美光與 AMD 聯(lián)手為客戶及數(shù)據(jù)中心平臺提供一流的用戶體驗。雙方在奧斯汀建立聯(lián)合服務(wù)器實驗室，以減少服務(wù)器內(nèi)存驗證時間，在產(chǎn)品驗證和發(fā)布期間共同進(jìn)行工作負(fù)載測試。

目前美光適用于數(shù)據(jù)中心的 DDR5 內(nèi)存和第四代 AMD EPYCTMTM (霄龍)處理器均已出貨，我們對其進(jìn)行了一些常見的高性能計算(HPC)工作負(fù)載基準(zhǔn)測試。

長期以來，超級計算機承擔(dān)著高性能計算工作負(fù)載。此類大規(guī)模的數(shù)據(jù)密集型工作負(fù)載需要運行 TB 級的數(shù)據(jù)量以進(jìn)行數(shù)百萬個并行操作，以解決人類世界的難題，如天氣和氣候預(yù)測;地震建模;化學(xué)、物理和生物分析等。

隨著計算機架構(gòu)的進(jìn)步，此類工作負(fù)載往往托管在超大型“可橫向擴展”的高性能服務(wù)器集群中。這些服務(wù)器集群需要集合最強大的算力、架構(gòu)、內(nèi)存和存儲基礎(chǔ)設(shè)施，以滿足關(guān)鍵工作負(fù)載對可擴展性、低延遲和高性能的需求。然而隨著服務(wù)器 CPU 的性能和吞吐量不斷增長，DDR4 無法提供足夠的內(nèi)存帶寬，來滿足不斷增長的高性能內(nèi)核。

為緩解這一瓶頸，美光 DDR5 內(nèi)存與采用了 Zen 4 服務(wù)器架構(gòu)的第四代 AMD EPYC 處理器強強聯(lián)合，使服務(wù)器 CPU 能夠更好地匹配內(nèi)存產(chǎn)品，滿足數(shù)據(jù)密集型工作負(fù)載對性能和效率的需求。美光 DDR5 內(nèi)存可幫助企業(yè)從本地和云端數(shù)據(jù)中更快獲取洞察。我們對最新的 AMD Zen 4 96 核 CPU 和美光 DDR5 進(jìn)行了行業(yè)內(nèi)高性能計算工作負(fù)載基準(zhǔn)測試，所有結(jié)果均顯示性能提升了兩倍。

美光 DDR5 搭配第四代 AMD EPYC 處理器

在 STREAM 測試中實現(xiàn)內(nèi)存帶寬翻倍

STREAM1 是常見的基準(zhǔn)測試工具，用于測量高性能計算機的內(nèi)存帶寬，可捕獲高性能計算系統(tǒng)的峰值內(nèi)存帶寬。

該工作負(fù)載使用的軟件堆棧

● Alma 9 Linux kernel 5.14

● STREAM.f，2021 年 11 月 29 日發(fā)布版本

測試設(shè)置

● DDR4 系統(tǒng)搭配第三代 64 核 3.7 GHz AMD EPYC 處理器;DDR4 3200 MHz 系統(tǒng)2的 RDIMM 內(nèi)存槽插滿，共 64GB

● DDR5 系統(tǒng)搭配第四代 96 核 3.7 GHz AMD EPYC 處理器;DDR5 4800 MHz 系統(tǒng)3的 RDIMM 內(nèi)存槽插滿，共 64GB

測試結(jié)果

● DDR5 系統(tǒng)每插槽內(nèi)存帶寬翻倍，達(dá)到 378 GB/s

● 該結(jié)果意味著客戶能運行更大規(guī)模的人工智能/機器學(xué)習(xí) (AI/ML) 項目，或利用 DDR5 增加的內(nèi)存帶寬進(jìn)行更多高性能計算。

美光 DDR5

助力天氣研究和預(yù)報 (WRF)4 速度提升2倍

此次測試使用的高性能計算工作負(fù)載代碼針對天氣和氣候。WRF 模型在一些支持高性能浮點處理、高內(nèi)存帶寬、低延遲網(wǎng)絡(luò)等傳統(tǒng)高性能計算架構(gòu)中表現(xiàn)良好，測試對象為橫向分辨率為 2.5 公里的美國大陸地區(qū) (CONUS)。

該工作負(fù)載使用的軟件堆棧

● Alma 9 Linux kernel 5.14

● WRF 2.3.5 & 4.3.3

● Open MPI v4.1.1

測試設(shè)置

● DDR4 系統(tǒng)搭配第三代 64 核 3.7 GHz AMD EPYC 處理器;DDR4 3200 MHz 系統(tǒng)2的 RDIMM 內(nèi)存槽插滿，共 64GB

● DDR5 系統(tǒng)搭配第四代 96 核 3.7 GHz AMD EPYC 處理器;DDR5 4800 MHz 系統(tǒng)3的 RDIMM 內(nèi)存槽插滿，共 64GB

測試結(jié)果

● 美光 DDR5 搭配第四代 AMD EPYC 處理器，可實現(xiàn) 1.3567 時間步/秒 VS DDR4 系統(tǒng)的 2.8533 時間步/秒

● 速度更快意味著可使用更大的數(shù)據(jù)庫或運行更多模型以進(jìn)行天氣預(yù)測，進(jìn)而改善預(yù)測的準(zhǔn)確度。

美光 DDR5

助力 OpenFOAM5 速度提升2倍

OpenFOAM 是一種計算流體動力學(xué) (CFD) 的開源高性能計算工作負(fù)載，廣泛應(yīng)用于多個行業(yè)，有助于縮短開發(fā)時間并降低成本。從消費類產(chǎn)品設(shè)計到航空航天設(shè)計，OpenFOAM 能夠模擬不同應(yīng)用中的物理互動，包括摩托車風(fēng)擋湍流。

在該模擬中，OpenFOAM 能夠計算摩托車和騎手周圍的穩(wěn)定氣流。OpenFOAM 能夠根據(jù)用戶指定的進(jìn)程數(shù)進(jìn)行負(fù)載均衡計算，以此將網(wǎng)格分解成多個部分并分配給不同的進(jìn)程求解。求解完成后，再將網(wǎng)格和解重新組合為單個域。

該工作負(fù)載使用的軟件堆棧

● OpenFOAM CFD 軟件?(版本8)，其中摩托車網(wǎng)格尺寸為：600 x 240 x 240

● Alma 9 Linux kernel 5.14

● Open MPI v4.1.1

測試設(shè)置

● DDR4 系統(tǒng)搭配第三代 64 核 3.7 GHz AMD EPYC 處理器;DDR4 3200 MHz 系統(tǒng)2的 RDIMM 內(nèi)存槽插滿，共 64GB

● DDR5 系統(tǒng)搭配第四代 96 核 3.7 GHz AMD EPYC 處理器;DDR5 4800 MHz 系統(tǒng)3的 RDIMM 內(nèi)存槽插滿，共 64GB

測試結(jié)果

測試結(jié)果表明美光 DDR5 產(chǎn)品組合將 OpenFOAM 性能提高了 2.4 倍。OpenFOAM 為五大高性能計算軟件平臺之一，擁有大型開源社區(qū)。該軟件廣泛應(yīng)用于大學(xué)和研發(fā)中心，可利用高帶寬內(nèi)存和擁有密集內(nèi)核的高性能 CPU，實現(xiàn)高度的并行操作。

美光 DDR5

助力分子動力學(xué)6 速度提升2倍

CP2K 是一款開源量子化學(xué)工具，適用于許多應(yīng)用，包括固態(tài)生物系統(tǒng)模擬。CP2K 能夠為不同的建模方法提供通用的框架。此次測試對象為水 (H2O) 的密度泛函理論 (DFT)，模擬盒子中共包含 6,144 個原子(2,048 個水分子)。

該工作負(fù)載使用的軟件堆棧

● H2O-DFT-LS.NREP4 及 H2O-DFT-LS

● Alma 9 Linux kernel 5.14

測試設(shè)置

● DDR4 系統(tǒng)搭配第三代64 核 3.7 GHz AMD EPYC 處理器;DDR4 3200 MHz 系統(tǒng)2的 RDIMM 內(nèi)存槽插滿，共 64GB

● DDR5 系統(tǒng)搭配第四代 96 核 3.7 GHz AMD EPYC 處理器;DDR5 4800 MHz 系統(tǒng)3的 RDIMM 內(nèi)存槽插滿，共 64GB

測試結(jié)果

測試結(jié)果表明美光 DDR5 產(chǎn)品組合將分子動力學(xué)性能提高了 2.1 倍。隨著內(nèi)核數(shù)和內(nèi)存帶寬增加，此類工作負(fù)載的性能也顯著提升。

總結(jié)

目前我們只針對少量高性能計算工作負(fù)載進(jìn)行了測試，因此以上只是我們的初步成果。將高性能高帶寬內(nèi)存與最新的服務(wù)器處理器(如第四代 AMD EPYC 處理器)相結(jié)合，可為高性能計算客戶創(chuàng)造新的可能。我們期待更多企業(yè)數(shù)據(jù)中心和云服務(wù)商，能夠在新平臺上應(yīng)用美光 DDR5 產(chǎn)品，解鎖更高的性能與能效。

1 我們在 STREAM 基準(zhǔn)測試中配置了 25 億個向量的STREAM Benchmark——運行在一臺單 AMD CPU 系統(tǒng)上

2 AMD DDR4 系統(tǒng)為一臺 64 核 AMD EPYC 7763 處理器， DDR4-3200 MHz 的 RDIMM 內(nèi)存槽插滿，共 64GB

3 AMD DDR5 系統(tǒng)為一臺 96 核 AMD EPYC 9654 處理器， DDR5-4800 MHz 的 RDIMM 內(nèi)存槽插滿，共 64GB

4 橫向分辨率為 12.5 公里 CONUS 的 WRF 在 DDR4 系統(tǒng)上的運行時間為 929 秒，在 DDR5 系統(tǒng)上的運行時間為 287 秒(均包括存儲器的輸入/輸出時間)。該測試中 WRF 配置為 2.5 公里 CONUS，測試結(jié)果為 1.3567 時間步/ 秒， 相比之下 DDR4 的運行時間為 2.8533 時間步/秒。

5 針對 OpenFOAM，我們運行了三種變體：

5a：1004040 runtimes，DDR4 系統(tǒng)運行時間為 1,144 秒，DDR5 系統(tǒng)運行時間為 478 秒

5b：1084646 runtimes，DDR4 系統(tǒng)運行時間為 1,633 秒，DDR5 系統(tǒng)運行時間為 698 秒

5c：1305252 runtimes，DDR4 系統(tǒng)運行時間為 2,522秒，DDR5 系統(tǒng)運行時間為 1,091 秒

6 分子動力學(xué)工作負(fù)載在 DDR4 系統(tǒng)上的運行時間為 2,519 秒，在 DDR5 系統(tǒng)上的運行時間為 1,242 秒

本文作者

Krishna Yalamanchi

Krishna 擔(dān)任美光生態(tài)系統(tǒng)高級開發(fā)經(jīng)理，專注于研發(fā) DDR5 和 CXL 解決方案。他曾在英特爾 IT 部門任職，領(lǐng)導(dǎo) SAP HANA 的遷移工作，通過與SI、OEM 和云服務(wù)提供商共同搭建的合作伙伴生態(tài)系統(tǒng)，推出了用于 SAP 工作負(fù)載的第三代與第四代 Intel Xeon 處理器。

本文作者

Sudharshan Vazhkudai

Sudharshan S. Vazhkudai 博士擔(dān)任美光系統(tǒng)架構(gòu)和工作負(fù)載分析總監(jiān)。他領(lǐng)導(dǎo)一支位于奧斯汀和印度海得拉巴的團(tuán)隊，致力于研究內(nèi)存和存儲(DDR、CXL、HBM 和 NVME)產(chǎn)品中層次結(jié)構(gòu)的可組合性，并優(yōu)化與數(shù)據(jù)中心工作負(fù)載相關(guān)的系統(tǒng)架構(gòu)。

審核編輯：湯梓紅