Intel対AMD：比較テスト

当社は、新しいインテルプロセッサに関する記事を定期的に発行しており、長年にわたりサーバーソリューション市場のリーダーであり続けています。 ただし、状況は最近変化しています。他のプレイヤーが積極的に自分自身を宣言しています。 今年の3月、AMD はEPYCシリーズプロセッサをリリースしました。これについては、興味深く一般的に好意的なレビューがあります（たとえば、 Anandtech Webサイトの記事 ）。 しかし、専門誌やインターネットで何百もの記事を読むよりも、一度見たり触れたりしたほうがいいです。

しかし、注目に値する記事はそれほど多くありませんでした。 さらに、プロセッサが登場して以来、AMDは技術資料やマーケティング資料をほとんど公開していません。現時点では、SPEC CPUベンチマークでAMD EPYC SoCが世界記録を使い果たしました。

すべてを自分で試す機会がありました。最近、ASUSの同僚がテスト用にAMD EPYC 7351プロセッサベースのサーバーを提供してくれました。 Intel Skylake SPプロセッサと比較し、パフォーマンステストを実施することにしました。 テスト結果とその詳細な分析を以下に示します。

テスト方法論に関するいくつかの注意事項

テクニックを選択するとき、私たちは主に実用性の原則に導かれます 。 ここでの視点は、2011年のコンピューターシステムのパフォーマンスをテストするための方法論（バージョン5.0）の記事の著者の位置と一致します：テスト中、実際にサーバーが使用されるタスクにできるだけ近いタスクを実行する必要があります。

合成テストは必要最小限に削減されています：プロセッサの機能（さらなる実験の過程で調整可能）の一般的なアイデアを得るためだけにテストを実施し、結果を専門のプレスやインターネットで公開されているものと比較します。 私たちにとって非常に大きな関心事は、私たちと私たちの潜在的なユーザーが日常業務で解決するタスクです。たとえば、大量のデータの処理、複雑なソフトウェアのコンパイル、高負荷でのDBMSの操作などです。

以下で説明する実験の一環として、次のテストが実行されました。

• 合成テストの基本セット（Geekbenchを使用しました）;
• Boostライブラリのセットのコンパイル。
• メモリパフォーマンスを評価するためのテスト（STREAMベンチマークを使用）;
• NAMDベンチマーク（浮動小数点計算のパフォーマンスを評価するのに非常に役立つ）。

一般仕様

テストには3つのサーバーが関与しました。

• CPU AMD EPYC 7351/516 GB RAM / 800 GB SSD×2;
• CPU Intel Xeon Gold 6140/384 GB RAM / 2×800 GB SSD;
• CPU Intel Xeon Silver 4114/384 GB RAM / 800 GB SSD×2

Ubuntu 16.04は3つのサーバーすべてにインストールされました。

次の表は、すべてのプロセッサの詳細な仕様を示しています。

特徴	Intel Xeon Silver 4114	Intel Xeon Gold 6140	AMD Epyc 7310
技術プロセス	14 nm	14 nm	14 nm
コアの数	10	18	16
スレッド数	20	36	32
基本周波数	2.20 GHz	2.30 GHz	2.40 GHz
最大ターボ周波数	3.00 GHz	3.70 GHz	2.90 GHz
L3キャッシュ	13.75 MB	24.75 MB	64 MB
TDP（熱設計力）	85ワット	140ワット	155/170 W

Zenマイクロアーキテクチャ：クイックリファレンス

AMD Epycプロセッサーは、今年初め（より正確には3月2日）に初めて導入されたZenマイクロアーキテクチャーに基づいています。 サーバーだけでなく、デスクトップソリューション（ AMD Ryzenプロセッサー ）でも使用されます。 Ryzenプロセッサと同様に、Epycは2つのCCXモジュールで構成される8コアクリスタルを使用します。 CCXはCore Complexの略です。 したがって、AMDでは、共通の3次キャッシュを備えた4つのプロセッサコアのモジュールと呼ばれます。

上記の表からわかるように、AMD Epycプロセッサーには16コアがあります。 技術的には、これは次のように実装されます。2つの8コアクリスタルがInfinity Fabricバスを使用して接続されます。 共通のメモリコントローラと共通のPCI Expressハブがあります。

特に、このトピックに関する多くの広範な出版物がすでにインターネットに提出されているため、Zenマイクロアーキテクチャの機能については詳しく説明しません（たとえば、 AMD Zenマイクロアーキテクチャの記事：デュアルスケジューラ、Micro-Opキャッシュ、メモリ階層が公開されていることをお勧めします）。 最も重要な改善点についてのみ説明しますが、次の点を強調する価値があります。

• コアごとに2つのスレッド（同時マルチスレッドテクノロジ、または単にSMT。一種のハイパースレッディングアナログと見なすことができます）。
• デコードされたマイクロオペレーションキャッシュ。
• 新しい命令セットのサポート（AVX、AVX2、BMI1およびBMI2、AES、SHA1 / SHA256、RDSEED、SMAPおよびAMDに固有のものを含む他の多く）;
• 第2レベルの大規模な統合キャッシュ（コアあたり512 KB）。

AVX512、SGX（Software Guard Extensions）、およびMPX（Memory Protection Extensions）命令セットはサポートされていません（これはEPYCプロセッサとHeonの重要な違いです）。 これは、厳密な意味での欠点とはほとんど言えません-AMD開発者は、別の方法で進むことに決めました（たとえば、これはやや時代遅れですが、まだ興味深い出版物EPYC Offers x86 Compatibilityにあります ）。

Intelと比較したAMDプロセッサの弱点は、長い間エネルギー効率と考えられてきました。 EPYCラインを作成する際、対応する欠点を解消するために多くの作業が行われました。 AMD EPYCは、プロセッサコアの温度と負荷に応じて周波数と電圧を動的に変更するなど、エネルギー効率を改善し、エネルギー消費を削減するために新しいテクノロジーを使用しました。

使用されるエネルギー効率アルゴリズムを使用して、現在の負荷が遅延の影響を受けやすいかどうかを認識し、必要に応じてコア周波数を下げて、エネルギー消費のワットあたりのパフォーマンスを最適化できます。 また、Epycプロセッサには、コアごとに個別に電力を線形調整する機能があります。 負荷やその他の要因が原因である場合、各コアは独自の周波数と電圧で動作できます。

一目でわかる：基本的な模擬テスト

Geekbenchテスト

理論上のポイントを分析したら、テストと結果の分析を開始します。 まず、最も一般的な合成テストを実行したときに、AMD EPYC 7351プロセッサがどのような結果を示すかを確認することにしました。 合成テストに対する私たちの態度についてはすでに述べました。それらを、反射と仮説の出発点としてのみ使用し、それ以上は使用しません。

Geekbenchを選択しました-これは一連の模擬テストであり、ポイントの授与結果に応じて、非常に詳細で視覚的なダイアグラムが作成されます。 独自の結果をサイトにアップロードし、他のユーザーが取得した結果と比較できます。

キットに含まれるテストの完全なリストは、 公式ドキュメントに記載されています 。 また、Geekbenchは主にデスクトップコンピューターのベンチマークとして評価されていますが、標準的なサーバーベンチマークの優れたセットが含まれています。

まず、AMD EPYCとIntel Xeon Gold 6114の2つのサーバーでGeekbenchを起動しました。

次の結果が得られました。

• browser.geekbench.com/v4/cpu/4807485-Intel Xeon Gold（シングルコアパフォーマンステストでは4399ポイント、マルチコアテストでは74097ポイント）;
• browser.geekbench.com/v4/cpu/4859969-Intel Xeon Silver（3410-シングルコアパフォーマンス、43971-マルチコアパフォーマンス）;
• browser.geekbench.com/v4/cpu/4807276 —AMD（3737ポイント-シングルコアパフォーマンスと61235-マルチコア）。

結果は次のとおりです。AMDEpycはシルバーよりも優れたパフォーマンスを発揮しましたが、ゴールドよりは劣っていました。 ただし、模擬テストの価格を知っているので、数値の分析については詳しく説明しません。

メモリ帯域幅：STREAM Benchmark

IntelプロセッサとAMDプロセッサのマイクロアーキテクチャは大きく異なります。 この点で、テストに関係するプロセッサがメモリサブシステムとどのように機能するかを見るのは興味深いでしょう。 このために、有名なベンチマークSTREAMを使用しました。

これは、確立されたデータ配列を使用してスループットを測定する総合的なテストです。 このベンチマークの詳細については、John McAlpinの記事をご覧ください 。 要するに、STREAMは、 a（i）= b（i）+ q * c（i）という形式のベクトル演算を実行するかなり単純なCプログラムです。データ型はdouble（64ビット）、qは定数です。 スーパーコンピューターのパフォーマンスを評価するテストで使用されます（たとえば、 HPC Challenge Benchmarkで ）。

私たちの場合、もう1つ複雑な問題がありました。サーバー構成はまったく同じではありませんでした。 AMDにはより多くのメモリチャネルがあります-Intelプロセッサより8つ（各6チャネル）。

それでも、テストを実施した結果、非常に興味深い結果が得られました。 一般に、それらは、アナンドテックに関する上記の記事の著者によって得られたものと一致します。 実験は異なる方法で実行されましたが、ソースコードからプログラムをビルドするために、Intelコンパイラではなく、標準のgccコンパイラを使用しました（追加フラグは設定しませんでした）。

結果によると、結果は次のように分配されました（GB / s、より良い）：



ご覧のとおり、AMDプロセッサは大きなリードを獲得しています（メーカーは、最近公開されたマーケティング資料で、たとえば、 AMD EPYC SoCが2PサーバーのSTREAMベンチマークに関する例外的な結果を提供している記事でこれについて書いています ）。

ただし、結論に急がないでください。合成テストの高い結果は、実際のパフォーマンスを非常に間接的に示しています。 プロセッサが実際の練習にほぼ近いタスクにどのように対処するかを見てみましょう。

ビルドブースト

パフォーマンスを評価するには、サーバー上で複雑でリソースを大量に消費するアセンブリを実行することをお勧めします。 C ++ Boostライブラリのセットを収集します：最新バージョンのソースを含むアーカイブを公式サイトからダウンロードし（今日はバージョン1.65.1です ）、アセンブリを解凍して実行します（すべては、設定を変更して追加のコンパイラフラグを設定することなく、厳密に指示に従っています）

結果は次のとおりです。

• Intel Xeon Goldを搭載したサーバーでは、アセンブリに9分12秒かかります。
• AMD Epyc 7351を搭載したサーバーでは、 10分15秒で 。
• Intel Xeon Silverを搭載したサーバーで-12分 。

結果は、見てのとおり、かなり予測可能であることがわかりました。AMDはシルバーよりも優れていましたが、ゴールドよりは劣っていました。

ベンチマークNAMD

NAMD（Nanoscale Molecular Dynamics）は分子動力学のためのプログラムで、科学計算だけでなく、浮動小数点計算のパフォーマンスを評価するためのベンチマークとしても使用されます。 NAMDベンチマークは、第1に、実際のタスクに近い計算タスクに基づいているという点で優れており、第2に、良好なプロセッサ負荷を作成するという点で優れています。

テストには、イリノイ大学のWebサイトでホストされているコンパイル済みバイナリファイルを使用しました 。 また、ベンチマークの構成ファイルを見つけることもできます 。

2つの標準テストが実行されました：STMVとAPOA1。 テストに関与するすべてのプロセッサのコア数が異なるため、テストを40スレッド（コアあたりのフロー）に制限しました。

上記の3つのサーバーに加えて、Intel Xeon E5 2630v4プロセッサーを搭載したサーバーもこのテストに関与しました。

最初に行ったテストは、 STMV （サテライトタバコモザイクウイルス-Tobacco Mosaic Satellite Virus）の略です。 計算の詳細は書き留めません（興味のある読者は上のリンクですべてを見つけるでしょう）。 このウイルス自体のダイナミクスをシミュレートするために、プログラムはかなり重いデータセットに基づいて複雑な計算を行う必要があることにのみ注意してください。 ビッグデータ処理は、最新のサーバープロセッサを使用するための典型的なシナリオの1つにすぎないため、NAMDベンチマークの結果は興味深いものです。

結果を評価および分析する場合、主にテストの完了にかかる時間に注意を払います。 結果を次の図に示します。



予想通り、Intel Xeon Goldがリーダーになりました2番目-AMD EPYC（224.000992秒）。 次に、Intel Xeon Silver（250.966705）とIntel Xeon E5 2630v4（262.287109 c）が登場します。

次のテストは、標準NAMDベンチマークであるAPOA1（Apoleprotein A1）です。 ここで、結果は次のように配布されました。

• Intel Xeon Gold-19.105089;
• AMD EPYC-09/22/503;
• Intel Xeon Silver-25.303406;
• Intel Xeon E5 2630v4-23.258205

結果は、図でより明確に示されています。



AMD Epycは、Intel Xeon Silverを破り、Intel Xeon Goldを失い、かなり予測可能であることが再び証明されました。

おわりに

テスト結果によると、AMD EPYC 7351プロセッサは一般に良好なパフォーマンスを示し、テスト結果によると、Intel Xeon SilverとIntel Xeon Goldの間で行われたと結論付けることができます。 AMDが市場で独自のニッチを占有しようとしているのはこれが初めてではありません。 これらの試みがどれほど成功するかは、時間でわかります。

新しいIntelプロセッサとAMDプロセッサについて、価格品質比の観点から何が言えるでしょうか？

AMD EPYC 7351の推奨価格は1,100ドル（ Epycセンターの記事からの情報：ZenサーバーのCPUスペックの詳細、AMDからの価格 ）、そしてほとんどのIntel Xeon Goldプロセッサーよりもはるかに安価です（ 推奨価格など ）。 さらに、示された金額は、「古い」Xeon Silverモデル（たとえば、推奨価格が1,000ドルであるXeon Silver 4116）のコストとかなり匹敵します。

Silverと比較すると、AMD EPYCは非常に競争力があります：弊社とサードパーティのベンチマークの結果（たとえば、 Intel Xeon Silver 4116 LinuxベンチマークとトップエンドXeon SilverのレビューとIntelのEPYCベンチマークの分析：競合分析のレンズによるパフォーマンス ） AMDプロセッサが多くのテストで先行していることを示しています。

上記の引用されたAnandtechの記事の著者には、いくつかのユースケース（たとえば、WebサーバーまたはJavaアプリケーションサーバー）でAMD EPYCベースのサーバーを推奨できることに完全に同意します。

ただし、より特殊なタスク（たとえば、高性能コンピューティングや仮想化など）には、Intelプロセッサの方が適しています（記事「 IntelのEPYCベンチマークの分析：競合分析のレンズによるパフォーマンス」のこのトピックに関する考察を参照してください）。

プロセッサ市場の状況を注意深く監視します。 近い将来、他のAMDプロセッサに精通し、ユースケースに興味深く関連性の高いテストを実施できるようになることを願っています。 すべてがうまくいけば、次の出版物でそれについてお知らせします。

提供されたサーバーの ASUSに感謝