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Intel Xeon Platinum 9200 als MCM-Design mit bis zu 56 Kernen

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intel-xeon-platinumUm im HPC-Bereich die zunehmende Konkurrenz im Zaum zu halten, präsentiert Intel mit den Cascade-Lake-Xeons auch eine Multi-Chip-Variante, die als 9200-Serie eingeführt wird. AMD wird mit den EPYC-Prozessoren der 2. Generation bis zu 64 Kerne bieten und die Plattform als solches kann zudem ein Octa-Channel-Speicherinterface sowie 128 PCI-Express-Lanes bieten. Diese Punkte möchte Intel mit den Xeon Platinum 9200 adressieren.

Da das aktuelle Design aber auf bis zu 28 Kerne pro Die ausgelegt ist, muss sich Intel einen Trick einfallen lassen, um die Anzahl der Kerne und das Angebot an Speicherkanälen sowie PCI-Express-Lanes zu erweitern. Bereits offiziell bekannt war, dass es Cascade-Lake-Prozessoren mit 48 Kernen geben wird. Nun wissen wir, es werden sogar 56 Kerne sein, die mittels Multi-Chip-Module (MCM) unter einem Package zusammengefasst werden.

Mit den Xeon-Platinum-9200-Modellen möchte Intel dort das derzeit Mögliche anbieten, wo eine möglichst hohe Leistung pro Sockel und eine möglichst hohe Speicherbandbreite wichtig sind. Die vier zunächst verfügbaren Prozessoren hören auf die Namen Xeon Platinum 9282, 9242, 9222 sowie 9221 und besitzen 56, 48 und 32 Kerne bei unterschiedlichen Taktraten und Auslegung der Thermal Design Power.

Gegenüberstellung der Xeon-Scalable-Prozessoren der 2. Generation
Modell Kerne / Threads Basis- / TurboCacheTDP
Xeon Platinum 928256 / 112 2,6 / 3,8 GHz77 MB400 W
Xeon Platinum 924248 / 96 2,3 / 3,8 GHz71,5 MB350 W
Xeon Platinum 9222
32 / 64 2,3 / 3,7 GHz71,5 MB250 W
Xeon Platinum 922132 / 64 2,1 / 3,7 GHz71,5 MB250 W

Die Xeon-Platinum-9200-Prozessoren bestehen aus zwei Dies in einem BGA-Package. Eine LGA-Variante, sprich mit Sockel, wird es nicht geben. Zwischen jedem Die wird ein UPI-Interconnect mit 10,4 GTs hergestellt. In einem Dual-Sockel-System aus diesen Prozessoren werden vier UPI-Links verwendet, um die beiden Sockel bzw. Dies miteinander zu verbinden. In einem Dual-Sockel-System sind die Latenzen und Datenraten für Speicherzugriffe demnach immer gleich.

Außerdem bietet ein Prozessor mit zwei Dies insgesamt 12 Speicherkanäle – pro Die derer sechs. Die Speicherbandbreite liegt bei 407 GB/s für die 12 Kanäle bei einer Bestückung mit DDR4-2933. Für ein Dual-Sockel-System stehen zudem 80 PCI-Express-Lanes zur Verfügung. Intel verwendet für die Xeon-Platinum-9200-Prozessoren eine neue CPUID, sodass die Prozessoren von Seiten des Betriebssystems als eine CPU erkannt werden. Sie können aber auch als zwei NUMA-Knoten der Software gegenüber angeboten werden.

Damit holt Intel hinsichtlich der Anzahl der Kerne pro Sockel auf (56 vs. 64) und überholt AMD bei der Anzahl der Speicherkanäle (12 vs. 8). Dies alles hat aber sprichwörtlich seinen Preis. Die neuen Xeon Platinum 8180 kosten über 10.000 US-Dollar, entsprechend dürften die Xeon-Platinum-9200-Prozessoren noch einmal weit mehr kosten. Weiterhin die Nase vorne hat AMD bei der Anzahl der PCI-Express-Lanes, die zur Verfügung stehen.

Das BGA-Package eines Xeon-Platinum-9200-Prozessors besitzt 5.903 Kontakte. Zum Vergleich: Die aktuellen Xeon-Scalable-Prozessoren verwenden den LGA3647 mit eben 3.647 Kontakten und die zukünftigen Copper-Lake- und Ice-Lake-Prozessoren sollen in ihren Servervarianten auf den LGA4189 mit eben 4.189 Kontakten setzen.

Ein Großteil der 5.903 Kontakte eines Xeon-Platinum-9200-Prozessors dürften auf die Verbindung der Speicherkanäle sowie für die UPI-Links draufgehen. Außerdem muss Intel die Spannungsversorgung der zwei Dies sicherstellen. Dies geschieht über zwei dedizierte Power-Korridore, um eine sichere und stabile Versorgung gewährleisten zu können.

Die Kühlung der Xeon-Platinum-9200-Prozessoren dürfte ebenfalls eine große Herausforderung für die Serverhersteller sein. Während die 250 W der Einstiegsmodelle sicherlich noch recht einfach zu beherrschen sind, wird dies bei den 350 bzw. 400 W der beiden schnellsten Modelle schon etwas schwieriger. Die 400-W-Variante wird es nur wassergekühlt geben. Zur Kühlung verwendet Intel einen Heatspreader über den beiden Dies. Zwischen den Dies und dem Heatspreader kommt Wärmeleitpaste (Tim) zum Einsatz.

Die Anzahl der Kerne ist je nach Anwendung ebenso ein Indikator für die maximale Leistung wie die Anbindung des Speichers. Es gibt Anwendungen, die von vielen Kernen profitieren und solche, die eine hohe Speicherbandbreite benötigen. Im Falle der Xeon-Platinum-9200-Prozessoren muss man sich genauer anschauen, welches Modell nun das richtige ist, wenn es auf eine hohe Speicherbandbreite pro Kern ankommt.

Um die Skalierung der (dies kann kein Zufall sein) Xeon Scalable der 9200-Serie aufzuzeigen, vergleicht Intel den Xeon Platinum 9282 mit dem Xeon Platinum 8180 - halbiert also die Anzahl der Kerne und erreicht aufgrund des Taktunterschieds dennoch ein fast lineares, im Verhältnis der Anzahl der Kerne sogar überproportionales Ergebnis in einigen Benchmarks.

Natürlich strebt Intel auch einen Vergleich zu den aktuellen EPYC-Prozessoren von AMD an. Dabei nimmt man das derzeit verfügbare Spitzenmodell 7601 mit 32 Kernen in einem Dual-Sockel-System in unterschiedlichen Node-Konfigurationen zur Hand und vergleicht dies mit einem Dual-Sockel-System auf Basis eines Xeon Platinum 9242 mit jeweils 48 Kernen in der gleichen Node-Konfigurationen.

S9200WK-Server sind wasser- und luftgekühlt

Da die Xeon-Platinum-9200-Prozessoren nicht in gesockelter Form angeboten werden, hat Intel eine eigene Serverhardware entwickelt, die man über seine Partner anbieten wird. Es handelt sich dabei um wasser- oder luftgekühlte Server mit 2U- und 4U-Höheneinheiten.

Jeweils zwei Xeon-Platinum-9200-Prozessoren werden mit einer unterschiedlichen Anzahl an U.2-SSDs, M.2-Modulen und PCI-Express-Beschleunigern gekoppelt. Je nach Ausstattung kommen drei Netzteile mit jeweils 1.600 oder 2.100 W zum Einsatz. 2x 80-mm-Lüfter plus 3x 60-mm-Lüfter sorgen für eine ausreichende Frischluftversorgung. Je nachdem ob die Prozessoren wassergekühlt werden, kann die Lüfterkonfiguration auch anders gestaltet werden.

Angaben zur Verfügbarkeit oder den Preisen der Xeon-Platinum-9200-Prozessoren macht Intel nicht. Mit den dazugehörigen Servern hat Intel die Möglichkeit, hinsichtlich der Rechenleistung, auf engstem Raum weitere Alternativen zu bieten. Hinzu kommen Anwendungen, die besonders gut von einer hohen Speicherbandbreite profitieren. Die Xeon-Platinum-9200-Prozessoren sind aber auch aus technischer Sicht interessant und geben womöglich einen Ausblick auf das, was wir bei Intel in Zukunft häufiger sehen werden – flexible Multi-Chip-Designs und weitaus komplexere Konfigurationen.