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Skylake vs. Cascade Lake: Auswirkungen der MDS-Mitigation

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intel-xeon-8280Kurz nach unserem Test zweier Xeon Platinum 8280 auf Basis der Cascade-Lake-Architektur erreichte Nutzer eines Intel-Prozessors eine Hiobsbotschaft: Mit dem Microarchitectural Data Sampling (MDS) wurden weitere Side-Channel-Attacken bekannt, die umgehend per Microcode- und Software-Update geschlossen werden sollten.

Während einige Hersteller wie Google und Apple sogar die Abschaltung von Hyper Threading für sicherheitsrelevante Anwendungen empfehlen, dürfte in den meisten Fällen das Update über den Microcode und die Schließung der Sicherheitslücke per Software ausreichend sein. Wie auch schon bei Spectre und Meltdown hat dies aber natürlich gewisse Auswirkungen auf die Leistung der Hardware. Wir haben uns daher einmal angeschaut, welche Auswirkungen die Updates auf die Leistung der Prozessoren haben.

Die beiden Xeon Platinum 8180 basieren auf der Skylake-Architektur. Diese sind von MDS betroffen und benötigen die entsprechende Updates. Die beiden Xeon Platinum 8280 basieren hingegen auf der Cascade-Lake-Architektur, die laut Intel bereits in Hardware abgesichert sind. Aus diesem Grund haben wir die beiden Xeon Platinum 8180 auch mit deaktiviertem Hyper-Threading getestet, um die Auswirkungen auf die Leistung in diesem Hinblick beurteilen zu können. Microsoft hat für Windows 10 bereits die Updates verteilt und der Linux-Kernel kann ebenfalls bereits abgesichert werden. 

Für die Tests haben wir folgende Hardware verwendet:

  • 2x Intel Xeon Platinum 8180 / 8280
  • Supermicro X11DAi-N
  • 384 GB SK Hynix HMA84GR7CJR4N
  • 2x Noctua NH-U12S DX-3647

Cinebench R20

Multi-Threaded

Punkte
Mehr ist besser

Compiling

Mozilla Firefox

Sekunden
Weniger ist besser

OSPRay und Open Image Denoise

Ray Tracing

Sekunden
Weniger ist besser

Y-Cruncher

Pi auf 500 Millionen Stellen

Sekunden
Weniger ist besser

Hadoop Datenbank-Leistung

k-Means Clusteranalyse

Zeit in Sekunden
Weniger ist besser

Stream Speicherbenchmark

Copy

GB/s
Mehr ist besser

Ausgangslage der Benchmarks ist bereits eine Situation, die durch Meltdown, Spectre und L1TF eine reduzierte Leistung aufgezeigt hat. Die Auswirkungen der MDS-Mitigation sehen je nach Anwendung auf den beiden Xeon Platinum 8280 nur geringe Auswirkungen auf die Leistung. Wir sprechen von einem Minus im Bereich von 1 %.

Für die beiden Xeon Platinum 8180 sieht dies schon ganz anders aus: Hier sehen wir durch die MDS-Mitigation ein Leistungsminus von ebenfalls nur 1 %, bis über 6 % und im schlimmsten Fall auch mal 15 %. Dies hängt stark von der jeweiligen Anwendung ab. Das Abschalten von Hyper-Threading hat natürlich den weitaus größten Einfluss. Da aber immer noch weitere Sicherheitslücken durch den Funktionsweise von HT erwartet werden, ist das Abschalten die einzig sichere Maßnahme weitere Lücken geschlossen zu halten.

Alleine über die letzten beiden Xeon-Prozessoren hinweg hat Intel die Auswirkungen der Mitigationen für Meltdown, Spectre, L1TF und MDS nur durch ein leichtes Taktplus auffangen können. Wirklich schneller geworden sind die Xeon-Scalable-Prozessoren der zweiten Generation einzig und alleine in speziellen Bereichen, in denen die Cascade-Lake-Architektur durch spezielle Befehlserweiterungen wie DL-Boost auftrumpfen kann.

Je nach Anwendung und verwendeter Hardware ist der Leistungseinbruch durch die MDS-Mitigation also nicht zu verachten und zeichnet kein rosiges Bild, wie es Intel derzeit gerne aufzeigen möchte. Man muss aber unterscheiden – von Anwendung zu Anwendung und von Hardware-Generation zu Hardware-Generation. Eines aber ist klar: Einmal mehr spielt die Situation um die Sicherheitslücken AMD in die Karten. Die EPYC-Prozessoren der zweiten Generation werden in wenigen Monaten auf den Markt kommen und den Analysen bei Phoronix zufolge verlieren die aktuellen EPYC-Prozessoren weit weniger an Leistung, als dies auf Seiten von Intel der Fall ist.

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Kommentare (9)

#1
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Woher kommt die Differenz zu den Ergebnissen von Phoenix?
Hat sich zwischen 6700k und Xeon 8280 doch so viel an der Hardware geändert?

Gibt es Ergebnisse eines aktuellen i7-9x00?

Im Mittel 16% klingen echt übel, die 6% hier bei den Xeon dürften aber auch immer noch der Mehrleistung einer Generation entsprechen...
Daher würden mich die "Einschläge" bei nem aktuellen i7 interessieren.
#2
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Dazu kann man noch anmerken, dass keiner der Intel-Chips bereits die Änderungen aufweist, die Intel im Stepping 13 der neunten Generation bereits hardwareseitig implementiert haben will.

Ein Nachtest unter dem Gesichtspunkt aber auch zwischen der aktuellen Zen-CPU währe noch wünschenswert.
#3
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Zitat drakrochma;26957003
Woher kommt die Differenz zu den Ergebnissen von Phoenix?
Hat sich zwischen 6700k und Xeon 8280 doch so viel an der Hardware geändert?

Gibt es Ergebnisse eines aktuellen i7-9x00?

Im Mittel 16% klingen echt übel, die 6% hier bei den Xeon dürften aber auch immer noch der Mehrleistung einer Generation entsprechen...
Daher würden mich die "Einschläge" bei nem aktuellen i7 interessieren.


Die Unterschiede in der Leistung sind extrem von der Anwendung abhängig. Ich habe den Test von Phoronix ebenfalls gesehen, aber da werden eben andere Anwendungen getestet.

Zitat Holzmann;26957097
Dazu kann man noch anmerken, dass keiner der Intel-Chips bereits die Änderungen aufweist, die Intel im Stepping 13 der neunten Generation bereits hardwareseitig implementiert haben will.

Ein Nachtest unter dem Gesichtspunkt aber auch zwischen der aktuellen Zen-CPU währe noch wünschenswert.


Die Xeons auf Basis von Cascade Lake haben bereits die Hardware-Fixes erhalten genau wie die Consumer-CPUs "Intel64 Family 6 Model 158 Stepping 13".
#4
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Danke für die Info, dann lag ich mal wieder daneben. ;)
#5
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@Don:
Danke für die Rückmeldung.
Sind bei Phoronix nur worst case gelistet oder hier eher intelnahe Fälle?
Ich will nix unterstellen, ich wüsste nur gerne was das wirkliche worst case ist.
Dass dort das Mittel schlimmer aussieht als hier der worst case irritiert mich eben etwas.
Daher würde mich interessieren was der schlimmste Fall sein könnte.

Kann man sagen, dass die patches in keinem Fall schlimmer sein können als htt zu deaktivieren?
#6
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Zitat drakrochma;26957392
Kann man sagen, dass die patches in keinem Fall schlimmer sein können als htt zu deaktivieren?


Das würde ich jedem Fall so sagen.
#7
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Zitat drakrochma;26957392
Daher würde mich interessieren was der schlimmste Fall sein könnte.


Wer soll denn das benennen können?

Die Patches versuchen Mittel und Wege zu finden, die Probleme zu umgehen. Das kostet Leistung. Das was dort gemacht wird, ist nicht selten einfach der denkbar ungünstigste Fall, wie man das konkrete Problem verhindern kann.
Wie viel Leistung, hängt schlicht von der Anwendung, dem was da genau gemacht werden soll und vor allem auch der Hardware ab.

Einfach ne Prozentzahl in den Raum werfen - ist hingegen wenig zielführend und vor allem absolut nichts sagend.

Übrigens, der Phoronix Test testet in der Basis den Stand vor den ersten Meltdown/Spectre Patches vs. den aktuell letzten Stand inkl. der MDS Thematiken.
Der Test von Don hier testet ausschließlich die MDS Mitigations auf Basis aktiver Meltdown/Spectre (und allen anderen dazwischen) Patches.
Ergo - zwei Themen die einfach so nicht vergleichbar sind und auch der Beleg, dass solche Prozentzahlen eigentlich ziemlich sinnfrei sind, weil eh nichts sagend.


PS: zum letzten, ne, nicht zwingend. SMT zu deaktivieren bedeutet nicht automatisch dass du überhaupt Leistung einbüßt. Softwareseitige Brechstangenlösungen zu aktivieren hingegen wird sogut wie immer Leistung kosten. Kurzum, wenn deine Anwendung von SMT nicht profitiert kannst du es einfach ausknipsen und es passiert exakt nichts. Die Softwarefixes werden hier und da aber Leistung kosten. Vor allem wenn die Lösung einfach mau ist. Wie bspw. das Flushen von Caches bei Kontextswitches oder ähnliches. Was das Problem nicht behebt, aber den Abgriff der Daten verhindert.
#8
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Kapitän zur See
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2 Antworten, 2 Meinungen.
Für mich ist Intel wohl fürs erste gestrichen.
Schade, da mein ryzen 1700 etwas spieletauglicherem weichen soll.
Dann gibt es eine Alternative weniger.
Es wäre aber super, wenn ihr eine Gegenüberstellung aller Patches bzw. der zu erwartenden Verluste für einen i7-9700k machen könntet für einige Spiele und Anwendungen.
#9
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Kapitänleutnant
Beiträge: 1588
Ich bin eigentlich Intel Fan, aber auch für mich ist Intel leider momentan keine Option mehr.
Kumpel stellt sein System jetzt auch von Intel auf AMD Ryzen TR um.
Ich hoffe Intel kommt bald mit den Fertigungen klar, am besten gehen sie direkt auf 7nm, nur ein Anbieter zu haben ist immer schlecht.
Am besten ist immer Konkurrenz. Für AMD wünsche ich mir das sie mehr Fuß im Notebook und Server Bereich fassen.
Im Consumer Bereich stehen sie ja schon gut da. :)
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