【IT168 评测】作为芯片行业的巨头，英特尔的日子过得也不如原来滋润了。随着手机和平板电脑迅速崛起，移动互联的出现正在逐步蚕食原有的PC市场份额。甚至在原本稳固的服务器市场，英特尔也遇到了ARM的强烈冲击。进入2013年，一股ARM的风潮迅速刮起，低功耗数据中心成为了行业的热门词汇。当然，面对这样的情况英特尔也在快速反击，继去年第四季度推出Atom S1200系列数据中心SoC平台之后，今年9月英特尔正式推出了第二代针对数据中心应用的22纳米凌动SoC产品，它就是我们今天要介绍的主角——Avoton。

英特尔数据中心及互联系统事业部副总裁兼云基础设施事业部总经理Jason Waxman（柯仁杰）先生

　　美国时间2013年7月22-23日，英特尔在旧金山San Francis Drake酒店召开了题为“重塑数据中心”——英特尔数据中心媒体日的主题大会。在会场上，柯仁杰展示了英特尔最新的凌动C2000系列产品，也就是刚刚我们提到的研发代号为Avoton的处理器。这款处理器基于64bit架构，最多为8核心，集成以太网功能。这也是我们第一次看到了Avoton的全貌，毫无疑问的是这款产品将承担起阻击ARM登陆数据中心应用的重任。

　　当然，Avoton只是我们对这一系列处理器的俗称，从归属来说，它的正确名称是Atom C2000系列处理器，这也是英特尔推出的第二款针对数据中心应用的、64位的、SoC平台。就好像圣斗士中的撒加和加隆、薛度和巴度一样，在C2000系列产品中除了Avoton之外，还有命名为Rangeley的兄弟产品。而且前两个圣斗士的例子已经证明，弟弟在战斗力上的确要比哥哥强一些。不过为了便于叙述，不要一次次总出现Avoton/Rangeley的名字，我们下面的文章中将其统称为Avoton，在涉及到Rangeley的时候会单独说明。

　　从英特尔的定位来说，Atom系列本身就具备了低功耗的优势，而这次Avoton的出现除了主要与ARM产品展开竞争之外，英特尔更其将其定义在冷数据的处理方面。相比上一代的S1200系列产品，Avoton提供了更好的性能和更高的能效比，同时在技术和应用方面都提供了创新。接下来，我们就一起走入Avoton的世界看一看。

　　在进行介绍之前，我们先要展示一些Avoton产品的照片。这些照片大部分来源于我们刚刚提到的那个大会，也从不同角度和生态系统展示了Avoton的存在方式。

Avoton处理器正反面

　　英特尔早在许多年前就抛弃了针脚设计，不过作为SoC产品来说，Avoton的触点与我们常见的至强系列还是有很大区别的。这是因为至强处理器采用的是LGA封装，Avoton采用的是BGA封装。

基于Avoton平台的双节点系统

基于Avoton平台的四节点系统

　　这是2个基于Avoton平台的系统，分别为双节点和四节点，当然我们现在看到的还只是工程样品。不过有意思的是，在双路系统中使用了2颗BMC管理芯片（当然也可以作为视频输出和iKVM使用），而在四节点系统中只使用了1颗。对此英特尔的解释是两种芯片的型号不同，虽然他们来自于同样的厂商ASPEED。听了这个解释我依然很糊涂——为什么不能采用同样的芯片以节省PCB板空间呢？呵呵，这只是工程样品而已，不能较真。

基于Avoton平台的服务器

　　在柯仁杰的演讲现场还展示了一台基于Avoton的服务器（集群？），很明显这是一台多节点的服务器。这种服务器目前被应用于英特尔的“天蝎计划”，这是英特尔与百度、阿里巴巴、腾讯等共同开展的计划，旨在为这些大型的互联网用户提供定制化的设备。

正在测试中的Avoton平台

　　最后两张照片是目前IT168正在测试的Avoton平台图，当然这款产品只是通过PC机的样式展示出来，实际上它还是一款嵌入式的产品。大家在图上看到的2个风扇并不是必需的，实际测试中没有它们也不会对性能和稳定性造成什么影响，因为Avoton的功耗还是非常低的。 

　　言归正传，按照惯例我们在公布测试数据之前还是要对新平台的架构和特性进行一番分析。作为Avoton平台来说，相比上一代的S1200系列（Centerton平台）有了明显的变化，通过下面的图片可以一目了然。

Avoton晶圆图

Avoton架构示意图

　　为了方便大家的观看，我们这里提供了一个架构的示意图。我们发现了以下升级之处：

　　更多的二级缓存：早在奔腾四的年代，我们就知道二级缓存对于处理器的性能提升有多么重要。这次，Avoton采用的是双核心共享1MB二级缓存的方式，而在之前的Centerton中是每一个核心具备512KB二级缓存。两者显然是不同的，并不是单纯的1+1=2的关系。

　　更高频率的内存支持：上一代的Centerton支持DDR3 1333内存，而且是单通道，最大通道数量为2条。在新一代的Avoton中，支持到更高频率的DDR3 1600内存，而且大多数产品为双通道。当然低端的Avoton也存在DDR3 1333和单通道的支持，这一点看起来和上一代相同。同时它们都能够支持超低电压版的内存。

　　更高的处理器主频：从图表上就能够证实我们刚刚说的内容。同时我们也发现，Avoton系列中的C2750和C255这两款产品的频率都高达2.4GHz，睿频之后可以达到2.6GHz。相比之下上一代的Atom S1260只有2GHz，也就是Avoton的频率提升是原来的20%。

　　这里我们不得不提及Avoton的影子弟弟——Rangeley。相比Avoton来说，Rangeley的规格更为强大，而且提供了QAT技术（Intel QuickAssist Technology），这种技术可以实现包括128位、192位和256位的AES（高级加密标准）、3EDS（三重DES算法）、DES（数据加密标准）和Kasumi。这个技术我们会在后面的文章中详细介绍。

　　更多的PCI-E通道：与上一代的产品对比，Avoton将通道数量翻了一番，我们看到大部分产品都支持16条PCI-E通道，而上一代的产品仅支持8条。

　　消失的超线程技术：通过这张图我们可以清楚的看到，在英特尔的布局中，上一代的Atom产品和最新的至强E3都提供了超线程技术（HT），但是在新一代的Avoton产品中并没有看到HT的字样。

　　功耗的看似提升：在微处理器中，对于功耗非常敏感。虽然这一代的Avoton最低也提供了最低6W的TDP，与上一代持平；但是我们看到Avoton最高TDP达到了20W，而上一代产品只有8.5W。这一方面是由于核心数量的增加，另一方面我们更应该侧重于能效比而不是单纯的功耗大小，毕竟这款平台还是需要一定的性能作为支持。在后面的文章中我们会有两代Atom产品的能耗比数据作为参考。

　　以上主要是汇总了Avoton产品的几大改进，下面的内容将会着重对这些改进进行介绍。我们不得不说Avoton的确是颠覆了原来产品的诸多理念，正如柯仁杰所说的那样——“Centerton芯片是一个好产品。但是与英特尔使用“Avoton”芯片给市场带来的功能相比，Centerton芯片什么都不是”。

　　刚刚我们分析了一些Avoton的新特性，我相信这对于大家理解下面的图片会产生帮助。

Avoton系统的“Silvermont”架构平台

　　Silvermont是Avoton的微架构名称，看到这张图的时候我们就会明白刚刚的示意图是多么的简单。这里我们可以清楚的看到，Silvermont架构提供了4个单元，其中T单元主要负责与处理器之间的通信，A单元负责的是IOSF通信，也就是英特尔片上系统结构(Intel On-Chip System Fabric)。B单元的职责与A单元类似，但是通信协议却是IDI（ Intel-developed interconnect ），这种技术是原来前端总线（FSB）技术的替代品，最早我们曾在Nehalem产品中看到过。以上这些部分叫做North Comples，我们可以理解为传统意义上的北桥。

　　有北就有南，那么在类似南桥的部分，主要是IOSF的区域。这里的IOSF分为高速和中速两个部分，其中高速的就是PCI-E控制器，包括了1条基于PCI-E 2.0的16速通道，它可以根据实际需要被拆分为1*16、2*8、1*8+2*4或者4*4等多种模式。为什么不是PCI-E 3.0呢？英特尔的解释是至少目前没有用户提出过这样的需求。

　　在中速区内，主要是一些外接的和网络设备，比如SATA接口、USB接口和网络接口等等。这里我们看到，Avoton提供了2个SATA 6Gbps和4个SATA 3Gbps接口，还有4个USB2.0接口。为什么没有USB3.0呢？请参看上一条对于PCI-E 3.0的解释。

　　等等，在刚才的介绍中貌似少了一部分内容，就是我们刚刚介绍过的QAT部分（Intel QuickAssist Technology），当然也是影子弟弟Rangeley才具备的特性。QuickAssist是什么呢？它是一个允许在IA架构里面无缝集成、使用第三方协处理器的一个硬件及软件架构。无缝集成是一个什么概念呢？

　　从硬件层面来讲，QuickAssist架构允许第三方处理器安装在Intel的处理器插槽上，比如我们熟悉的Xeon Phi或者NVIDIA Tesla（貌似在这里提到这个名字不是很合适）。通过制造成FPGA Accelerator Hardware modules（AHMs）的形式，第三方协处理器可以插入到Intel Xeon处理器上，通过FSB和芯片组通信，给这些第三方协处理器提供前所未有的巨大带宽（想想现在一些还插在PCI插槽上的处理器）。对于不需要CPU级别带宽的应用而言，还可以利用工业总线标准：PCI Express。

　　从软件层面来讲，QuickAssist通过提供一个Accelerator Abstraction Layer（AAL，加速器抽象层）来隔离各种物理实体，从而允许所有的软件都通过单一的界面来访问各种各样的加速技术。事实上，由于AAL如此强大，这些第三方的协处理器就可以像IA处理器一样编程对待。它们其实就系统的Intel处理器共享着虚拟内存。AAL解决了内存共享、原子事务操作、同步等方面的问题。

　　由于篇幅的关系我们不可能将Avoton/Rangeley架构逐一展开细说，但是其诸多特性还是大家不得不知道的。所以我们在上表中贴出了大多可能的特性，比如新增加的VT-X2虚拟化支持和IO相关的内容。下面我们将来看看这款送测到IT168的Avoton架构新品。

　　在文章的第二页我们曾提到有一款基于Avoton架构的平台送测，也提供了一些样机的照片。现在我们就要看看这台样机的真实表现。不过作为一个新平台来说，我们首先应该看看它的BIOS设计是怎样的。

系统对于CPU型号显示有误，但是可以看到主频为2.4GHz，系统内存为16GB

启动项设定
PCI相关调节选项

网络相关选项


北桥相关信息设定

南桥相关信息设定

磁盘相关信息，可以看到对于SATA3的支持

PCI-E相关设定

　　虽然Avoton产品已经正式发布，不过我们拿到的依然是基于Avoton平台的测试样机。这就造成了我们这里看到的BIOS版本比较怪异，而且可修改的选项较少。有网友表示这款BIOS的运行不是很稳定，但至少从我们近10天的测试周期来看还没有发现什么问题。

　　送测平台采用的是CentOS 6.3系统，这是一款基于Linux的操作系统，也是RedHat的企业级版本之一。对于Linux，我们原来的测试软件几乎全部无效，这也是一件非常让我们郁闷的事情。出于保守起见，我们测试了Avoton的IO吞吐能力，聊胜于无。

　　测试之前先介绍一下IOzone——IOzone 是一款文件系统基准测试套件，可以测试不同的操作系统中文件系统的读写性能。IOzone已经被移植到许多操作系统平台下运行，它能对供应商的计算机平台的文件系统的性能进行分析。

IOzone测试程序进行中（请大家自觉无视右上角）

　　这次的IOzone测试我们进行了常规测试和50线程并行测试，主要考察Avoton平台的数据吞吐能力。因为在英特尔的定义中，Avoton平台主要面向的是冷数据存储，因此这部分能力就显得非常重要了。不过需要说明的是，送测机型采用的是普通的SATA硬盘，并非是流行的SSD，出于稳定考虑我们也没有更换硬盘。

　　这里首先要说明的是，这个测试中的单位是KB，所以大家看的时候要将小数点提前三位，也就是说测试成绩都在100MB/s以内。从结果来看，Avoton平台的数据处理能力还不错，因为使用SATA磁盘的关系，在50线程的情况下多数成绩都是略有下降，不过下降的区间不大。读写速度大约在70-80MB/s左右，符合SATA磁盘的速度特性。如果相比我们之前测试的那些非X86平台SoC来说，在成绩上可谓是大幅度领先了。 

　　另外一点需要说明的是，我们已经在Avoton平台中成功安装了微软Windows操作系统，但由于时间的关系目前还没有开始正式的测试。在这次测试之后我们将转移到大家更熟悉的Windows平台，相信会有更多的BenchMark应用软件和更丰富的信息分享给大家。

　　在之前参加旧金山“重塑数据中心”大会的时候，笔者在现场看到了Avoton平台网络性能的演示。这个演示基于SPECweb2009进行，主要考察的是在动态网页情况下的平台处理能力。

测试平台的示意图演示，通过许多客户端为被测产品提供压力
现场展示的测试平台

哦买糕的，它又是以PC机的形式出现的

　　在测试现场，通过6台服务器所产生的虚拟机作为客户端，为Avoton平台提供测试的压力，测试其在网络吞吐量方面的能力。

　　这个就是测试结果了，从这个成绩来看还是相当不错的，甚至一度接近了至强E3产品的水平，这当然得益于Avoton平台的千兆网络支持。相比上一代产品，我们看到最终的性能得分提升了7.2倍，这个幅度真的不算小了。

　　要知道，想测试一款平台的功耗是比较难的，即便是对于SoC这样的平台来说，因为外部的硬盘、显卡（很抱歉Avoton还不能支持内置显卡）、风扇（虽然我们觉得这个平台可以省略了）甚至是电源的转换效率都对功耗测试提出了更高的要求。所以在下面的内容中，我们还是借助官方提供的数据作为参考。

　　在能耗方面，英特尔官方对于Avoton信心满满，也按照不同的处理器对于市场进行了细分。主流市场自然是最新发布的IvyBridge-EP作为主打，而在低功耗市场则是Avoton的天下。

　　这张图对比的是两代Atom平台，分别是Avoton和Centerton平台。其中实线代表了处理器加内存的吞吐量，也就是性能那个，虚线代表了能耗比。从图上我们可以清楚的看到，Centerton的线段很短，而Avoton几乎占据了表格的全部；而在能效比方面，很明显随着性能的提升能效比也在不断的加强，越来越出色。

　　回到我们刚刚在讨论新特性时所谈到的那个话题——我们依然认为能效比才反映了问题的关键，单纯的功耗或TDP不足以说明平台的优劣。通过上面的测试我们可以看到，Avoton在性能上的提升大约为上一代产品的6.5倍，但功耗提升却只有3.8倍，这样计算下来Avoton的能耗比依然比上一代产品更为优秀。

　　请原谅我以这个题目作为本文的主题，但我的确觉得这个名字非常适合现在的英特尔。面对来势汹汹的数据中心低功耗挑战，英特尔这个传统的“自留地”已经遭遇了前所未有的威胁。或许对于英特尔来说，这样的威胁并没有当年UNIX与X86的竞争那样可怕，毕竟现在所有的人都认为ARM不可能成为数据中心的主流，而10-15%的市场占有率预测则是最乐观的估计。

Avoton设计晶圆

　　但同与UNIX竞争时初出茅庐的区别在于，英特尔已经成为了市场特别是数据中心市场的巨头，成为了一个“输不起”的巨人。不过同样与当年不同的是，英特尔面对的是来自ARM合作伙伴的“群殴”，这其中不仅仅有老对手AMD，还有已经在国内成功商业化的Mavell和惠普登月服务器的合作伙伴Calxeda等众多ARM的同盟者。庆幸的是，英特尔挑选了一个对的时机，打了一个漂亮的时间差——率先推出了64位的SoC低功耗平台，相比之下ARM的64位产品恐怕要在明年才会正式量产。

　　Avoton平台作为第二代的64位SoC产品，无疑是英特尔在低功耗市场中最重要的一把武器。这款产品从规格到性能再到功耗都有了翻天覆地的变化，更先进的22nm工艺使得英特尔可以在同样的空间内提供更多的核心，这带来的性能上的提升；微架构的变化则改变了处理器本身的运行机制，使其在性能和功能上进一步加强；虽然这些带来了一些能耗上的提升，但是与性能的大幅度飞跃相比TDP的提升则被相应的缩小，甚至我们在衡量能耗比的时候还发现Avoton平台的巨大进步。

　　最重要的不仅仅是产品本身，更在于它所处的位置和环境——X86平台经过多年的发展已经形成了良好的生态圈，周边的软件和解决方案都相当成熟，相比ARM来说这才是英特尔最大的优势。大家都能看到，在Avoton平台发布之后，ARM已经在产品上处于下风，虽然在气势上ARM服务器依然是大家津津乐道的话题，但实际上它却已经被对手掐住了脖子。我们甚至乐观的估计，凭借着英特尔在芯片行业的巨大影响力和营销能力，凭借着Avoton这样出色的产品，可以迅速在短时间内发展一大批用户和联盟成员，进而成功将ARM阻击在数据中心市场的登陆战中。

　　现在的唯一问题就是时间，ARM需要做的就是尽可能快的与小伙伴们一起拿出合适的产品，进而通过针对性的市场策略突破Avoton的防线。在低功耗数据中心，这场战争才刚刚开始。