【Intel第三代Xeon SP系列】終於導入10奈米製程，正式加入支援PCIe 4.0的行列

在伺服器平臺稱霸許久的英特爾（Intel），2017年之後面對重返市場的AMD，面臨不小的同業競爭壓力，不過，每次推出的新一代產品，仍有可觀之處。

因應廣泛市場需求，提供50款以上選擇，規格演進慢、求穩健經營

在2017年，Xeon Scalable處理器（Xeon SP）系列首度登場，英特爾推出了第一代產品（代號為Skylake）。在產品線的設置上，改成4種品牌與系列型號的對應：白金（8100系列）、金（6100系列與5100系列）、銀（4100系列）、銅（3100系列）。若就數量而言，英特爾提供51款處理器機型的選擇。

而在處理器平臺的規格上，第一代Xeon Scalable系列採14奈米製程，最多提供28顆核心，記憶體支援DDR4-2666、6個通道，單顆插槽支援1.5 TB記憶體，I/O部份支援48個PCIe 3.0通道。

接著是2019年4月登場的第二代Xeon Scalable（代號為Cascade Lake），最大的賣點是內建深度學習加速技術：DL Boost，搭配向量神經網路指令集（VNNI）；而在處理器平臺的規格上，最多可提供56顆核心，記憶體支援DDR4-2933、12個通道，單顆插槽可支援4.5 TB記憶體。

在產品線的設置上，英特爾總共發布了67款處理器機型，規模相當驚人。

第三代Xeon Scalable分兩批發布

在2020年6月，英特爾發表第三代Xeon Scalable（代號為Cooper Lake），主攻4路與8路伺服器，僅推出11款機型，最多可提供28顆核心，記憶體支援DDR4-3200、6個通道，單顆插槽可支援4.5 TB記憶體，繼續主打DL Boost加速特色，並整合Bfloat16支援。

到了2021年4月，英特爾發表另一批第三代Xeon Scalable（代號為Ice Lake），終於導入更先進的10奈米製程，支援PCIe 4.0介面，最多提供40顆核心，記憶體支援DDR4-3200、8個通道，單顆插槽支援6 TB記憶體，I/O則支援64個PCIe 4.0通道。就數量而言，英特爾總共發布57款處理器機型。

在運算效能上，Ice Lake的表現也亮眼許多，英特爾公布多項他們內部測試數據作為印證。在混合20種常用AI工作負載的狀態下，若以AMD今年推出的第三代EPYC 7763平臺為基準，英特爾最新的第三代Xeon Scalable可達1.5倍效能；若以AMD EPYC 7742處理器搭配Nvidia A100 GPU為基準，英特爾第三代Xeon Scalable可達到1.3倍效能。

這樣的成效展現讓人驚豔，令人訝異的是，英特爾打破多年慣例、展現新氣象！因為他們過往只與自家產品比較。

｜兩代Xeon SP處理器架構比較｜相較於第二代Xeon Scalable處理器（Cascade Lake），2021年4月發表的第三代Xeon Scalable（Ice Lake）同樣採用網狀互連架構，但最大差異在於處理器核心改用Sunny Cove微架構，以及整合PCIe 4.0控制器、配置4個記憶體控制器（每個控制器可處理2個通道），並且提供3個獨立運作的UPI連結。（圖片來源／英特爾）

大舉強化資料安全防護

Ice Lake另一個重點特色則是資安，主打軟體防護擴充指令集（SGX），以及加密加速（Crypto Acceleration）。

早在2013年，英特爾已在桌上型電腦、筆電、工作站等級處理器，陸續提供SGX的功能，然而，關於在伺服器級處理器內建SGX的態勢，卻一直不明朗，直到今年，英特爾發表第三代Xeon Scalable系列處理器，宣布內建SGX之後，這項機密運算技術才算正式入駐企業資料中心領域。

在伺服器的應用環境當中，SGX能帶來哪些好處？英特爾強調，可在系統內部保護敏感的程式碼與資料，將暴露在惡意軟體與駭客攻擊的層面減至最低。這項防護技術最主要供應的產品，是用於2路伺服器的處理器機型，當中將運用安全區（enclave）來隔離程式碼與資料，這裡能使用的容量最大可達到1TB，應可支援主流工作負載規模。

值得一提的是，英特爾也提到SGX能結合本次隨Ice Lake新增的兩個安全技術。一是全記憶體加密技術（TME），能夠針對實體的記憶體提供完全加密機制，強化資料與虛擬機器的保護，他們在2017年底曾對外揭露相關資訊，但可能直到這次Ice Lake發表才真正亮相。

另一個是平臺韌體快速復原技術（PFR），當中運用英特爾自家的FPGA技術，而能防護、偵測、修正韌體層面的問題，以達到NIST SP 800-193的要求。透過這項保護技術，能讓伺服器平臺韌體能在執行前，先經過驗證，並在執行過程當中進行監控與過濾，以防遭到有心人士操弄；韌體若發生問題，PFR可在幾分鐘內自動執行回復作業。

無論是SGX或TME，都跟資料加密的處理有關，而這也涉及Ice Lake處理器第二個主打的資安特色：關於加密處理的加速技術，會針對重要的加密演算法提供突破以往的效能，可因應日益普遍的各種大量使用加密處理的工作負載。

例如，每天處理數百萬筆交易的線上零售業者，就能善用Ice Lake處理器這項功能來提升客戶資料保護，而無需擔憂因此影響使用者得到回應的時間，或是大幅衝擊系統整體效能。

Ice Lake也增設新的加密加速功能，例如：向量型AES新指令集（Vector AES-NI）、向量無進位乘法（Vector CLMUL）、英特爾安全雜湊演算法延伸指令集（Intel SHA Extensions）、VPMADD52 指令集、RSA/DH加密協定、有限體新指令集（GFNI）。

除了相關的指令集，英特爾也在這一代Xeon處理器演算法執行方式上，提出兩種基於軟體的新加速作法：一是多重資料緩衝處理（Multi-Buffer），可同時處理多個資料緩衝，相較之下，傳統處理器的作法是循序處理每一個資料緩衝；另一是函式縫合（Function Stitching），將兩個演算法融合為單一最佳化演算法，以便盡可能地運用處理器的全部資源，以及提高資料吞吐量。

｜SGX正式進駐伺服器級處理器｜歷經多年的發展，英特爾終於在伺服器級處理器，內建軟體防護擴充指令集（SGX），而在最新推出的Ice Lake平臺當中，若是採用2路組態，對於安全區記憶體分頁快取（EPC）的使用，最大可設定到1 TB的空間。（圖片來源／英特爾）

多家雲端業者推執行個體，500大超級電腦有8座採用

Ice Lake發表後，目前有哪些案例？以公有雲而言，我們看到三家業者推出服務，例如，Oracle Cloud Infrastructure（OCI）在4月初宣布，推出2個執行個體，分別是VM.Optimized3.Flex與BM.Optimized3.36，各自針對運算密集型與高效能運算型工作負載；微軟Azure陸續於4月、6月宣布，推出3個系列的執行個體的預覽版本，分別是：適合通用型工作負載Dv5系列、適合記憶體密集型工作負載的Ev5系列，以及適合機密型工作負載的DCsv3系列；阿里雲於8月發表第7代ECS系列執行個體服務，包含：適合通用型工作負載的g7系列、適合運算密集型工作負載的c7系列，以及適合記憶體密集型工作負載的c7系列。

在高效能運算領域當中，我們可將全球500大超級電腦的處理器採用狀況，作為參考指標。以今年6月公布的排行榜來看，採用Ice Lake處理器的超級電腦有8座，其中一半是德國機構，表現最好的是韓國氣象廳的Maru，拿到第23名。