之前，我們在8月刊的《微型計算機》雜志上已經給大家介紹了英特爾至強可擴展處理器家族（Xeon Scalable Processor，簡稱Xeon SP）的總體情況。也有不少讀者詢問，英特爾在這一代Xeon SP處理器上變為Mesh架構是為什麼？Xeon SP劃分的四個檔次，究竟差别在哪裡，不同的應用該怎麼選？最近筆者再次與英特爾技術專家讨論了這個問題，得到了比較确切的答案。

英特爾至強可擴展處理器家族可以說是“十年磨一劍”的産品。在進行該系列産品研發之前，英特爾不但要考慮提升性能、安全性和可靠性，還要考慮目前并行化越來越流行的趨勢，需要設計出更有利于用戶擴展的産品。我們已經介紹過，基于Skylake架構的Xeon SP内部核心采用Mesh Architecture（網格架構，簡稱Mesh架構）布局，和以前的Ring Architecture（環狀架構）完全不同。這個架構的特點是，所有的核以及它的Cache緩存是通過一個環路連接在一起的。根據規格的不同，最早兩代可能是半個環，也可能是一個環。到了Xeon E5/E7 V3和V4版本的時候，直接就是采用雙環的結構。

标準的Xeon SP雙路平台組織架構圖

當然，對于Xeon SP來說，不同檔次的CPU定位仍舊是有很大差異的。從規格上來說，不同級别的Xeon SP當然差距也很大，核心數量、線程數量、頻率，從低到高逐漸增強，但這還不是全部。另一個差距在于内部的UPI總線數量和對節點控制器的支持。對于銅牌、銀牌處理器來說，它們隻有兩條UPI總線而且頻率稍低，金牌中的5系列處理器雖然也是兩條UPI總線，但頻率由9.6GT/s提升到10.4GT/s，而6系列和鉑金處理器則在此基礎上增加為3條UPI總線并且支持節點控制器，其中鉑金處理器單機正常就能支持8路平台，通過節點控制器能擴展到更多路。

事實上，Xeon SP現在所覆蓋的領域涵蓋了以前Xeon E5/E7的所有場景，以及以往Xeon E3在輕負載的企業服務器中的位置。現在英特爾Xeon産品線中仍然還有E3存在，用來滿足工作站層面的需求。

Xeon SP處理器的規格差異

那麼，Xeon SP的彈性擴展機制又是怎樣的呢？請看我們采訪的英特爾技術專家怎麼說。

MC：有的金牌Xeon SP處理器有3條UPI總線，有的隻有兩條，在組建多路平台時，他們的區别在哪裡？

英特爾技術專家：談到四路平台的至強處理器，Xeon SP 6系列和8系列處理器都是具備3根UPI連接的，所以它完全可以構建成全互通的結構。也就是說，在任何一個處理器之間隻要經過一個UPI連接就可以到達。比如說核心A需要訪問對面核心B的Cache時，直接通過UPI訪問過來就可以了。這是三個UPI做成的四路主機的特點。

事實上還有一個極端的方案，5系列金牌處理器不具備第三根中間的UPI，但是可以通過整個環來實現四路平台。如果你的應用numa優化（Non-Uniform Memory Access，非一緻存儲訪問架構）比較好，是能分清楚哪些是本地内存，哪些是已存内存。必要的情況下，可以不用遠程訪問。當然這個很難避免，我們實際運用中的應用程序很多是不具備numa的敏感度的，所以内存分配的時候就會出現差異，會出現很多遠程訪問内存情形的發生，那樣的話就會影響性能。

八路平台由于架構設計的特點，哪怕是三個UPI，到不相鄰的兩個處理器之間，都要經過兩跳才能夠到達，所以在八路主機上面，對于應用在numa架構上的優化尤為重要。這種應用通常都是一些很關鍵的核心應用數據庫，比如ERP系統、後台的數據庫系統等等。以常見的Oracle數據庫，SAP HANA這一類系統來說，重點都是都放在優化上面，因為它的特色就是需要多個核相互協作。在這個應用上通常都是為八路特别優化才會采用。

兩根或者三根UPI總線，是組建雙路、四路和八路平台的差異所在。在組建多路平台時，多顆處理器之間的高效率連接如圖所示。

這是更詳細的結構圖，傳統的環形結構為什麼擔心将來性能受限？所有的内存控制器都是挂在一個環上，其他的輔環上都是通過buffer來連通，如果我再加一個的話，這個機制會變得很複雜，所以就不是特别理想。我們把它分成一個個的網格以後，環路變成了雙向的，在水平方向有一個環路，垂直方向也有一個環路，從這個核要到這個核，會優先的在垂直環路上先找到最接近的水平環路，然後再跳過來。這個就很像是一個立交橋的概念，不再是一個單環裡面會出現沖突，完全可以通過避開這個方式來滿足整個通訊的溝通，保證它的延時性不會出現這個狀況。

MC：Xeon SP處理器的彈性擴展，是指雙路的處理器也能用在四路或者八路平台上嗎？

英特爾技術專家：相對于過去的E3、E5、E7常規分類的重點區别是：高端的處理器不再像過去E7一樣必須放在比如4路或者8路的主機上面才能用。現在鉑金級的8系列完全也可以放在一個雙路的主闆上面使用。對于某些客戶來講，他們并不需要多個節點的運算，但是需要處理器性能比較強勁，希望高端處理器能夠用在雙路主機上面，所以我們就做了這樣一個設置，上下打通，高端鉑金處理器可以放在八路平台、四路平台，也可以放在雙路平台。當然，反過來不可以，低端的處理器不可能放到八路上去，因為内部的結構有不同，向下是可以的。

MC：是否所有的Xeon SP都是6×6的結構？某些情況下環狀架構好像比Mesh架構更高效？環狀架構産品還會延續嗎？

英特爾技術專家：并不是所有的Xeon SP都是6×6的Mesh結構，6×6的結構總共有36個節點，上面會有PCIe控制器，會有兩個内存控制器Memory Controller，還有兩根UPI的通道，這裡有一個On-package的PCIe x16的模塊，去掉這些之後剩下剛好是28個核。有些型号4×6個Mesh，再有一些低端的型号是4×4 Mesh。至于将來會不會變成8×8結構，那完全也有可能，要看将來業務發展的需求。

更多的Mesh架構核心布局

另外，Mesh的确比較适合核多的情景下。核多的結構，在環上通訊的時候，有一個仲裁機制确實會帶來幹擾，但是在少核的情況下它還是有優勢的。這就是為什麼英特爾最早采用這個方式。英特爾一直用這個架構用了12年，就已經可以說明問題了。但用戶的需求是要更多的核，這樣可以提高集成度，比如在雲的環境下集成度高，所以綜合效率更高。這就是我們為什麼考慮進一步擴大核心數量。第二，當制程縮小以後，單芯片可以做更多的核心，所以增加核心數量，理論上從成本角度去考量是有優勢的。

對于需要核少但主頻高的場景，環狀總線能夠占一定優勢。

英特爾企業級處理器的未來四大類别産品。

近兩年來，移動互聯網的發展産生了海量的數據和全新的并行計算能力的需求，在這種情況下，處理器設計理念向并行化發展成為必然的趨勢。對于英特爾來說，之所以在現在選擇變化，一方面是因為環狀總線達到了一個極限，必須變化。另一方面，用戶對于彈性擴展的需求，以及英特爾希望集成更多自家技術到CPU中的想法，都進一步推動了這種變化的出現。但是，在提升Xeon處理器集成度的同時，英特爾仍然考慮到了普通用戶的需求，所以才會産生Xeon SP多達四個類别、五個序列編号的産品列表。未來的企業級市場，Xeon SP處理器的通用度會一定程度的提升（畢竟是向下而非向上兼容），相對于CPU方面的競争對手來說，英特爾仍舊優勢巨大。但在AI層面，面對競争，英特爾未來除了Xeon SP之外，其它産品也在蓄勢待發。