basis und mit 3,2 GHz beim Turbo. Die TDP liegt erneut bei 180 Watt. Darüber hinaus umfasst das Portfolio drei 16-Kern-Modelle. Die schnellste Variante hiervon, der Epyc 7351, bietet 2,4 GHz als Basis-Frequenz und 2,9 GHz beim Turbo. Die TDP beträgt 170 Watt. Zu guter Letzt gibt es noch eine Server-CPU mit acht Kernen, den Epyc 7251. Bei einer TDP von 120 Watt hat dieser einen Basis-Takt von 2,1 GHz und einen Turbo-Takt von 2,9 GHz.

Der Takt soll bei allen Epyc-Modellen bei „normalem“ Work-Load deutlich näher am Boost- als am Base-Takt liegen. So soll der Epyc 7601 bei Nutzung von weniger als zwölf Kernen noch mit den vollen 3,2 GHz takten und bei voller Auslastung einen All-Core-Boost von 2,7 GHz bieten. Der Basis-Takt liegt bei 2,2 GHz. Der Epyc 7401 soll bei Last auf weniger als acht Kernen mit 3,0 GHz arbeiten, der All-Core-Boost liegt bei 2,8 GHz (2,0 GHz Base, 3,0 GHz maximal).

Die zwölf verschiedenen Epyc-Prozessoren
Kerne/Threads Basis-Takt Turbo-Takt TDP
DDR4-2666/2400
Zwei-Sockel-CPUs
Epyc 7601 32/64 2,2 GHz 3,2 GHz 180 Watt
Epyc 7551 32/64 2,0 GHz 3,0 GHz 180 Watt
Epyc 7501 32/64 2,0 GHz 3,0 GHz 155/170 Watt
Epyc 7451 24/48 2,3 GHz 3,2 GHz 180 Watt
Epyc 7401 24/48 2,0 GHz 3,0 GHz 155/170 Watt
Epyc 7351 16/32 2,4 GHz 2,9 GHz 155/170 Watt
Epyc 7301 16/32 2,2 GHz 2,7 GHz 155/170 Watt
Epyc 7281 16/31 2,1 GHz 2,7 GHz 155/170 Watt
Epyc 7251 8/16 2,1 GHz 2,9 GHz 120 Watt
Ein-Sockel-CPUs
Epyc 7551P 32/64 2,0 GHz 3,0 GHz 180 Watt
Epyc 7401P 24/48 2,0 GHz 3,0 GHz 155/170 Watt
Epyc 7351P 16/32 2,4 GHz 2,9 GHz 155/170 Watt

Apropos Leistungsaufnahme: Laut AMD hat die Speichergeschwindigkeit einen großen Einfluss auf die TDP der CPU. So würde zum Beispiel die TDP des Epyc 7501 bei 170 Watt liegen, wenn DDR4-2666-Speicher verbaut ist. Bei DDR4-2400 beträgt die TDP dagegen nur 155 Watt.

Drei separate CPUs für Ein-Sockel-Systeme

AMDs Server-Portfolio umfasst neun verschiedene Prozessoren, die allesamt für Ein-Sockel- und Zwei-Sockel-Systeme geeignet sind. Darüber hinaus gibt es noch drei CPUs, die einzig mit einem Sockel kompatibel sind. Diese nennen sich Epyc 7551P, Epyc 7401P sowie Epyc 7351P mit 32, 24 beziehungsweise 16 Kernen. Die Spezifikationen sind identisch zu den, abgesehen vom Namenszusatz „P“, namensgleichen Versionen für die Zwei-Sockel-Systeme. Allerdings sollen die Varianten eine etwas bessere Performance als eine Zwei-Sockel-Version in einem einzigen Sockel bieten. Mit beiden Varianten möchte AMD 95 Prozent des Server-Marktes abdecken können. Ein Ein-Sockel-System kann maximal zwei Terabyte Speicher fassen, bei einem Zwei-Sockel-System sind es vier Terabyte.

Multi-Chip-Module mit vier Dies

Die Architektur der CPUs ist damit identisch zu den Ryzen-Ablegern für den Desktop-Markt. So kommen vier separate Zeppelin-Dies auf einem Package zum Einsatz, die wiederum über acht Zen-Kerne verfügen. Die Zeppelin-Dies sind untereinander mittels des neuen Interconnects Infinity Fabric verbunden und können durch diesen direkt miteinander kommunizieren. Für die 32-Kern-CPUs sind alle vier Zeppelin-Dies vollständig aktiv. Für die 24-Kerner und die noch kleineren Ableger werden einzelne Kerne deaktiviert. Damit die volle I/O-Bestückung unabhängig von der Kernanzahl gewährleistet werden kann, müssen alle vier Dies immer aktiv sein. Die Rechenkerne werden gleichmäßig abgeschaltet. Sprich bei der 24-Kern-Version sind auf jedem Zeppelin noch sechs Kerne aktiviert und bei der Acht-Kern-Version jeweils zwei Kerne.

Laut AMD wäre es technisch ohne weiteres möglich, einen einzelnen, monolithischen Die zu entwickeln. Allerdings sieht man die Lösung als Multi-Chip Package (MCM) mit mehreren Dies als vorteilhaft an, weil die einzelnen Dies größer und so die Yields besser sind, die Produktionspreise sinken und auch die Effizienz besser sein soll. AMD sieht MCM generell als die (CPU)-Zukunft an – entgegen Intel, die einen großen nativen Die für Skylake-SP auflegen und über AMDs „zusammengeklebte Lösung“ lästern.

Ein Multi-Chip-Module erfüllt AMDs Vorgaben am besten
Ein Multi-Chip-Module erfüllt AMDs Vorgaben am besten (Bild: AMD)

Infinity Fabric sorgt für die Kommunikation

Auf Epyc ist jeder Die mit jedem per Infinity Fabric verbunden. Jeder Link verfügt bidirektional über eine Bandbreite von 42 Gigabyte in der Sekunde. Diese soll doppelt so hoch wie eigentlich benötigt ausfallen, sodass auch Non-NUMA-Programme die volle Performance auf Epyc zeigen können sollen. Die Links können bei wenig Kommunikation die Bandbreite und damit die Leistungsaufnahme senken, sodass die einzelnen Kerne einen höheren TDP-Headroom haben. Bei Zwei-Sockel-Systemen gibt es vier IF-Links, die jeweils mit dem Die an derselben Position auf der anderen CPU mit einer Bandbreite von bidirektional 38 GB/s kommunizieren können. Auch dort sind die die Links aktiv, die gebraucht werden. Dadurch soll das Performance-pro-Watt-Verhältnis um bis zu acht Prozent ansteigen.

Alle Epyc-CPUs bieten dieselben Grund-Features wie 128 PCIe-Lanes

AMD betont bei der Präsentation deutlich, dass sämtliche Epyc-Prozessoren über dieselben Features verfügen werden. Darunter gehört ein Acht-Kanal-Speicherinterface, das mit maximal zwei Terabyte (pro CPU) DDR4-2666-Speicher bestückt werden kann. 128 PCIe-Lanes, ein integrierter Chipsatz (unter anderem bietet dieser 4 × USB 3.0), der auf dem Mainboard völlig entfällt, ein dediziertes Security-System und eine Sockel-Kompatibilität mit der nächsten Generation an Epyc-CPUs gehören dazu. Apropos Sockel: Alle Epyc-Prozessoren passen auf den SP3-Sockel, der mit satten 4.094 Kontaktflächen in LGA-Bauweise riesig ausfällt. Der optisch identische Sockel TR4 für Ryzen Threadripper soll laut AMD nicht kompatibel sein.

Die erste Epyc-Generation soll laut AMD nicht nur als Gegenspieler zu Intels Xeon-CPUs der Broadwell-Generation entwickelt worden sein, sondern betont ebenso gegen die demnächst erscheinende Skylake-Varianten bestehen können. Dies möchte man neben der Rechenleistung auch durch das Speicherinterface (Acht-fach- gegen Sechs-Fach-Interface), die I/O-Möglichkeiten (128 PCIe-Lanes auf allen Epyc-CPUs), einer hohen Energieeffizienz und dem in einem separaten Chip auf der CPU untergebrachten Secure-System erreichen.

Laut AMD deutlich schneller als Broadwell-EP/EX

AMD hat zur Präsentationen auch einige selbst durchgeführte Benchmarks herausgegeben, die aufgrund der Verfügbarkeit aber durchweg gegen Intels Xeon-Prozessoren auf Basis der Broadwell-EP-Architektur durchgeführt worden sind. Man scheue aber auch keinen direkten Vergleich gegen die zukünftigen Xeon-Skylake-Prozessoren, wenngleich deren Leistung bisher noch unbekannt ist. Demnach bietet der Epyc 7601 und damit das AMD-Flaggschiff im Integer-Test der SPEC-Suite eine bis zu 47 Prozent bessere Performance als der Xeon 2699A (Intels Broadwell-Flaggschiff mit 22 Kernen bei 2,4 GHz Basis und 3,6 GHz Turbo-Takt). Die Floating-Point-Performance soll um bis zu 75 Prozent besser ausfallen.

AMD stellt auch Benchmarks der anderen Epyc-CPUs gegen die Broadwell-Konkurrenz. In sämtlichen Preisklassen will AMD Intel zwischen 23 und 70 Prozent überlegen sein. Darüber hinaus gibt es Testreihen, die zeigen sollen, dass Epyc in der Ein-Sockel-Version auch gegen Zwei-Sockel-Varianten von Intel bestehen können. So soll der Epyc 7551P, das Ein-Sockel-Flaggschiff, eine immer noch um 21 Prozent höhere Performance als zwei Xeon E5-2650-v4-CPUs mit jeweils zwölf Kernen bieten – und gleichzeitig noch günstiger sein. Exakte Preise nennt AMD zum Start aber nicht, nur die grobe Einordnung lässt sich erkennen.

Das Power Management ist konfigurierbar

Die Energieeffizienz spielt bei Epyc eine sehr große Rolle. Da jeder Hersteller andere Anforderungen an die Leistungsaufnahme stellt, bietet Epyc verschiedene Optionen an. So bietet ein Epyc-System beim Start an, ob die CPU eine gleichmäßige Performance abrufen soll, sodass die Leistungsaufnahme variiert, oder eine möglichst gleichmäßige Leistungsaufnahme und daher die Performance variiert. Zudem lässt sich beim Start auswählen, ob der Prozessor mit einem alternativen höheren oder niedrigeren Power Limit arbeiten soll. Der Epyc 7601 mit einer TDP von 180 bietet 165 Watt oder 200 Watt als Alternative an. Um die Leistung zu optimieren, reagiert das Power Management auch auf die unterschiedliche Qualität der Dies. So arbeiten die vier unterschiedlichen Dies auf dem Package bei gleichem Takt mit einer unterschiedlichen Spannung – wenn aufgrund der Güte nötig.

Die Sicherheitsfeatures von Epyc
Die Sicherheitsfeatures von Epyc (Bild: AMD)

Wie auch Ryzen für den Desktop kommen alle Epyc-CPUs mit einem integrierten Sicherheitsprozessor daher, der separat von der eigentlichen CPU seine Arbeit erledigt. Dieser bietet eine vollständige Speicher-Encryption sowie eine Verschlüsselung bei Virtualisierung. Bei letzterer werden bei unterschiedlichen virtuellen Systemen die Daten separat verschlüsselt, sodass die einzelnen virtuellen Maschinen nichts von den anderen mitbekommen können. Die Verschlüsselung soll ohne Softwareanpassungen funktionieren und keinerlei Einfluss auf die Programme haben. Die Performance soll durch die Memory-Encryption um sieben bis acht Prozent langsamer werden. Im SPEC-Test soll dies ein bis zwei Prozent ausmachen.

Mehrere Systeme zum Launch und ein funktionierendes Ökosystem

Laut AMD wird es erste Epyc-Systeme ab sofort weltweit von mehreren OEM-Herstellern geben. Dies soll für die Top-Vier-Modelle gelten. Die restlichen Produkte sollen Ende Juli folgen. Zudem soll es im Laufe des dritten und des vierten Quartals weitere OEM-Anbieter mit Systemen geben. OEM-Partner für Epyc sind unter anderem Asus, Dell, Gigabyte, HP, Lenovo, Supermicro und Tyan. Auch das neue Ökosystem soll bereit für Epyc sein. So habe man unter anderem mit Microsoft, Red Hat, Samsung, VMware und Xilinx wegen Anpassung für Epyc zusammengearbeitet.

Die Epyc-CPUs werden von mehreren Betriebssystemen und virtuellen Umgebungen unterstützt. Zum Beispiel laufen die Prozessoren offiziell unter anderem auf Windows Server 2012 R2, Server 2016, den Linux-Umgebungen Suse SLES 11 SP4, SLES 12 SP2 oder Red Hat RHEL 6.9 und RHEL 7.3. Auch die virtuellen Maschinen KVM, VMWare und Xen werden unterstützt. Als Entwicklertools gibt es Anpassungen für GCC, Java, LLVM und Virtual Studio.

Update 21.06.2017 01:29 Uhr

AMDs CEO Lisa Su hat erste Preise einiger Epyc-Prozessoren genannt und diese mit den aktuellen Kosten für ein Konkurrenzprodukt verglichen. So kostet der Epyc 7601 4.200 US-Dollar. Das Konkurrenzprodukt, der Xeon E5-2699A v4, ist dagegen mit 4.938 US-Dollar angegeben, wobei die AMD-CPU 47 Prozent schneller sein soll. Für den Epyc 7301 werden 825 US-Dollar verlangt werden. Die Leistung soll 70 Prozent besser als beim Xeon E5-2640 v4 sein, der 939 US-Dollar kostet. Und ein einzelner Epyc 7551P wird 2.100 US-Dollar kosten und soll 21 Prozent schneller sein als zwei Xeon E5-2650 v4, für die 2.386 US-Dollar zu bezahlen sind.

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