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谁是电老虎 双核服务器功耗探究

  今年,Intel和AMD公司陆续推出了针对双路服务器市场的双核处理器产品。从今年的4月份开始,我们IT168评测中心就陆续的对于相关产品进行测试。在评测过多款产品、积累了较大量的测试数据之后,我们对于这两家公司的产品有了更多的了解。本系列文章将通过对比两家公司最新双核处理器及其运行平台的性能、功耗和I/O能力,让广大用户和读者充分了解它们各自的优缺点。本文将对于两者的功耗进行对比。

  Opteron 2000和Xeon 5100功耗

  【IT168评测中心】在《短兵相接 皓龙至强新双核全面对比 --AMD Opteron2000 Intel Xeon5100对比评测之性能篇》一文中我们对比了AMD Opteron 2210处理器和Intel Xeon 5120处理器的性能,测试结果显示这两款处理器有着各自的特点,有个各自擅长的应用领域。

Opteron 2210处理器
Xeon 5120处理器

  CPU的功耗一直是用户所关注的,特别过去的几年处理器主频飞速的提升已经逼近了4GHz,其功耗也出现了大幅度的提升,TDP标称在100瓦以上的比比皆是。然而今年开始,风向突转,无论是Intel还是AMD都天天把“能效比”、“每瓦性能”挂在嘴上,都宣称自己的产品在消耗同样的电力的情况下,可以提供更高的计算能力。

Intel Xeon 5100系列处理器

型号 L2容量 主频 FSB 功率
5160 4 MB 3.00 GHz 1333 80W
5150 4 MB 2.67 GHz 1333 65W
5148 LV 4 MB 2.33 GHz 1333 40W
5140 4 MB 2.33 GHz 1333 65W
5130 4 MB 2.00 GHz 1333 65W
5120 4 MB 1.87 GHz 1066 65W
5110 4 MB 1.60 GHz 1066 65W

  在Intel公布的信息中,5110、5120、5130、5140和5150处理器标称功率(Power)为65瓦,5148标称功率为40瓦,5160标称功率为80瓦。

AMD Opteron 2000系列处理器

型号 L2容量 主频 HTT 最大功率
Model 2210 1MB x 2 1.8 GHz 1GHz 95W
Model 2212 1MB x 2 2.0 GHz 1GHz
Model 2214 1MB x 2 2.2 GHz 1GHz
Model 2216 1MB x 2 2.4 GHz 1GHz
Model 2218 1MB x 2 2.6 GHz 1GHz
Model 2212 HE 1MB x 2 2.0 GHz 1GHz 68W
Model 2214 HE 1MB x 2 2.2 GHz 1GHz
Model 2216 HE 1MB x 2 2.4 GHz 1GHz
Model 2220 SE 1MB x 2 2.8 GHz 1GHz 120W

  AMD Opteron 2000系列处理器的功率也有三种,分别是95瓦、68瓦和120瓦,其中我们要进行对比测试的Opteron 2210的最大功率是95瓦。

  需要说明的是无论是在Intel公布的信息还是在AMD公布的信息中,使用的都是“Power”这个单词,而非“TDP”或者“Thermal Guideline”。参考《Dual-Core Intel Xeon Processor 5100 Series Thermal/Mechanical Design Guidelines June 2006》文档之后,我们认为Intel标称其实依然是其TDP(热设计功耗)值。而在AMD公布的《Thermal Design Guide for Socket F (1207) Processors》文档中我们没有发现关于TDP或者任何和处理器功耗有关的数据,只是提供了散热器规范。我们在《AMD Opteron Processor Power and Thermal Data Sheet》文档中找到了关于Opteron 100/200/800处理器的TDP信息。

  如果这两家公司公布的此指标含义相同(不管都是指的Power还是指的TDP),那么这个指标才有一定的可比较性——从表面看来Intel还是占据了优势,其主流产品的功率为65W,而AMD的主流产品的功率为95W。

  测试平台

Xeon 5120平台

主板

SuperMicro X7DB3

芯片组

Intel 5000P

驱动程序

INF 7.3.1.1013

处理器

Intel Xeon 5120 x2

主频

1.86GHz

FSB

1066MHz

L2容量

4MB(共享)

处理器设置

XDbit Disable
EIST Disable
C1 State Disable

内存

Ramaxel 1GB 2Rx8 PC2-4200R-444 x4 FB-DIMM

配置 4通道 Interleaving开启

磁盘控制器

LSI Logic MegaRAID SAS 8308ELP扩展卡

硬盘

Maxtor ATLAS 10k V 147GB SAS x3

操作系统

Microsoft Windows Server2003,5.02.3790,SP1

网卡

Intel PRO/1000 EB Network Connection with I/O Acceleration

驱动程序

9.3.39.0(4/3/2006)

 

Opteron 2210平台

主板

TYAN Thunder h2000M (S3992)

芯片组

Broadcom HT1000+HT2000

处理器

AMD Opteron 2210 x 2

主频

1.8GHz

HTT

1000MHz

L2容量

1MB x 2

处理器设置

AMD Power Now! Disable

内存

Ramaxel 1GB 2Rx8 PC2-4200R-444 x 8

磁盘控制器

板载adaptec AIC-7902W SCSI/RAID控制器

硬盘

日立Ultrastar 147GB万转SCSI硬盘(型号HUS103014FL3800)

操作系统

Microsoft Windows Server2003,5.02.3790,SP1

网卡

Broadcom NetXtreme Gigabit Ethernet (BCM5780整合GbE)

  同《短兵相接 皓龙至强新双核全面对比 --AMD Opteron2000 Intel Xeon5100对比评测之性能篇》一文中所使用的平台一样,我们继续从功耗方面进行对比。这两个平台都配置了两颗处理器、4条以上的内存、可热插拔的硬盘,可以帮助我们有效的对于处理器、内存和磁盘的功耗进行测定和对比。

  我们使用UNI-T UT71E智能数字万用表对于被测服务器系统的整体功耗进行了监测,利用随机附带的接口程序,我们可以记录被测服务器任意时间段内的功率变化。

  处理器功耗对比

  为了能了解一颗处理器的功耗情况,我们在相同的服务器平台上分别安装1颗处理器和2颗处理器,然后测试服务器的整机功耗,两种情况下功耗之差就认为是处理器的整体功耗。在测试一颗处理器的时候,我们依然保持所有散热器的状态,以降低外部环境对于测试结果的影响。此外,我们还分别关闭了AMD Opteron 2210和Intel Xeon 5120处理器的Power Now!和EIST功能。

  我们在测试平台上安装了Windows Server 2003操作系统,将电源使用方案设定为“一直开着”,然后测量进入系统5-10分钟内的系统总体功耗,记录为“无负载状态”功耗。我们运行SPEC CPU200 int使得处理器达到满载,然后测量系统的共功耗,记录为“满载状态”功耗。

Intel Xeon 5120平台

处理器数量 无负载状态 满载状态
1颗 251 瓦 281 瓦
2颗 265 瓦 319 瓦
差异  14 瓦  38 瓦

 

AMD Opteron 2210平台

处理器数量 无负载状态 满载状态
1颗 136 瓦 179 瓦
2颗 216 瓦 306 瓦
差异  80 瓦 127 瓦

 

  测试结果显示,无论是在无负载状态下还是在满载状态下,Intel Xeon 5120和AMD Opteron 2210这两颗主频相当的处理器的功耗都存在着巨大的差异。其中在无负载状态,AMD Opteron 2210的功耗为80瓦,Intel Xeon 5120的功耗只有14瓦,Opteron 2210的功耗竟然是Xeon 5120的5.7倍!在满载状态,AMD Opteron 2210的功耗为127瓦(结合AMD Opteron 2210处理器的测试结果和其功耗标称95W来看,我们认为其标称的95W应该还是TDP。),Intel Xeon 5120的功耗仅为38瓦,前者的功耗是后者的3.3倍!

  从功能上看,AMD Opteron 2210整合了内存控制器,这可能是是造成其总体功耗较高的原因之一,但肯定不是全部。因此从这个部分的测试结果来看,Intel Xeon 5120处理器在节能方面还是非常领先的。

  内存功耗对比

  同样,我们在测试平台上安装了Windows Server 2003操作系统,将电源使用方案设定为“一直开着”,然后测量进入系统5-10分钟内的系统总体功耗,记录为“无负载状态”功耗。我们运行SPEC CPU200 int使得处理器达到满载,然后测量系统的共功耗,记录为“满载状态”功耗。

Intel Xeon 5120平台

FBD内存数量 无负载状态 满载状态
1GB x 4 2通道 261 瓦 312 瓦
1GB x 2 2通道 248 瓦 299 瓦
差异  13 瓦  13 瓦
每条内存功耗 6.5 瓦 6.5 瓦

  我们的Intel Xeon 5120平台只有4条1GB FBD DDR2 533MHz内存,我们将其配置为双通道模式。由于FBD内存子系统为串行结构,因此理论上越靠近内存控制器的内存越繁忙,远离内存控制器的内存相对“清闲”一些。我们的测试结果显示的是功耗相对较低的FBD通道末端的内存的功耗。

AMD Opteron 2210平台

DDR2内存数量 无负载状态 满载状态
1GB x 8 218 瓦 314 瓦
1GB x 4 216 瓦 305 瓦
差异   2 瓦   9 瓦
每条内存功耗 0.5 瓦 2.25瓦

  AMD Opteron 2210平台提供了8条容量为1GB的DDR2 533MHz内存,我们将它们分别安装在了对应于两颗处理器的内存插槽上,因此也可以说其工作在“4通道模式”上。DDR2内存依然采用了并行的方式,并不存在FBD内存的“远或近”的问题。

  从测试结果来看,FBD内存的功耗和其工作状态几乎无关(或者说对于已经运行的操作系统而言,FBD内存始终处于较为繁忙的工作状态上),每条1GB FBD 533MHz内存的功耗为6.5瓦左右。而DDR2内存的功耗同其工作状态有关,“无负载状态”下功耗只有0.5瓦左右,“满负载”状态下功耗则达到了2.25瓦。

  在“无负载状态”下(实际上是低负载状态),FBD内存的功耗是普通DDR2内存的13倍,而“满负载状态”下,FBD内存的功耗是普通的DDR2内存的2.9倍!

  单从内存结构上看,FBD内存和DDR2内存均采用了DDR2内存芯片,不同的是FBD内存上增加了AMB芯片,基本上可以认为FBD增加的功耗都是来源于这颗芯片。

  我们利用满载状态下的处理器功耗和不同数量的内存的功耗得出了如上图所示的曲线。如果系统中仅仅配置2-4条内存的话,那么Intel Xeon平台的内存总功耗会达到13-26瓦,AMD Opteron平台的内存总功耗则只有4.5-9瓦,好在Intel Xeon 5120处理器在功耗上领先对手很多,即便是系统中配置了32条内存,其总体功耗上依然占据优势。

  在双路配置的服务器中,2-4GB内存容量是比较主流的配置,就目前的硬件条件来看,不会出现超过16DIMM的情况。比如,Intel 5000P MCH支持36bit寻址能力,总共可支持64GB物理内存。MCH支持4个FB-DIMM内存通道,每个通道最高支持4个双bank FB-DIMM DDR DIMM。因此在非镜像模式下,MCH最高可支持16 DIMM或者最大64GB物理内存,在镜像模式下最大可以支持32GB物理内存。因此,在整体功耗上,Intel平台还是能至少占据三成的领先优势。

  FB-DIMM内存功耗再探究

  在《FB-DIMM内存性能初探》、《再探FBDIMM性能:容量通道和配置》两篇文章中我们对于FB-DIMM内存的性能进行了多个角度的探讨,期间多次提及FBD的功耗,不过一直没有能对于其进行更多的测试。这个环节,我们对于不同配置状态下的FBD子系统的功耗进行了测试。

Intel Xeon 5120平台

FBD内存配置 无负载状态 满载状态
1GB x 4 4通道 265 瓦 319 瓦
1GB x 4 2通道 261 瓦 312 瓦
1GB x 2 2通道 248 瓦 299 瓦

  在上一个章节中,我们得到的结论是位于FBD通道末端的单条内存模组的功耗大约为6.5瓦。而工作在4通道配置模式下的FBD的功耗又有了明显的提高,达到了10瓦,相对于上一种状态提升了大约50%。

Intel Xeon 5120平台

FBD内存数量 无负载状态 满载状态
1GB x 4 4通道 265 瓦 319 瓦
1GB x 2 2通道 248 瓦 299 瓦
差异  17 瓦  20 瓦
每条内存功耗 8.5 瓦  10 瓦

  这组数据显示,在“无负载状态”下(实际上是低负载状态),FBD内存的功耗是普通DDR2内存的17倍,而“满负载状态”下,FBD内存的功耗是普通的DDR2内存的4.4倍!

  在主流内存配置模式下,Intel Xeon 5100同AMD Opteron 2000平台相比依然占据明显的优势。而在16 DIMM状态下,其领先优势已经缩小到了不到20%。从32DIMM的计算结果来看,如果将FBD内存引入到更高端的系统中,“小电老虎们”会完全把Xeon 5100的所有功耗优势消耗殆尽!

  存储设备功能

  我们在测试平台上安装了Windows Server 2003操作系统,将电源使用方案设定为“一直开着”,然后测量进入系统5-10分钟内的系统总体功耗,记录为“无负载状态”功耗。我们运行IOMeter吞吐量测试脚本使得磁盘处于尽可能高的负载状态,同时测量系统的总功耗,记录为“满载状态”功耗。为了便于增减磁盘的数量,我们没有启用系统的RAID功能。

Intel Xeon 5120平台

硬盘数量 无负载状态 满载状态
1个 258 瓦 259 瓦
2个 267 瓦 268 瓦
3个 280 瓦 282 瓦

  加负载之后对于磁盘的功耗影响不太大,不过磁盘的数量对于系统的功耗有明显的影响。当系统配置从1颗硬盘增加到2颗硬盘的时候,系统功耗增加了9瓦,从2颗硬盘增加到3颗硬盘的时候,系统功耗增加了13-14瓦,平均起来一颗硬盘的功耗在11-12瓦之间。

  该测试平台所使用的硬盘型号为Maxtor ATLAS 10 V 147GB SAS硬盘,供电的标称情况如下:

+5V 1000mA
+12V 1250mA

  从其标称来看这款硬盘的功耗为15瓦,我们的测试结果接近于这个数字。

  IT168评测中心观点

  Intel Xeon 5120处理器和AMD Opteron 2110处理器在功耗上的巨大差异是我们始料未及的。我们的测试结果显示Intel Xeon 5120处理器的功耗为38瓦左右,而AMD Opteron 2210处理器的功耗竟然达到了127瓦!结合之前的性能测试来看,Intel处理器的每瓦性能占据优势是没有异议。

  不过,Intel Bensley平台并非完美,其新成员FB-DIMM内存是这个平台在追求能效比的道路上的最大障碍。我们的测试结果显示,一条容量为1GB的FBD DDR2 553MHz内存的功耗达到了10瓦,是同样容量和频率的DDR2内存的4倍多,8条这样的内存的功耗就已经超过了两颗Xeon 5120处理器的功耗了。这使得服务器内部又增加了“一个热源”,因此实现良好的服务器散热可能会需要更高的成本。

  总得来说,在中低挡配置的双路服务器中,Intel Xeon平台会具有相当出色的每瓦性能,但是随着内存模组数量的提升其优势会越来越小。

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