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Einsatzgebiete und Upgrade-Strategien für Intel Xeon E5 v4 und E7 v4

Die vierte Generation der Xeon-Chips E5 und E7 verspricht erneut einen Performance-Zuwachs. Aber für welche Workloads eignen sich die CPUs eigentlich?

In den meisten Enterprise-Servern kommen x86-Chips von Intel zum Einsatz, und Intel legt in regelmäßigen Abständen Updates seiner Prozessoren auf, um auf neue Anwendungsfälle, Systemarchitekturen oder Wettbewerber zu reagieren. Momentan bedeutet das vor allem, Prozessoren für Hyperscale-Clouds, Scale-up-Szenarien und geschäftskritische Enterprise-Workloads fit zu machen.

Intel hat vor kurzem die vierte Erneuerung seiner Xeon-Prozessoren E5 und E7 abgeschlossen. Während die neuen Intel-Chips Xeon E5 v4 und E7 v4 unterschiedliche Infrastrukturdesigns und Applikationen unterstützen, bleiben die architektonischen und funktionalen Unterschiede der beiden Prozessoren schwer zu unterscheiden.

Für die meisten Workloads dürften die größten Performance-Vorteile dabei aus kleineren, effizienteren Prozessoren stammen, durch die beim gleichen Platzbedarf sowohl mehr CPU-Kerne als auch mehr Cache verbaut werden können.

Xeon E5 v4: Speziell für die Cloud entwickelt

Die Familie der E5-Prozessoren wurde für Scale-out-, verteilte oder geclusterte Workloads entwickelt, wie sie beispielsweise bei Cloud-Services oder Big-Data-Technologien wie Hadoop zum Einsatz kommen. Während die 2er-Serie Ein- und Zwei-Sockel-Server adressiert, skaliert die 4er-Serie auf bis zu Fünf-Sockel-Systeme nach oben.

Da Unternehmen immer mehr Infrastruktur virtualisiert als Software bereitstellen, baut Intel entsprechend neue Versionen des E5 für Netzwerk- und Storage-Workloads, beispielsweise für Firewalls, Load Balancer oder NAS- und SAN-Server (Network attached Storage und Storage Area Network).

Für Compute-Server gibt es den E5 v4 in drei Größen:

  • Basic mit 6 bis 8 Kernen, 1,7 GHz und weder Tubo Boost noch Hyper-Threading,
  • Standard mit 8 bis 10 Kernen, 2,1 bis 2,4 GHz mit Turbo Boost und Hyper-Threading (2 Threads pro CPU-Kern) und
  • Advanced mit 12 bis 14 CPU-Kernen, 2,2 bis 2,6 GHz und ebenfalls Turbo Boost und Hyper-Threading.

Jeder Xeon-v4-Prozessor, egal ob E5 oder E7, verfügt zudem über 2,5 MB an geteiltem On-Chip-Cache pro Kern. In Intels Broadwell-Architektur wird der Cache nicht gleichmäßig zugeteilt, daher könnte ein bestimmter Kern mehr als die durchschnittlichen 2,5 MB nutzen, während der Cache automatisch je nach Anforderungen der Threads ausbalanciert wird.

Auch wenn die Xeon-E5-v4-Serie kompatibel mit den Sockeln der Haswell-basierten v3-Serie ist, bietet die v4-Serie neue Funktionen und Änderungen an der Mikrochip-Architektur, die pro Thread zu bis zu 20 Prozent an Performance-Verbesserungen führen können – gemessen an der Anzahl der ausgeführten Rechenzyklen. Die neuen Funktionen beinhalten zum Beispiel:

  • Cache-Zuweisung: Damit kann der On-Chip-, Last-Level-Cache auf einzelne Threads aufgeteilt werden, um Workloads priorisieren und konsolidieren zu können und Ressourcen zu partitionieren. Damit lässt sich die Performance virtueller Workloads bei Noisy Neighbours verbessern.
  • Bandbreiten-Monitoring für den Arbeitsspeicher: Für jeden Thread wird die Auslastung der Bandbreiten-Nutzung überwacht, um Konflikte und Flaschenhälse zu identifizieren und die Thread-Migration zu anderen Prozessoren zu ermöglichen.
  • Beschleunigung kryptographischer Prozesse: Damit kann die Geschwindigkeit mancher kryptografischer Algorythmen verdoppelt werden.

Xeon E7 v4: Ideal für Memory-fordernde Datenbanken

Auch wenn Xeon-E5-Systeme mit derzeit noch unveröffentlichten Memory-Produkten auf bis zu 1,5 TB an Arbeitsspeicher kommen sollen, reichen die typischerweise acht RAM-Sockel bei heutigen 32-GB-Modulen für maximal 512 GB Arbeitsspeicher.

Aktuell kommen die meisten Scale-out-Server im 1U- oder 2U-Formfaktor bei 128 bis 256 GB an ihre RAM-Grenze. Demgegenüber wurde der Xeon E7 v4 für 4- bis 8-Sockel-Systeme entworfen und kann fast alles an Arbeitsspeicherkapazität aufnehmen, was Administratoren bereit sind zu kaufen – bis zu 3 TB pro Sockel, also 24 TB für einen Server mit 8 Sockel. Wie auch der kleinere E5 v4 wird auch der E7 v4 in kleiner, mittlerer und großer Größe gefertigt und bietet dann von 8 Kernen mit 2,1 GHz ohne Turbo Boos bis hin zu 24 Kernen und 2,2 GHz Taktfrequenz mit Turbo Boost eine breite Palette möglicher Konfigurationen.

Der Xeon E7 v4 bietet dabei die gleichen neuen Funktionen und Verbesserungen an der Mikroarchitektur wie der Xeon E5 v4, enthält gegenüber dem E7 v3 aber eine verbesserte Cache- und Zugriffsgeschwindigkeit auf den Arbeitsspeicher. Gleichzeitig hat der E7 v4 aber auch zahlreiche Funktionen bei Sicherheit und Verfügbarkeit der dritten E7-Generation übernommen.

E5 v4 oder E7 v4: Wann ist welcher Prozessor besser?

Die E5-Produktfamilie gilt als Mainstream-Prozessor für die meisten Standard-Workloads. Der E5 eignet sich sowohl für die Server-Virtualisierung, für hyperkonvergente Appliances wie von Nutanix, VCE oder SimpliVity oder auch für Cloud-Stacks, egal ob im Rechenzentrum von Amazon oder Microsoft oder bei lokalen Bereitstellungen per OpenStack oder Azure Stack.

Betrachtet man die Kapazität eines jeden Systems, typischerweise 2 Sockel, 20 bis 32 Kerne und 128 bis 256 GB Arbeitsspeicher, richtet sich der Xeon E5 v4 vor allem an Unternehmen, die Rack-scale-Cluster für die Cloud oder ein Software-defined Data Center (SDDC) bereitstellen müssen.

Im Gegensatz dazu wurde der Xeon E7 v4 dafür entwickelt, große Datenmengen über ein einzelnes System zu verarbeiten. Der E7-Chip arbeitet daher am effizientesten in Umgebungen mit Enterprise-Software wie relationalen Datenbanken, mit denen sich dutzende Threads verarbeiten lassen, die immer verfügbar sein müssen und Terabytes an Arbeitsspeicher verwalten.

Typische Workloads wären hierbei Business Intelligence, transaktionale Rechenarbeiten, Real-Time-Analytics oder Applikationen vertikaler Branchen wie Logistik, Öl- und Gasindustrie oder Finanzdienstleister. Der E7 eignet sich aber genauso für Unternehmen, die lieber auf eine Mainframe-ähnliche Infrastruktur setzen und virtuelle Workloads auf so wenig Server wie möglich konsolidieren wollen.

Kurz-Tipps für Xeon E5 und E7:

Der Xeon E5 eignet sich vor allem für Scale-out-Clouds.

Der Xeon E7 dagegen richtet sich an monolithische Scale-up-Datenbankanwendungen.

Sobald die aktuelle Infrastruktur drei Generationen alt ist, sollte über ein Upgrade nachgedacht werden.

Server der letzten Generation sollte nicht aktualisiert werden – es sei denn, man hat tatsächlich zu viel Geld übrig oder CPU-beschränkte Workloads auf Systemen, bei denen der Prozessor problemlos getauscht werden kann.

Wann kommt ein Upgrade der vorhandenen Server in Frage?

Da sowohl der E5 v4 als auch der E7 v4 kompatibel zu den Sockeln der dritten Generation ist, können vorhandene Systeme mit eben jenen Xeon-Prozessoren der dritten Generation meist problemlos auf die neue Generation aktualisiert werden. Bedenkt man aber den Performance-Gewinn von 20 bis 40 Prozent für die meisten Workloads, dann sind die Ausgaben für das Ersetzen relativ neuer CPUs eigentlich kaum zu rechtfertigen.

Bei einer typischen Serverlebensdauer von drei bis fünf Jahren geben Intel-Benchmarks oft auch Aufschluss über Performance-Vergleiche bis hin zu den letzten drei Generationen. Über diesen langen Zeitraum fallen die Verbesserungen natürlich ungleich höher aus.

Der Xeon E5 v4 bietet eine in etwa 2,7 Mal so hohe Performance über verschiedenste Workloads hinweg wie der vergleichbare E5 der ersten Sandy-Bridge-Generation. Das gleiche gilt ähnlich auch für den E7 v4. Geht man hier drei Generationen zurück zur Nehalem-Architektur Westmere-EX (E7-4870), dann zeigen Intel-Benchmarks für den E7 v4 eine 2,8-fach höhere Geschwindigkeit bei OLTP-Workloads, gemessen nach TPC-E. Je älter die aktuell genutzten Prozessoren, umso sinnvoller ist daher auch ein Upgrade.

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Artikel wurde zuletzt im August 2016 aktualisiert

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