Sempre più aziende stanno decentralizzando le proprie risorse di calcolo per avvicinarle al punto di utilizzo. Questo processo, noto come edge computing, riduce la latenza di rete, evita i sovraccarichi e migliora le prestazioni delle applicazioni. Tuttavia, a seconda del caso d'uso e della posizione del dispositivo, i requisiti dei server edge nelle applicazioni OT sono più specifici e più elevati rispetto a quelli dell'hardware server IT in un data center cloud completamente climatizzato.
Pianificazione dell'affidabilità per la progettazione di server edge:
i sistemi installati su una linea di produzione industriale o all'aperto in assenza di climatizzazione devono essere più resistenti agli urti e alle vibrazioni e in grado di operare in intervalli di temperatura industriali. Quando i server edge vengono implementati nei settori medicale o della strumentazione di test e misurazione, la conformità alle direttive EMC/ERP può svolgere un ruolo significativo, mentre le infrastrutture critiche, come quelle relative alla fornitura di energia elettrica e acqua o ai settori dei trasporti e della viabilità, spesso richiedono ulteriori certificazioni specifiche di settore per la sicurezza funzionale, nonché una progettazione personalizzata per garantire il failover e la funzionalità in tempo reale.
Gli sviluppatori che desiderano progettare e implementare questi server OT a prova di futuro necessitano di processori server disponibili come SKU embedded con una disponibilità estesa di almeno cinque anni (o più) rispetto ai componenti IT standard. Ciò è dovuto al tempo aggiuntivo richiesto per lo sviluppo e la certificazione di questi sistemi personalizzati, poiché anche l'implementazione è in genere più lunga. I produttori di apparecchiature originali (OEM) sono restii a sostituire i componenti di sistema all'interno della stessa generazione di prodotto, poiché ciò richiederebbe di riavviare gli sforzi di sviluppo e certificazione. Anche la manutenzione risulta più complessa quando sono in uso più sistemi. Tuttavia, a parte questi requisiti, non vi è alcuna differenza significativa tra server OT e IT.
CPU integrate per applicazioni specifiche:
i data center edge necessitano di un'ampia gamma di interfacce I/O per connettere le GPGPU per l'intelligenza artificiale e l'apprendimento automatico tramite reti neurali, storage a stato solido veloce tramite NVMe e connettività di rete ad alta velocità. Il settore dello storage sta seguendo la stessa tendenza. Le soluzioni di storage software-defined vengono implementate per spostare i cluster di storage SAN e i relativi sistemi NAS connessi ai margini della rete, ad esempio, per supportare localmente applicazioni e dati critici e ridurre al minimo i tempi di inattività. Eseguendo come SAN virtuali su più macchine virtuali (VM), consentono soluzioni di storage personalizzate in grado di fornire sicurezza scalabile per dati e applicazioni in più posizioni fisiche. Tuttavia, ciò aumenta anche i requisiti di sicurezza.
La sicurezza integrata
è uno dei motivi per cui le applicazioni ad alte prestazioni e i sistemi server distribuiti ai margini del cloud richiedono funzionalità di sicurezza integrate nell'hardware, tra cui la possibilità di crittografare individualmente più macchine virtuali sul processore e sulla relativa RAM dedicata. La migrazione sicura di macchine virtuali e container tra sistemi distribuiti è un altro fattore sempre più importante nelle moderne infrastrutture di rete e di storage. Aggiungendo o espandendo un cluster vSAN, è possibile migrare in modo sicuro le macchine virtuali verso ulteriori posizioni fisiche senza interrompere i servizi in esecuzione.
Il passaggio tra la garanzia della sicurezza dei dati e la continuità dei servizi che li gestiscono ed elaborano deve essere fluido e, pertanto, adattarsi alle esigenze del cliente. Questo è uno dei motivi principali per cui gli integratori di sistemi richiedono componenti CPU disponibili a lungo termine e il più possibile compatibili con la progettazione di una gamma di processori, in modo che un singolo progetto possa soddisfare i requisiti di diverse classi di prestazioni e livelli di prezzo.
La microarchitettura Zen
risponde a queste esigenze con le famiglie di processori AMD Embedded EPYC. L'intera serie EPYC si basa sulla microarchitettura Zen, introdotta da AMD per la prima volta nel 2017. Grazie alla tecnologia dei transistor FinFET a basso consumo, offre prestazioni superiori per watt e dimensioni ridotte. Insieme alla microarchitettura Zen, AMD ha introdotto anche Infinity Fabric, che integra tutti i componenti su un singolo system-on-a-chip per ottenere una latenza inferiore e una larghezza di banda maggiore. Nello specifico, include i core della CPU, il controller di memoria, gli hub di I/O e di sistema (ad esempio, per PCIe ed Ethernet) e i core grafici. Tuttavia, i core grafici non sono presenti nei processori EPYC.
Figura 1: A differenza del design a quattro chip della serie EPYC 7001 (a sinistra) con un massimo di 32 core, i processori AMD EPYC 7002 (a destra) dispongono di un massimo di 64 core, suddivisi in 8 blocchi da 8 core ciascuno, con conseguenti prestazioni di calcolo superiori e una migliore gestione della cache.
Questa integrazione è disponibile non solo su un singolo die, ma anche su più die di CPU. Infinity Fabric controlla inoltre l'interconnessione tra le CPU che operano in configurazioni dual-socket. Questa interconnessione ad alta larghezza di banda, insieme all'architettura modulare della CPU, è alla base dell'elevata scalabilità di tutti i processori AMD con microarchitettura Zen.
La nuova microarchitettura Zen introduce anche i Core Complex (CCX) per raggruppare più core della CPU. Ogni core all'interno di un CCX ha lo stesso accesso a bassa latenza a 512 KB di cache L2 per core e 8 MB di cache L3 condivisa. Diversi CCX vengono quindi combinati in un Core Complex Die (CCD), o chiplet. Diversi di questi chiplet sono collegati tramite Infinity Fabric per formare il processore vero e proprio, che è progettato come un Multi-Chip Module (MCM).
I processori AMD EPYC Embedded a 32 core sono dotati di due chip complessi (CCD) con 4 CCX e 4 core ciascuno per package. I due CCD utilizzano Infinity Fabric per comunicare tra loro e per indirizzare la memoria e i controller PCIe.
EPYC Embedded 3000: Ultra-robusti e con disponibilità a lungo termine.
I processori AMD EPYC Embedded serie 3000 offrono fino a 16 core CPU con 32 thread in questa architettura, supportando fino a 1 TB di RAM DDR4-2666MHz su quattro canali di memoria. Sessantaquattro linee PCIe 3.0 offrono un'ampia connettività I/O. AMD offre sette varianti di modello con diversi numeri di core (4, 8, 12 o 16 core), frequenze di clock della CPU (da 2,1 a 3,0 GHz con boost massimo) e consumo energetico (da 30 a 100 watt TDP). Sono inoltre dotati di otto porte Ethernet da 10 Gb e 16 porte SATA. Tutte le varianti sono completamente compatibili a livello di pin e saldate sulle schede madri utilizzando la tecnologia BGA. Ciò si traduce in design estremamente robusti, che li rendono ideali per l'utilizzo in ambienti difficili. Possono persino essere utilizzati in un intervallo di temperatura esteso da -40 °C a 85 °C. Il fatto che i processori AMD siano offerti con una disponibilità a lungo termine fino a 10 anni li rende una piattaforma ideale per server edge compatti e altamente robusti, destinati ad applicazioni di telecomunicazioni e industriali. Pertanto, sono anche compatibili con una varietà di fattori di forma delle schede, tra cui µ-ITX, Mini-ITX e Server-on-Module COM-Express Type 7.
Figura 2: La virtualizzazione crittografata sicura (SEV) viene utilizzata per crittografare ogni macchina virtuale (VM) con una chiave AES-128 univoca nota solo al processore sicuro isolato a livello hardware. Questa tecnologia di sicurezza, introdotta originariamente nelle CPU Zen 1, consente la crittografia di oltre 500 macchine virtuali nelle più recenti generazioni EPYC Zen 2 e Zen 3.
AMD ha inoltre introdotto per la prima volta la tecnologia Secure Encryption Virtualization (SEV) sulle sue CPU EPYC Embedded 3000. SEV consente di crittografare le macchine virtuali a livello hardware e di isolarle dall'hypervisor. Un processore di sicurezza dedicato fornisce una chiave AES univoca a 128 bit per ogni macchina virtuale da proteggere. Questa chiave crittografa anche tutti i dati utente nella RAM della macchina virtuale (Secure Memory Encryption) per impedire che tali dati vengano letti dall'hypervisor.
famiglia di processori EPYC 7002,
basata sulla microarchitettura Zen 2, presenta un die I/O centrale che semplifica notevolmente la comunicazione con i CCD esterni rispetto alla prima generazione di processori EPYC. Poiché i CCD degli EPYC 7002 sono realizzati con un processo a 7 nm, offrono fino a 64 core. Mentre il design Zen 1 prevedeva quattro CCD, il numero di blocchi multi-core in Roma è aumentato a otto. Inoltre, la cache L3 integrata del processore è quadruplicata, passando da 64 MB in Zen 1 a un massimo di 256 MB oggi; la cache è anche distribuita in modo più efficiente tra i core. I fino a quattro core in un CCX ora condividono 16 MB di cache L3 anziché i precedenti 8 MB per CCX.
Il numero di linee PCIe sul die I/O rimane invariato, ma le 128 linee ora si connettono tramite PCIe di quarta generazione e le otto linee di memoria supportano fino a 4 TB di RAM DDR4 con una frequenza di clock più elevata, fino a 3200 MHz. Ciò si traduce in significativi miglioramenti delle prestazioni tra i processori AMD EPYC Embedded di prima e seconda generazione e in una scalabilità notevolmente maggiore per i carichi di lavoro che richiedono un elevato utilizzo della memoria.
Gli sviluppatori possono scegliere tra 19 modelli con specifiche diverse, che si differenziano per il numero di core (8, 12, 16, 24, 32 o 64 core) e la frequenza di clock. Quattordici delle 19 varianti (quelle senza il suffisso "P") possono funzionare anche come soluzioni dual-socket con un massimo di 128 core. Il TDP della famiglia AMD EPYC 7002 varia da 85 a 280 watt. AMD offre nove varianti di processore con una disponibilità a lungo termine di cinque anni. Ciò consente ai server edge embedded di accedere alle stesse prestazioni eccezionali che altrimenti si trovano solo nei data center tradizionali con cicli di aggiornamento più brevi.
Tabella: I potenti processori AMD Embedded EPYC 7002, con una disponibilità a lungo termine di 5 anni, sono disponibili in 9 varianti che vanno da 8 core a un massimo di 64 core con 128 thread.
AMD ha inoltre migliorato la sicurezza. Ad esempio, i processori AMD EPYC serie 7002 possono abilitare un modulo aggiuntivo per crittografare il registro che l'hypervisor alloca a una macchina virtuale. Questa funzionalità impedisce la divulgazione delle informazioni del registro della CPU ad altri componenti software, come l'hypervisor stesso. Ciò significa che, anche se l'hypervisor venisse compromesso, non potrebbe accedere al contenuto della memoria della macchina virtuale, poiché il GHCB (Global Hub Controller) interposto tra i due condivide il contenuto crittografato solo in risposta alle richieste. Questo offre un ulteriore livello di sicurezza per i sistemi embedded in ambienti edge.
Terza generazione di
CPU EPYC Embedded (Zen 3): Le nuove CPU AMD EYPC 7003 (nome di riferimento Milan) sono caratterizzate dalla nuova microarchitettura Zen 3, che utilizza anche la tecnologia di processo a 7 nm ad altissima efficienza energetica e mantiene il design di base con CCX, CCD e modulo multi-chip. Con un IPC superiore del 19% rispetto a Zen 2, i nuovi core Zen 3 possono eseguire più istruzioni per ciclo di clock, grazie anche a un maggior numero di core CPU per CCX: otto invece dei precedenti quattro. Questo raddoppia la cache L3 disponibile sul CCX, aumentandola da 16 MB (Zen 2) a 32 MB. Allo stesso tempo, AMD ha overcloccato l'Infinity Fabric a 1600 MHz. Ciò consente la connessione sincrona della memoria DDR4-3200 MHz più veloce, con conseguente riduzione della latenza.
AMD ha inoltre migliorato le funzionalità di sicurezza con la paginazione nidificata sicura. Questa funzionalità consente ai processori di isolare e proteggere crittograficamente più di 500 macchine virtuali per server, soprattutto ora che è disponibile anche la potenza di calcolo necessaria. Ciò risponde alle crescenti esigenze di sicurezza ai margini della rete e nelle soluzioni embedded.
Tabella: Questa panoramica in formato tabellare confronta diverse serie di processori AMD EPYC, evidenziando differenze e similitudini a livello hardware.
Figura 1: A differenza del design a quattro chip della serie EPYC 7001 (a sinistra) con un massimo di 32 core, i processori AMD EPYC 7002 (a destra) dispongono di un massimo di 64 core, suddivisi in 8 blocchi da 8 core ciascuno, con conseguenti prestazioni di calcolo superiori e una migliore gestione della cache.
