AWS lanza sus propios procesadores de servidor basados en la arquitectura Arm

Amazon Web Services (AWS), el principal proveedor de soluciones en la nube, ha dado un paso sin precedentes al producir sus propios procesadores de servidor basados en la arquitectura Arm, llamados AWS Graviton. Estos servidores de Arm están disponibles para que los clientes los utilicen en instancias de máquinas virtuales de Amazon EC2.

AWS Graviton es la primera generación de un esfuerzo que ha llevado años para Amazon. En 2015, Amazon adquirió la empresa de desarrollo de semiconductores Annapurna Labs, después de trabajar con la compañía para desarrollar silicio personalizado para desviar las tareas de orquestación de EC2 de la CPU del servidor a chips externos, permitiendo que la CPU principal se dedique a las tareas de cómputo de los clientes de AWS.

Aquí tienes una guía completa sobre cómo los procesadores Arm difieren de los procesadores Intel o AMD, cómo este procesador de servidor difiere de los procesadores similares que se encuentran en los dispositivos móviles, cómo este movimiento afecta al mercado de la nube pública y a los mercados locales y los posibles casos de uso empresarial para los servidores Arm en EC2.

¿Qué es un servidor Arm y cómo se diferencia de los servidores tradicionales?

Arm es el nombre de una arquitectura de conjunto de instrucciones (ISA) creada por Arm Holdings, una empresa fundada en el Reino Unido en 1990 y adquirida por la empresa de telecomunicaciones japonesa SoftBank en 2016. Arm Holdings no produce directamente CPUs, en cambio, licencia el ISA de Arm a empresas que producen CPUs para adaptarse a sus necesidades.

El ISA de Arm es muy extensible y se utiliza en miles de millones de dispositivos. El Qualcomm Snapdragon y la serie de sistemas en un chip (SoC) A de Apple que se encuentran prácticamente en todos los teléfonos inteligentes vendidos en América del Norte son implementaciones del ISA de Arm, al igual que el SoC de Broadcom que se encuentra en la Raspberry Pi. Arm también está presente en aplicaciones de Internet de las cosas (IoT) y aplicaciones integradas, como controladores de unidades, sensores inteligentes y sistemas de navegación de automóviles.

Aunque estos ejemplos cubren dispositivos Arm relativamente de baja potencia, AWS Graviton es un diseño de mayor potencia y marca la primera vez que el ISA de Arm está comercialmente disponible en servidores, a esta escala, para los mercados de la nube pública.

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Los servidores Arm no son un paradigma radicalmente diferente de lo que ya utiliza tu organización. AWS Graviton (EC2 A1) utiliza el mismo kernel de Linux y las mismas distribuciones populares de Linux que son populares en las empresas. La migración desde x86-64, el ISA utilizado en las CPUs de Intel y AMD, requiere ciertos ajustes para que tus cargas de trabajo funcionen en las instancias de EC2 A1. En el lanzamiento, están disponibles Amazon Linux 2, Red Hat Enterprise Linux (RHEL), Ubuntu y las imágenes de máquina optimizadas para ECS, y se esperan distribuciones adicionales. No está claro si Microsoft pondrá a disposición Windows 10 Server para Graviton, aunque se anunció un port de Windows 10 Server para Arm (específicamente, el Qualcomm Centriq 2400) en 2017, pero aparentemente nunca se comercializó.

Los ISAs de Arm y x86-64 están diseñados de manera fundamentalmente diferente y no comparten compatibilidad binaria. Esto requiere que cada programa que se ejecute en EC2 A1 se compile para Arm. Gran parte de este trabajo ya está hecho para ti. Amazon señala en un comunicado de prensa: "La mayoría de las aplicaciones que utilizan software de código abierto como Apache HTTP Server, Perl, PHP, Ruby, Python, NodeJS y Java se ejecutan fácilmente en varias arquitecturas de procesadores gracias al soporte de los sistemas operativos basados en Linux".

Por lo tanto, si utilizas principalmente paquetes de código abierto, aplicaciones en lenguajes de script o compilas tus propias aplicaciones desde el código fuente, la migración a A1 debería ser fácil.

¿Por qué importan los servidores Arm en AWS?

AWS Graviton ofrece un nivel sin precedentes de elección en las implementaciones de la nube pública y es probable que conlleve importantes ahorros de costos para los usuarios de EC2, especialmente a largo plazo.

El uso del ISA de Arm en los servidores se ha intentado antes, aunque no a esta escala, en los mercados de la nube pública. Scaleway C1 utilizó CPUs Marvell Arm v7 de cuatro núcleos como reemplazos de VPS, y algunos operadores de centros de datos ofrecieron servicios de colocación de Raspberry Pi como un negocio secundario para atender a programadores y aficionados. Básicamente, estos dependen de SoCs de clase de teléfono inteligente, que son adecuados para tareas de baja gama, como las páginas de inicio de pequeñas empresas y los servidores de correo, aunque pueden tener dificultades con las cargas de trabajo de alto rendimiento.

AWS Graviton es más bien un competidor directo de Cavium ThunderX2 y Qualcomm Centriq 2400, ambos son plataformas de servidor basadas en el ISA Arm v8. La diferencia clave entre Graviton y estas CPUs existentes es que Amazon solo ofrece Graviton en EC2, mientras que Cavium y Qualcomm venden sus CPUs y diseños de referencia a fabricantes de servidores que ofrecen soluciones basadas en esa tecnología para la computación local.

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El soporte de Amazon a Arm para servidores afecta a todo el mercado y ecosistema de servidores Arm, proporcionando un impulso muy necesario en un momento de incertidumbre. En mayo, los informes indicaban que Qualcomm Datacenter Technologies (QDT) estaba preparando para detener el desarrollo de los procesadores Centriq, con el presidente de QDT, Anand Chandrasekher, dejando la compañía días después y se despidió a 280 empleados al mes siguiente. La amplia disponibilidad de los servidores Arm es importante para que los desarrolladores optimicen cadenas de herramientas y programas para Arm.

En un sentido más amplio, Amazon ha dado un gran golpe al dominio de Intel en el centro de datos. Como el proveedor de servicios en la nube más grande, Amazon establece tendencias en la industria. Además, su poder de compra y escala los convierte en un consumidor destacado de las CPUs Xeon de Intel. Además de producir sus propios chips Arm, Amazon también ha comenzado a ofrecer instancias de EC2 impulsadas por procesadores AMD EPYC, posicionados como una alternativa de menor costo a las CPUs Intel Xeon.

¿Qué tan potente es AWS Graviton?

Amazon no ha revelado información técnica extensiva sobre la potencia de Graviton, aunque dado el modelo de EC2 de abstraer el hardware de la capacidad de cómputo, la información sobre qué CPU se está utilizando en una instancia de EC2 en vivo generalmente es limitada a lo que se puede obtener sondeando la instancia.

Los sistemas Graviton en implementación utilizan la microarquitectura Cortex-A72 de la era 2015, que es compatible con Arm v8-A. Incluye aceleración para cálculos de punto flotante, SIMD avanzado (NEON), así como algoritmos AES y SHA-256, entre otros. También incluyen soporte para Arm Neoverse, que se anunció públicamente en octubre de 2018. Cabe destacar que no hay multiproceso simétrico (SMT) en A72, por lo que cada vCPU es igual a un único núcleo de procesador en las instancias A1. Esto es particularmente importante para aquellos preocupados por posibles ataques de canal lateral, que se basan en que un proceso malicioso en un hilo acceda a datos en el hilo adyacente del mismo núcleo.

El sitio web de benchmarking de Linux, Phoronix, encontró que Graviton (A1) se desempeñaba aproximadamente a la mitad de la velocidad de los procesadores AMD EPYC 7571 (ofrecidos como M5A en EC2), mientras que era aproximadamente un tercio de la velocidad de las instancias Intel Xeon Platinum (M5) en PHPBench, con esos resultados reforzados por los tests de rendimiento de Zend y micro_bench. En PyBench, los tiempos de prueba promedio en Graviton oscilaron entre 4.244 y 4.289 milisegundos, mientras que en AMD variaron entre 1.655 y 1.664 milisegundos, e Intel varió entre 1.349 y 1.3500 milisegundos. Estas pruebas son de un solo hilo y no representan cargas de trabajo reales con múltiples hilos.

En términos de rendimiento por dólar, los hallazgos de Phoronix indicaron que Graviton es bastante deficiente en casi todo. En términos prácticos, hay dos causas para esto. Si bien los entornos de ejecución de PHP y Python pueden compilarse para Arm (aarch64), cómo se compila tendrá impactos no triviales en el rendimiento. En aarch64, las extensiones NEON son obligatorias, aunque cómo gcc maneja NEON / instrucciones no es óptimo, y algunas optimizaciones deberán realizarse para que cada paquete se adapte mejor a la ejecución en ARM.

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En gran medida, la propuesta de valor de Arm es el rendimiento por vatio, que no es algo que se pueda probar desde el punto de vista de un proveedor de servicios en la nube pública y no es una preocupación para el usuario, ya que Amazon paga las facturas de electricidad. Medido de esa manera, es probable que Graviton sea competitivo con Intel o AMD, aunque esto no resuelve el problema de optimización mencionado anteriormente.

No hay un método para determinar el TDP de Graviton mediante el sondeo del software en una instancia en vivo. Dados los productos existentes de Qualcomm y Cavium, es muy poco probable que alcance el máximo en alguna parte cercana a las ofertas de Intel o AMD, lo que lo hace adecuado para la informática de rango medio, en el mejor de los casos. Amazon lo reconoce en un anuncio, indicando que Graviton es "ideal para cargas de trabajo de escala donde se puede compartir la carga en un grupo de instancias más pequeñas".

¿Cuánto cuestan los servidores Arm en AWS?

Las instancias A1 en EC2 están disponibles en cinco niveles:

• A1.medium: 1 vCPU, 2 GB de RAM, $0.0255 / hora
• A1.large: 2 vCPUs, 4 GB de RAM, $0.0510 / hora
• A1.xlarge: 4 vCPUs, 8 GB de RAM, $0.1020 / hora
• A1.2xlarge 8 vCPUs, 16 GB de RAM, $0.2040 / hora
• A1.4xlarge 16 vCPUs, 32 GB de RAM, $0.4080 / hora

Todas tienen un ancho de banda de red de hasta 10 Gbps y un ancho de banda de EBS de hasta 3.5 Gbps, excepto A1.x4large que es de 3.5 Gbps. Los precios mencionados son los de la demanda en US East (N. Virginia). A pesar de la convención de nomenclatura, Graviton no tiene SMT, lo que hace que las vCPU sean núcleos reales de CPU físicos. En el lanzamiento, las instancias A1 están disponibles en las regiones de AWS US East (N. Virginia), US East (Ohio), US West (Oregon) y Europa (Irlanda).

¿Debería adquirir un servidor Arm en AWS?

Hablando en general, la ventaja de la computación en la nube es que no se necesita ninguna inversión inicial en hardware. Vale la pena invertir un día trabajando con la instancia más grande disponible para ver cómo se implementan tus aplicaciones existentes en Arm. En algún momento del proceso, es posible que descubras alguna peculiaridad, como una biblioteca que deberá recompilarse para su uso en Arm. Tener este conocimiento es beneficioso en caso de que desees migrar algunas o todas tus aplicaciones para que se ejecuten en servidores basados en Arm.

Actualmente, en términos de uso práctico, si tienes una carga de trabajo general y deseas reducir los costos en EC2, considera utilizar instancias M5A con procesadores AMD EPYC. Como AMD e Intel son ambos x86-64, este tipo de migración debería ser absolutamente transparente. Si tienes alguna necesidad de depurar o probar software en Arm v8, tal vez para un cliente que intenta realizar una migración, esta sería una manera valiosa de utilizar una instancia A1. Del mismo modo, si necesitas compilar software en Arm, esta sería una buena solución.

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Excepto por esos casos de uso, la respuesta probablemente sea no. Aunque esta es una oferta interesante de primera generación, Cortex-A72 tiene años de antigüedad, lo que hace que Graviton esté desactualizado. Estratégicamente, hay todas las razones para esperar que Amazon continúe iterando esta tecnología, y una oferta basada en Cortex-A76 valdría la pena considerarla nuevamente.

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