Určitě jste zaznamenali, že procesory s architekturou ARM64 (nebo jejich open source bratříček RISC-V) se objevují v čím dál tím větším spektru použití a zařízení. Jsou naprostým standardem pro chytrá IoT zařízení a mobilní telefony, ale mají i variantu pro méně chytrá zařízení bez plnohodnotného OS (Cortex-M třeba v legendárních Raspberry Pi Pico RP2040 či STM32 zatímco třeba ESP32 používá RISC-V). U Mac počítačů je dnes ARM synonymem nejnovějších řad s výborným výkonem a nízkou spotřebou a i Windows po mnoha letech experimentování začínají na ARM také sázet. ARM64 má ale i varianty pro datová centra, cloud a dokonce i úplný high-end segment - High Performance Computing. Už se v Azure o ARM64 zajímáte? Pojďme si vyzkoušet.
Jaký ARM64
Ve světě ARM je velmi časté, že si velký výrobce připraví modifikované vlastní specifikace procesoru, ale ve finále vychází ze stejného designu jader. Přes různé názvy a odlišnosti v počtech jader či výrobním procesu dostáváme tyto varianty:
- Neoverse N1 (DC řada), například ve formě Azure v5 (Dpds_v5), AWS Graviton 2 (verze 1 byla Cortex A72), GCP T2A (Ampere Altra)
- Neoverse N2 (DC řada), například Azure v6 (Cobalt 100 aka Dpds_v6)
- Neoverse V1 (HPC řada), například AWS Graviton 3
- Neoverse V2 (HPC řada), například AWS Graviton 4 nebo GCP Axion (C4A)
Výkon
V první řadě je dobré vnímat zásadní odlišnosti v architektuře procesorů, takže se nedá říct, že pro všechny typy workloadů je jeden lepší nebo horší. Rozhodl jsem proto udělat jednoduchý test ve třech scénářích:
- NGINX - test webového serveru, vyžaduje dobrou vyváženost všech součástí
- Redis - hodně o výkonnosti mezi CPU a pamětí
- Stockfish (šachový engine) - hodně o výkonu CPU
Testoval jsem s použitím lokálního disku, aby storage nebyl limitující faktor. Výsledky jsou následující:
Infrastrukturu, skripty na testování a Python kód pro sestavení tabulky najdete na mém GitHubu
V testech jsem měřil aktuální generaci obecných mašin D v5 ve variantách ARM (N1), Intel a AMD. V těchto týdnech by měla nastupovat nová generace v6 kdy ARM varianta už je plně dostupná, ale Intel a AMD ještě ne. Jakmile budou dostupné, přitestuji ještě je, protože se dá očekávat zlepšení výkonu v řádu asi 15% a jejich pozice se tak zlepší. Nicméně - podstatné je vidět, že nárůst výkonu mezi N1 a N2 je opravdu zásadní a přitom cena zůstala prakticky stejná, podstatně nižší, než u Intel a AMD variant. Je to jednak obecně příznivější cenou ARM, ale i jeho efektivitou ve spotřebě. Výkon v každém testu jsem pak přeškáloval na score, kde 100 má nejhorší varianta (spolehlivě je to ARM Neoverse N1), takže vidíte procentuální nárůst proti ní. Pak jsem přeškáloval cenu (PAYG a 3y rezervaci ve Sweden Central), abychom dostali poměrné ceny za na výkon. Z toho dobře vylezlo pár závěrů:
- N1 vs. N2 je zásadní rozdíl ve výkonu běžně +50% a někde víc
- N2 je v těchto testech výkonější, než v5 Intel a AMD. To se určitě srovná s v6 generacemi těchto platforem, ale podstatná zpráva je - ARM vůbec neznamená, že nemáte výkon, spíše naopak!
- N2 má velmi příznivou cenu, takže při přeškálování ceny výkonem je aktuálně ze všech variant nejvýhodnější. Můj odhad je, že v6 Intel a ARM dorovná výkon, ale bude držet cenu, takže tipuji, že N2 zůstane králem poměru cena/výkon napříč šestou generací VM v Azure
Praktické dopady použití ARM procesorů
Tak především Windows Server pokud vím má podporu ARM pouze v preview, takže tam je to ještě nějaká cesta. Linux je v tomto směru plně připraven. Nicméně musíme počítat s tím, že zatímco Intel a AMD jsou kompatibilní, ARM je zásadně jiný a vyžaduje kompilaci přímo pro tento procesor. Pro klasické Linux aplikace “zakoupené v obchodě” nebo migraci z on-premises nebude ARM64 asi častou volbou a současně v platformách vyšší úrovně jako jsou Azure Container Apps se zatím nepoužívá, takže myslím, že ideálním využitím ARM64 je zákazník stavící vlastní aplikace v Azure Kubernetes Service. Určitě to ale znamená přidat ARM64 build do vaší CI/CD třeba v GitHub Actions a doporučuji vyrábět multi-arch image, tedy kompilovat pro AMD64 i ARM64 architektury, ať máte možnost v případě potřeby spustit aplikaci i na běžném serveru (například protože v daném regionu ARM ještě není nebo nemáte dostatečnou kvótu a tak podobně). Ekosystém je na to už velmi dobře připraven:
- Většina různých programovacích jazyků a knihoven podporuje ARM64
- Většina middleware nebo databází podporuje ARM64 (a to včetně Microsoft SQL)
- GitHub Actions mají hosted ARM64 runnery, což je výborné, protože můžete jet na plné rychlosti bez nějakých simulací typu QEMU
- AKS plně podporuje ARM64 nodepool
Samozřejmě přidaná složitost je nevýhodou. Proto doporučuji neodhadovat, ale pořádně si vaše aplikace nad ARM64 vyzkoušet. Stojí vám potenciálně lepší poměr ceny k výkonu za to? U předchozí generace jsem měl dojem, že moc ne, ale tohle už začíná vypadat velmi dobře. Když ještě vezmeme v potaz jisté potíže Intelu v ohni nejen konkurence AMD, ale právě i ARM, RISC-V (kde v mobilním světě už jasně prohrál a v noteboocích se mu to může stát brzo taky) a tlaku akcionářů po ukázkovém dilematu inovátora po té, co je hodnotou převálcovala kdysi malá až trapná NVIDIA, bych skoro čekal, že výhody ARM64 (výkon, cena, spotřeba) se v budoucnu ještě zvýrazní.