BIOS-характеристики для НРС на базе процессоров Intel Cascade Lake
Denne artikel gælder for
Denne artikel gælder ikke for
Denne artikel er ikke knyttet til et bestemt produkt.
Det er ikke alle produktversioner, der er identificeret i denne artikel.
Symptomer
Статья написана Варуном Бава, Савитой Париком и Ашишем К. Сингхом из лаборатории HPC and AI Innovation Lab в апреле 2019 г
Løsning
В связи с выпуском процессоров семейства Intel Xeon® Scalable второго поколения (архитектура под кодовым названием Cascade Lake) компания Dell EMC обновила серверы PowerEdge 14-го поколения, чтобы получить преимущества от увеличенного числа ядер и более высокой скорости памяти, что положительно сказывается на приложениях HPC.
В этом блоге представлен первый набор результатов и обсуждается влияние различных параметров настройки BIOS, доступных на сервере Dell EMC PowerEdge C6420 с новейшими процессорами Intel Xeon® Cascade Lake для некоторых эталонных тестов и приложений HPC. Ниже приведено краткое описание процессора Cascade Lake, параметров BIOS и приложений HPC, используемых в данном исследовании.
Cascade Lake является преемником Skylake от Intel. Процессор Cascade Lake поддерживает до 28 ядер, шесть каналов памяти DDR4 со скоростью до 2933 МТ/с. Как и Skylake, Cascade Lake поддерживает дополнительные возможности векторизации с набором инструкций AVX512, обеспечивающим 32 DP FLOP за цикл. Cascade Lake представляет инструкции векторной нейронной сети (VNNI), которые ускоряют выполнение рабочих нагрузок искусственного интеллекта и глубинного обучения, таких как классификация изображений, распознавание речи, языковой перевод, обнаружение объектов и многое другое. VNNI также поддерживает 8-разрядные инструкции для ускорения выполнения логических выводов.
Cascade Lake включает в себя аппаратные средства защиты от некоторых уязвимостей сторонних каналов. Ожидается, что это может повысить производительность рабочих нагрузок хранения данных. Узнайте о будущих исследованиях от Innovation Lab.
Поскольку процессоры Skylake и Cascade Lake совместимы с разъемами, ручки настройки процессора в BIOS этих поколений одинаковы. В этом исследовании были изучены следующие варианты настройки BIOS, аналогичные работе, опубликованной ранее на Skylake.
ОС — производительностьPerWattOS 
DAPC — производительностьPerWattDAPC
Sub-NUMA Объединение в кластер: SNC = 0 (SNC = отключено): SNC = 1(SNC = Включено: Отформатировано как полосатое в графиках)
SW – Программное устройство предвыборки: SW = 0 (SW = отключено) SW = 1 (SW = включено)
На рисунке 2 сравнивается результат HPL с размером проблемы = 90%, т.е. N=144476 для различных вариантов BIOS. На графике показаны абсолютные гигафлопсы, полученные при использовании HPL в различных конфигурациях BIOS. Полученные гигафлопсы отображаются на оси y, чем выше, тем лучше.
Ниже приведены наблюдения из графика:
На рис. 3 приведено сравнение результатов STREAM в различных конфигурациях BIOS.
На графике показана пропускная способность памяти в гигабайтах в секунду, полученная при выполнении STREAM Triad. Полученная пропускная способность памяти (Гбайт/с) отображается на оси Y. Чем выше показатель, тем лучше. Конфигурация BIOS, связанная с конкретными значениями гигабайт в секунду, отображается на оси x.
Ниже приведены наблюдения из графика:
На рисунке 4 показана оценка пропускной способности памяти триады потоков в такой конфигурации. Пропускная способность полной системной памяти ~220 ГБ/с. Когда 20 ядер локального сокета обращаются к локальной памяти, пропускная способность памяти составляет ~ 109 ГБ/с, что составляет половину полной пропускной способности системы. Половина этой пропускной способности, ~56 Гбайт/с, — это пропускная способность памяти 10 потоков на одном узле NUMA, обращающихся к локальной памяти, и на одном узле NUMA, принадлежащих другому узлу NUMA в том же сокете. Пропускная способность памяти снижается на 42% до ~33 ГБ/с, когда потоки обращаются к удаленной памяти по каналу QPI на удаленном сокете. Это говорит о том, что в режиме SNC, когда данные не являются локальными, пропускная способность значительно снижается.
На рисунке 5 сравнивается результат WRF для различных вариантов BIOS, используется набор данных conus2.5km с файлом по умолчанию "namelist.input".
На графике показан абсолютный средний временной шаг в секундах, полученный при выполнении набора данных WRF-conus2.5km в различных конфигурациях BIOS. Полученный средний временной шаг построен на оси y, чем меньше, тем лучше. Относительные профили, связанные с конкретными значениями среднего временного шага, строятся на оси x.
Ниже приведены наблюдения из графика:
На рисунках с 6 по 9 показан рейтинг решателя, полученный при работе Fluent- с набором данных Ice_2m, Combustor_12m, Aircraft_Wing_14m и Exhaust_System_33m соответственно. Полученный рейтинг решателя отображается на оси y, чем выше, тем лучше. Относительные профили, связанные с конкретными значениями среднего времени, строятся на оси x.
Ниже приведены общие наблюдения из приведенных выше графиков:
В данном исследовании не рассматривается функция RAS памяти под названием Adaptive Double DRAM Device Correction (ADDDC), доступная в случае, если в системе конфигурация памяти с 4 модулями DRAM (DIMM емкостью 32 Гбайт, 64 Гбайт). Функция ADDDC недоступна, если в системе установлены модули DIMM на базе x8 (8 Гбайт, 16 Гбайт), и не имеет значения в этих конфигурациях. Для рабочих нагрузок HPC рекомендуется отключить ADDDC, если это возможно в качестве настраиваемого параметра.
В этом блоге представлен первый набор результатов и обсуждается влияние различных параметров настройки BIOS, доступных на сервере Dell EMC PowerEdge C6420 с новейшими процессорами Intel Xeon® Cascade Lake для некоторых эталонных тестов и приложений HPC. Ниже приведено краткое описание процессора Cascade Lake, параметров BIOS и приложений HPC, используемых в данном исследовании.
Cascade Lake является преемником Skylake от Intel. Процессор Cascade Lake поддерживает до 28 ядер, шесть каналов памяти DDR4 со скоростью до 2933 МТ/с. Как и Skylake, Cascade Lake поддерживает дополнительные возможности векторизации с набором инструкций AVX512, обеспечивающим 32 DP FLOP за цикл. Cascade Lake представляет инструкции векторной нейронной сети (VNNI), которые ускоряют выполнение рабочих нагрузок искусственного интеллекта и глубинного обучения, таких как классификация изображений, распознавание речи, языковой перевод, обнаружение объектов и многое другое. VNNI также поддерживает 8-разрядные инструкции для ускорения выполнения логических выводов.
Cascade Lake включает в себя аппаратные средства защиты от некоторых уязвимостей сторонних каналов. Ожидается, что это может повысить производительность рабочих нагрузок хранения данных. Узнайте о будущих исследованиях от Innovation Lab.
Поскольку процессоры Skylake и Cascade Lake совместимы с разъемами, ручки настройки процессора в BIOS этих поколений одинаковы. В этом исследовании были изучены следующие варианты настройки BIOS, аналогичные работе, опубликованной ранее на Skylake.
Параметры процессора
- Предвыборка смежных строк кэша: Механизм предварительной выборки смежных линий кэша допускает автоматическую аппаратную предвыборку, он работает без вмешательства программиста. Если этот параметр включен, он помещает две 64-байтные строки кэша в 128-байтный сектор независимо от того, была ли запрошена дополнительная строка кэша или нет.
- Аппаратное устройство предвыборки: Это позволяет избежать задержек, загружая данные в кэш до того, как они понадобятся. Пример. Для предварительной выборки данных из основной памяти в кэш L2 намного раньше использования с инструкцией предварительной выборки L2, а затем предварительной выборки данных из кэша L2 в кэш L1 непосредственно перед использованием с инструкцией предварительной выборки L1. В этом случае, когда установлено значение enabled, процессор будет предварительно выбирать дополнительную строку кэша для каждого запроса памяти.
- SNC (кластер Sub-Numa): Включение SNC аналогично разделению одного сокета на два домена NUMA, каждый из которых содержит половину физических ядер и половину памяти сокета. Если вам это знакомо, то она аналогична по полезности варианту Cluster-on-Die , который был доступен в процессорах Intel Xeon E5-2600 v3 и v4. SNC реализована иначе, чем COD, и эти изменения улучшают удаленный доступ к сокетам в Cascade Lake по сравнению с предыдущими поколениями, в которых использовался вариант Cluster-on-Die. На уровне операционной системы двухпроцессорный сервер с включенной SNC будет отображать четыре домена NUMA. Два домена будут находиться ближе друг к другу (на одном сокете), а два других — на большем расстоянии, через UPI до удаленного сокета. Это можно увидеть с помощью таких инструментов ОС: numactl –H и проиллюстрировано на рисунке 1.
Рис. 1. Макет узлов NUMA
Профили системы:
Системные профили — это мета-параметры, которые, в свою очередь, задают несколько параметров BIOS, ориентированных на управление производительностью и энергопотреблением, таких как режим Turbo, C1E, управление Pstate, частота Uncore и т. д. В данном исследовании сравниваются различные профили систем:- Производительность
- Производительностьна ваттDAPC
- Производительностьна WattOS
| Приложения | Домен | Версия | Ориентиром |
|---|---|---|---|
| Высокопроизводительный пакет Linpack (HPL) | Вычисления - Решение плотной системы линейных уравнений | От Intel MKL — 2019 Update 1 | Размер проблемы 90%, 92% и 94% от общего объема памяти |
| Поток | Пропускная способность памяти | 5.4 | Триады |
| WRF | Исследование и прогнозирование погоды | 3.9.1 | Конус 2,5 км |
| Свободное владение® ANSYS® | Гидродинамика | 19.2 | Ice_2m, Combustor_12m, Aircraft_wing_14m Exhaust_System_33m |
Таблица 1. Области применения и эталонные тесты
| Компоненты | Описание |
|---|---|
| Server | Сервер PowerEdge C6420 |
| Процессор | ® ЦП Intel Xeon® Gold 6230 @ 2.1 ГГц, 20 ядер |
| Модули | 192 Гбайт — 12 x 16 Гбайт памяти DDR4, 2933 млн транзакций в секунду |
| Операционная система | Red Hat Enterprise Linux 7.6 |
| Ядро | 3.10.0-957.el7.x86_64 |
| Компилятора | Кластер Intel Parallel Studio Edition_2019_Update_1 |
Таблица 2. Конфигурация сервера
Все результаты, показанные здесь, основаны на тестировании одного сервера; Производительность на уровне кластера будет зависеть от производительности одного сервера. Для сравнения производительности использовались следующие метрики:- Stream (Поток) — оценка триады в соответствии с эталонным тестом потока.
- HPL – GFLOP в секунду.
- Fluent — рейтинг решателя по данным Fluent.
- WRF – Средний шаг по времени, рассчитанный за последние 719 интервалов для конуса 2,5 км
Эталонные тесты и результаты применения
Аббревиатуры обозначений графиков:
Профили системы:
Perf — производительность ОС — производительностьPerWattOS DAPC — производительностьPerWattDAPCSub-NUMA Объединение в кластер: SNC = 0 (SNC = отключено): SNC = 1(SNC = Включено: Отформатировано как полосатое в графиках)
SW – Программное устройство предвыборки: SW = 0 (SW = отключено) SW = 1 (SW = включено)
Рис. 2. Высокопроизводительный пакет LinPack
На рисунке 2 сравнивается результат HPL с размером проблемы = 90%, т.е. N=144476 для различных вариантов BIOS. На графике показаны абсолютные гигафлопсы, полученные при использовании HPL в различных конфигурациях BIOS. Полученные гигафлопсы отображаются на оси y, чем выше, тем лучше.
Ниже приведены наблюдения из графика:
- Разница в производительности HPL менее 1% из-за предварительной выборки программного обеспечения.
- Нет существенного влияния SNC на производительность HPL (на 0,5% лучше при SNC=Disabled).
- Профиль производительности системы на 6% выше по сравнению с ОС и DAPC.
Рис. 3. Поток
На рис. 3 приведено сравнение результатов STREAM в различных конфигурациях BIOS.
На графике показана пропускная способность памяти в гигабайтах в секунду, полученная при выполнении STREAM Triad. Полученная пропускная способность памяти (Гбайт/с) отображается на оси Y. Чем выше показатель, тем лучше. Конфигурация BIOS, связанная с конкретными значениями гигабайт в секунду, отображается на оси x.
Ниже приведены наблюдения из графика:
- Пропускная способность памяти выше на 3% при включенной SNC=.
- Незначительное отклонение производительности из-за предварительной выборки программного обеспечения в полосе пропускания памяти STREAM.
- Отсутствие отклонений между профилями системы.
Рис. 4. Пропускная способность памяти — SNC
На рисунке 4 показана оценка пропускной способности памяти триады потоков в такой конфигурации. Пропускная способность полной системной памяти ~220 ГБ/с. Когда 20 ядер локального сокета обращаются к локальной памяти, пропускная способность памяти составляет ~ 109 ГБ/с, что составляет половину полной пропускной способности системы. Половина этой пропускной способности, ~56 Гбайт/с, — это пропускная способность памяти 10 потоков на одном узле NUMA, обращающихся к локальной памяти, и на одном узле NUMA, принадлежащих другому узлу NUMA в том же сокете. Пропускная способность памяти снижается на 42% до ~33 ГБ/с, когда потоки обращаются к удаленной памяти по каналу QPI на удаленном сокете. Это говорит о том, что в режиме SNC, когда данные не являются локальными, пропускная способность значительно снижается.
Рис. 5. WRF
На рисунке 5 сравнивается результат WRF для различных вариантов BIOS, используется набор данных conus2.5km с файлом по умолчанию "namelist.input".
На графике показан абсолютный средний временной шаг в секундах, полученный при выполнении набора данных WRF-conus2.5km в различных конфигурациях BIOS. Полученный средний временной шаг построен на оси y, чем меньше, тем лучше. Относительные профили, связанные с конкретными значениями среднего временного шага, строятся на оси x.
Ниже приведены наблюдения из графика:
- На 2% выше производительность при SNC=Enabled.
- Нет различий в производительности для включенной и отключенной предварительной выборки программного обеспечения.
- Профиль производительности на 1% лучше, чем профили PerformancePerWattDAPC
На рисунках с 6 по 9 показан рейтинг решателя, полученный при работе Fluent- с набором данных Ice_2m, Combustor_12m, Aircraft_Wing_14m и Exhaust_System_33m соответственно. Полученный рейтинг решателя отображается на оси y, чем выше, тем лучше. Относительные профили, связанные с конкретными значениями среднего времени, строятся на оси x.
Ниже приведены общие наблюдения из приведенных выше графиков:
- Повышение производительности на 4% при SNC=Enabled.
- Предварительная выборка программного обеспечения не влияет на производительность.
- Производительность выше на 2% при использовании профиля производительности по сравнению с профилями DAPC и ОС.
Заключение
В этом исследовании мы оценили влияние различных параметров настройки BIOS на производительность при использовании процессора Intel Xeon Gold 6230. Наблюдая за производительностью различных параметров BIOS в различных тестах и приложениях, можно сделать следующий вывод.- Предварительная выборка программного обеспечения не оказывает существенного влияния на производительность протестированных наборов данных. Таким образом, мы рекомендуем оставить программное устройство предвыборки по умолчанию, т.е. включенным
- При SNC=Включено повышение производительности на 2-4% в Fluent и Stream, примерно на 1% в WRF по сравнению с SNC = Отключено. Таким образом, мы рекомендуем включить SNC для достижения более высокой производительности.
- Профиль производительности на 2–4% лучше, чем у PerformancePerWattDAPC и PerformancePerWattOS. Поэтому мы рекомендуем использовать профиль производительности для HPC.
В данном исследовании не рассматривается функция RAS памяти под названием Adaptive Double DRAM Device Correction (ADDDC), доступная в случае, если в системе конфигурация памяти с 4 модулями DRAM (DIMM емкостью 32 Гбайт, 64 Гбайт). Функция ADDDC недоступна, если в системе установлены модули DIMM на базе x8 (8 Гбайт, 16 Гбайт), и не имеет значения в этих конфигурациях. Для рабочих нагрузок HPC рекомендуется отключить ADDDC, если это возможно в качестве настраиваемого параметра.
Berørte produkter
High Performance Computing Solution Resources, Poweredge C4140, Red Hat Enterprise Linux Version 7Artikelegenskaber
Artikelnummer: 000176921
Artikeltype: Solution
Senest ændret: 10 apr. 2021
Version: 4
Find svar på dine spørgsmål fra andre Dell-brugere
Supportservices
Kontrollér, om din enhed er dækket af supportservices.