8 nuclee pentru aplicații complexe de calcul la marginea rețelei

Sarcinile privind aplicațiile încorporate (embedded) aflate la marginea rețelei devin din ce în ce mai complexe. Suportând până la 8 nuclee și 16 fire (threads) de execuție, procesoarele AMD Ryzen Embedded V2000 recent lansate deschid calea pentru proiectele embedded bazate pe x86, cu o densitate de calcul și performanță per watt fără precedent. congatec oferă noua generație de procesoare bazate pe Zen 2, care completează tehnologia procesoarelor V1000 cu versiuni cu 6- și 8- nuclee, pe module COM Express Compact.

Comparație între caracteristici: AMD Ryzen V2000 vs AMD Ryzen V1000

Pe măsură ce tendința spre mai multă conectivitate și digitalizare IIoT continuă, sistemele embedded trebuie să gestioneze un număr din ce în ce mai mare de sarcini. Printre sarcinile suplimentare se numără colectarea de date de aplicații care trebuie transcodate și, uneori, analizate la nivel local cu ajutorul inteligenței artificiale (AI). În paralel, datele trebuie să fie partajate cu cloud-urile de întreprindere ale clienților și cu alte aplicații OEM, iar această comunicare trebuie să fie extrem de sigură, deoarece noile modele de ‘plată la utilizare’ transformă dispozitivele, mașinile și sistemele într-o sursă de venituri OEM care trebuie protejată. În mod ideal, sistemele embedded sunt, prin urmare, monitorizate în mod constant pentru a preîntâmpina atacurile malițioase. Toate acestea necesită ca multe procese să ruleze în paralel, motiv pentru care fiecare nucleu suplimentar dintr-un sistem embedded este foarte binevenit, deoarece acestuia i se pot atribui apoi și sarcini dedicate cu ajutorul tehnologiei de hipervizor, cu capabilitate de timp real.

Ca o completare a tehnologiei procesoarelor V1000, noile procesoare AMD Ryzen Embedded V2000 stabilesc standarde complet noi, făcând posibilă pentru prima dată livrarea de module COM Express Type 6 cu procesoare cu 8 nuclee și 16 fire de execuție. Mai mult, TDP-ul (Thermal Design Power)) poate crește până la 54 de wați și poate scădea până la 10 wați. Acest lucru este esențial pentru multe sisteme embedded fără ventilator și, prin urmare, creează atât un salt imens de performanță, cât și capacități multitasking semnificativ mai mari. Cu noua serie AMD Embedded Ryzen V2000, utilizatorii beneficiază de o putere de procesare dublă per watt, de aproximativ 15% mai multe instrucțiuni pe ciclu (IPC) și de două ori mai multe nuclee în comparație cu generația anterioară.

Testele de referință arată unele creșteri semnificative ale performanței, Cinebench R15 nT înregistrând o creștere extraordinară a performanței cu 140%. Sursa AMD

Noua microarhitectură Zen 2 de 7 nm

Aceste creșteri semnificative de performanță față de procesoarele AMD Ryzen Embedded V1000 sunt posibile datorită noii arhitecturi de procesoare Zen 2, care este acum realizată în tehnologia de fabricație de 7 nm. AMD a păstrat multe inovații ale primei microarhitecturi Zen: de exemplu, CPU Core Complex (CCX) care combină până la 4 nuclee. În cadrul unui CCX, fiecare nucleu poate accesa memoria cache L2 și L3 partajată cu aceeași latență redusă. Totuși, în comparație cu seria anterioară V1000, AMD a dublat memoria, de la 2 MB la 4 MB pentru cache L2 și 8 MB per CCX pentru cache L3. În timp ce dimensiunea cache L1 nu a crescut, lățimea de bandă a fost dublată, de la 16 la 32 Kbytes – rată de transfer per ciclu de ceas. Lățimea de bandă în virgulă mobilă a fost, de asemenea, dublată de la 128 la 256 de biți, ceea ce accelerează semnificativ procesarea instrucțiunilor AVX2, de exemplu.

Unul dintre efectele acestui fapt este o creștere cu 15% a ratei IPC. În combinație cu tehnologia de fabricație mai mică, care a scăzut de la 14 la 7 nm, aceste modificări au dus la o performanță multi-thread de două ori mai mare pe watt și la o performanță single-thread cu până la 30% mai mare.

Performanțe de top

Procesoarele AMD Ryzen V2000 în comparație cu procesoarele Intel Core i7 din generația a 9-a și a 10-a. Sursa: AMD

AMD a folosit benchmark-uri renumite pentru a dovedi performanța procesoarelor AMD Ryzen Embedded V2000. Procesorul AMD Ryzen V2718 cu un TDP nominal de 15 wați, 8 nuclee și o frecvență de ceas de bază de 1,7 GHz a fost comparat cu procesorul Intel Core i7 10710U cu 6 nuclee și o frecvență de ceas de bază de 1,6 GHz și cu procesorul Intel Core i7 10510U cu patru nuclee și o frecvență de ceas nominală de 1,8 GHz. Ambele sunt procesoare Intel Core din generația a 10-a și au un TDP de 15 wați. În timp ce procesoarele Intel Core cu 6 și 4 nuclee sunt la egalitate cu AMD Ryzen V2000 în ceea ce privește performanța single-thread, imaginea se schimbă semnificativ atunci când vine vorba de performanța multi-core. Aici, procesorul AMD Embedded Ryzen V2000 este de peste două ori mai rapid decât procesorul quad-core i7 și, de asemenea, are un avans clar de aproximativ 33% față de procesorul hexa-core i7. Balanța oscilează în favoarea procesorului AMD Ryzen V2000 și în ceea ce privește performanța grafică. În comparație cu ambele procesoare Intel Core i7, acesta obține un scor de peste două ori mai mare în cadrul benchmark-ului 3DMark Time Spy. Chiar și atunci când este comparat cu un procesor cu un TDP mult mai mare, cum ar fi procesorul Intel Core i7 9750H cu 6 nuclee, cu un TDP de 45 de wați și o frecvență de ceas de bază de 2,6 GHz, Intel Ryzen V2000 impresionează prin performanțe remarcabile. Acesta oferă o performanță single-thread aproape identică, dar cu aproximativ 45% mai multă performanță multi-thread și cu aproape 40% mai multă performanță grafică.

Cu 40% mai multă performanță grafică

Pe lângă puterea de calcul pură, performanța grafică este cu adevărat impresionantă. Grafica AMD Radeon RX Vega integrată în puternicul SoC AMD Ryzen Embedded V2000 oferă până la 7 unități de procesare GPU. Performanța GPU a graficii Radeon integrate, care se bazează pe arhitectura GCN de generația a 5-a și care este în mod tradițional foarte bună la AMD, a crescut cu 40% față de cea a predecesorului. Aceasta beneficiază, de asemenea, de tehnologia mai eficientă din punct de vedere energetic, de 7 nm și, la 1,6 GHz, frecvența de funcționare a ceasului său este, de asemenea, cu 300 MHz mai rapidă.

Suport 4x 4k UHD

Prin urmare, familia AMD Embedded Ryzen V2000 poate controla patru ecrane 4k independente în paralel – cu o rată de reîmprospătare de 60 Hz și o reproducere HDR (High Dynamic Range) realistă, cu o adâncime a culorii de 10-biți pe canal. Pe lângă aplicațiile imersive de semnalizare digitală și de jocuri, acest lucru aduce beneficii specifice sistemelor de diagnosticare medicală de înaltă calitate, unde adâncimea de culoare pe 10-biți este necesară pentru afișarea imaginilor digitale cu raze X. DirectX 12 și OpenGL 4.4 oferă suport pentru grafică 3D, iar motorul video integrat permite streaming-ul accelerat de hardware al imaginilor video HEVC 4k (H.265 și VP9) la 60 Hz în ambele direcții, fără a suprasolicita procesorul. Pentru a se asigura că semnalele grafice ajung la display în toată lățimea de bandă, grafica Vega suportă cele mai recente tehnologii de interfață cu până la 4x DisplayPort 1.4, HDMI 2.1, precum și eDP 1.4. Datorită suportului HSA și OpenCL 2.0, sarcinile de lucru de învățare profundă (deep learning) pot fi, de asemenea, alocate GPU-ului.

Interfețe optimizate

AMD și-a optimizat în mod semnificativ oferta de interfețe și a extins numărul de I/O pentru a satisface cerințele sistemelor ‘edge’ de înaltă performanță și ale IPC-urilor, care sunt deosebit de solicitate în prezent. Procesoarele AMD Ryzen V2000 suportă 20 de benzi (lanes) PCIe Gen 3 și dispun de 8 benzi în plus față de seria V1000, care, chiar și cu cele 4 benzi PCIe suplimentare, oferă un total de doar 16 benzi.. Mai mult, procesoarele V2000 permit implementarea completă a USB-C din start. Asta deoarece 2 din cele 4 porturi USB 3.1 Gen 2 cu capacitate de 10 Gbiți/s acceptă și modurile USB Power Delivery și Alt-DP cu semnale DisplayPort 1.4. În plus, noile SoC-uri suportă 4x USB 2.0. Ca și până acum, sunt disponibile până la 2x porturi SATA pentru stocarea datelor. Cu toate acestea, mediile de stocare sunt cel mai bine conectate prin intermediul interfeței rapide NVMe, care, cu 4x PCIe, oferă o lățime de bandă semnificativ mai mare. SoC-urile AMD Ryzen V2000 suportă în continuare o gamă de interfețe adaptate în mod special pentru piața embedded, cum ar fi UART tradițional, I²C, SMBus, SPI și GPIO-uri.

Securitate sporită

Pe lângă performanța și eficiența îmbunătățite, procesoarele AMD Ryzen Embedded V2000 oferă, de asemenea, caracteristici avansate de securitate pentru o mai mare protecție împotriva accesului neautorizat la datele stocate sau la software-ul critic. Ca și în cazul seriilor AMD Ryzen Embedded V1000 și R1000, AMD Memory Guard suportă mai multe caracteristici de securitate în procesoarele AMD Ryzen Embedded V2000, printre care:

• Secure Memory Encryption (criptare securizată a memoriei) pentru criptarea memoriei principale. Aceasta împiedică atacatorii fizici să acceseze datele confidențiale și ajută la apărarea împotriva atacurilor de pornire la rece.
• Secure Boot protejează procesul de pornire, astfel încât niciun software neautorizat sau malware nu poate prelua funcții importante ale sistemului.
• UEFI Secure Boot previne încărcarea codurilor malițioase sau a programelor neautorizate la pornirea sistemului.

congatec a lansat primul modul COM Express cu procesor Octacore, bazat pe seria AMD Ryzen Embedded V2000.

Pentru a se asigura că performanța nu este afectată de codarea și decodarea datelor criptate, procesoarele AMD Ryzen Embedded V2000 acceptă AES-NI pentru criptarea și decriptarea accelerată la nivel hardware a datelor codate AES. Zen 2 oferă, de asemenea, procesoarelor AMD o protecție bazată pe hardware împotriva cunoscutelor exploit-uri Spectre și Spectre v4. În consecință, producătorii de echipamente originale și utilizatorii nu mai trebuie să se bazeze pe mecanisme de securitate bazate pe firmware sau pe sistemul de operare.

Module COM Express Compact

AMD a lansat noua serie AMD Ryzen Embedded V2000 în patru variante de procesoare, toate acestea fiind suportate de noile module conga-TCV2 COM Express Type 6 Compact de la congatec. Acestea dispun de 4 MB de cache L2, 8 MB de cache L3 și până la 64 GB pentru memorie DDR4 Dual Channel rapidă și eficientă din punct de vedere energetic pe 64-biți, cu până la 3200 MT/s și suport ECC pentru o securitate maximă a datelor. Grafica integrată AMD Radeon cu până la 7 unități de procesare suportă aplicațiile și cazurile de utilizare care necesită procesarea datelor pe GPU de înaltă performanță. Prin urmare, Computer-on-Modules conga-TCV2 suportă până la patru ecrane independente cu o rezoluție de până la 4k60 UHD prin 3x DisplayPort 1.4/HDMI 2.1 și 1x LVDS/eDP. Alte interfețe orientate spre performanță includ 1x PEG 3.0 x8 și 8x benzi PCIe Gen 3, 2x USB 3.1 Gen 2, 8x USB 2.0, până la 2x SATA Gen 3, 1x Gbit Ethernet, 8 GPIO-uri, SPI, LPC și 2x UART tradițional furnizate de controlerul plăcii.

Hipervizorul RTS, precum și sistemele de operare Microsoft Windows 10, Linux/Yocto, Android Q și Wind River VxWorks sunt acceptate în continuare. Aplicațiile cu cerințe ridicate de securitate beneficiază de procesorul integrat AMD Secure, care ajută la criptarea și decriptarea accelerată hardware a RSA, SHA și AES. De asemenea, se oferă suport TPM integrat.

Ideal pentru toate tipurile de dispozitive ‘edge’ (de margine)

Împreună, aceste caracteristici impresionante, conduse, în prezent, de cel mai mare număr de nuclee de calcul și densitate de performanță pentru modulele COM Express Type 6, predestinează noile computere pe modul pentru digitalizare, analiză ‘edge’și procesare paralelă – inclusiv echilibrarea și consolidarea sarcinilor de lucru activate de mașini virtuale bazate pe implementările hipervizorului în timp real RTS de la congatec. Cu până la 16 fire de execuție (threads), modulele conga-TCV2 bazate pe seria AMD Ryzen V2000 permit proiecte de sisteme embedded de înaltă performanță, care pot executa de două ori mai multe sarcini într-un anumit interval TDP. Aceasta este într-adevăr o veste excelentă pentru ‘edge computing’, deoarece ajută la abordarea numărului tot mai mare de sarcini paralele. Grafica integrată, care continuă să ofere o calitate excelentă a graficii 3D, pe până la patru ecrane 4k60 independente, este, de asemenea, impresionantă – la fel ca și faptul că toate acestea sunt scalabile de la un TDP de 54 de wați până la configurații cu consum de putere foarte redus, de numai 10 wați. Totuși, acest lucru nu înseamnă că seria de procesoare AMD Ryzen Embedded V1000 a devenit depășită odată cu lansarea noilor procesoare; pentru gamele de performanțe mai mici, cu mai puține nuclee, seria V1000 este în continuare cea mai bună alegere.

Parametrii cheie de performanță ai noilor module COM Express Compact de la congatec bazate pe procesoare AMD Ryzen Embedded V2000

Alte cazuri de utilizare a noilor module includ toate aplicațiile standard embedded – de la PC-uri industriale și clienți mici, la sisteme embedded cu performanțe de calcul și grafice impresionante. Noile module găsesc, de asemenea, o piață importantă în aplicațiile de robotică inteligentă, e-mobilitate electronică și vehicule autonome, care utilizează învățarea profundă pentru a optimiza conștientizarea situațională.

Informații suplimentare despre noul modul de înaltă performanță conga-TCV2 COM Express Type 6 Compact sunt disponibile la: https://www.congatec.com/en/products/com-express-type-6/conga-tcv2/

^*) TPD – Thermal Design Power; uneori numit punct de proiectare termică, este cantitatea maximă de căldură generată de un cip sau componentă a calculatorului (adesea un procesor, GPU sau un SoC – sistem pe un cip) pe care sistemul de răcire dintr-un computer este proiectat să-l disipeze, indiferent de volumul operare.)

Despre autor
Zeljko Loncaric, este inginer în cadrul departamentul de Marketing al companiei congatec.

congatec