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市場調査レポート

サーバープロセッサーガイド

A Guide To Server Processors - Fifth Edition

発行 Linley Group 商品コード 302674
出版日 ページ情報 英文
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サーバープロセッサーガイド A Guide To Server Processors - Fifth Edition
出版日: 2016年08月31日 ページ情報: 英文
概要

サーバープロセッサーの市場は常に変化を続けており、新たなベンダーに門戸を開いています。メガデータセンターやクラウドコンピューティングの出現により、サーバーの経済性はもはや資本支出だけを考慮すればいいというものではなく、高性能性に加え、資本支出と運用コストのバランスが求められるようになっています。ワット当たりの性能、そしてワット当たりドル当たりの性能が、大規模なデータセンターにおける購入の意思決定を促す新たな基準となっています。また、物理的密度も重要性を増しており、これがさらなる拡張性を促すとともに、貴重なラックスペースにさらに多くのノードを組み込めるマイクロサーバーなどの新たなフォームファクターを生み出しています。

当レポートでは、サーバープロセッサーの技術・製品・市場について調査し、サーバープロセッサー技術およびサーバーシステム技術の詳細、技術および市場の最新動向、主要ベンダーとその製品のプロファイルなどをまとめています。

エグゼクティブサマリー

第1章 プロセッサー技術

  • プロセッサーの基本
    • 中央処理装置(CPU)
    • キャッシュ
    • MMUとTLB
    • バス帯域幅
  • CPUマイクロアーキテクチャー
    • RISC VS CISC
    • エンディアンネス
    • スカラーおよびスーパースカラー
    • インストラクションの並べ替え
    • パイプライニングとペナルティー
    • 分岐予測
  • サーバープロセッサーおよび技術
    • サーバープロセッサーとは?
    • マルチコア
    • マルチスレッディング
    • システムバス
    • メモリーサブシステム
    • PCI Express
  • サーバーベンチマーク
    • SPECベンチマーク
    • TPCベンチマーク
    • VMmark
    • HPL
    • ApacheBench

第2章 インストラクションセット

  • x86インストラクションセット
    • 背景
    • 初期インストラクションセット
    • 拡張
  • ARMインストラクションセット
    • 概要
    • 初期インストラクションセット
    • ARMv7
    • ARMv8

第3章 サーバーシステム技術

  • 基本的なサーバー技術
    • メインメモリー
    • システムロジックチップセット
    • 基板管理コントローラー
    • マルチソケットシステム設計
  • ストレージ
    • RAID
    • ストレージインターフェース
  • 高性能コンピューティング
    • InfiniBand
    • RDMAオーバーイーサネット
    • MPIとOFED
  • ネットワーキング
    • ストレージネットワーキング
  • サーバーフォームファクター
  • オペレーティングシステム
    • Windowsサーバー
    • Linuxサーバー
  • 仮想化
    • ハイパーバイザーソフトウェア

第4章 技術・市場の動向

  • 技術動向
    • X86 VS ARM
    • SoC統合
    • メインメモリーのボトルネック
    • マイクロサーバー
    • システムファブリック
    • スケールアップ VS スケールアウト
    • クラウドコンピューティングワークロード
    • 高性能コンピューティング
  • 市場展望
    • クラウドコンピューティング
    • オープンコンピューティング
    • 市場予測・市場区分
    • プロセッサーの収益とASP
    • ARMのアドレサブル市場
    • 市場シェア

第5章 Intel

  • 企業背景
  • 製品ライン:概要
  • 主な特徴と性能
    • Atomベースプロセッサー
    • HaswellベースXeonシングルソケットプロセッサー
    • BroadwellベースXeonシングルソケットプロセッサー
    • HaswellベースXeonマルチソケットプロセッサー
  • 内部アーキテクチャー
    • HaswellとBroadwell
    • Atom Silvermont
  • システム設計
    • Xeon E3v3
    • Atom C2000
    • Xeon D1500
    • Xeon E5v3
    • Xeon E7v3
  • 製品ロードマップ
    • Xeon E3
    • Atom・Xeon D
    • Xeon E5・E7
    • FPGA集積製品
  • 総論

第6章 AMD

  • 企業背景
  • 製品ライン:概要
  • 主な特徴と性能
    • メインストリームサーバープロセッサー
    • マイクロサーバープロセッサー
  • 内部アーキテクチャー
    • BulldozerおよびPiledriver CPU
    • Jaguar CPU
    • ARMプロセッサー
  • システム設計
    • Opteronシステム設計
    • A1100システム設計
  • 製品ロードマップ
  • 総論

第7章 AppliedMicro

  • 企業背景
  • 主な特徴と性能
  • 内部アーキテクチャー
  • システム設計
  • 開発ツール
  • 製品ロードマップ
  • 総論

第8章 Cavium

  • 企業背景
  • 主な特徴と性能
  • 内部アーキテクチャー
  • システム設計
  • 開発ツール
  • 製品ロードマップ
  • 総論

第9章 IBM

  • 企業背景
  • 主な特徴と性能
  • 内部アーキテクチャー
  • システム設計
  • 開発ツール
  • 製品ロードマップ
  • 総論

第10章 HPCコプロセッサーベンダー

  • Intel Xeon Phi
  • Nvidia Tesla
  • AMD FirePro
    • 企業背景
    • 主な特徴と性能
    • 設計の詳細
    • 製品ロードマップ
    • 総論

第11章 その他のベンダー

  • Broadcom
  • HiSilicon
  • Qualcomm

第12章 プロセッサーの比較

  • マイクロサーバープロセッサー
  • シングルソケットプラットフォーム
  • 2ソケットプラットフォーム
  • 4ソケットプラットフォーム
    • 性能
    • 集積

第13章 総論

  • 市場の展望
  • ベンダーの展望
  • 最終考察

付録

このページに掲載されている内容は最新版と異なる場合があります。詳細はお問い合わせください。

目次

Examining the Processors Powering Scalable Computing

The server-processor market is creating openings for new vendors. With the emergence of mega data centers and cloud computing, server economics no longer focus on capital expenses alone. Demand for ultimate performance from a single processor has been replaced by a balanced view of capital and operating costs. Performance per watt and performance per watt per dollar are the new metrics driving purchasing decisions in large data centers. Physical density is also growing in importance, driving greater scalability and new form factors such as high-density servers that pack more nodes into precious rack space.

In this new era, backward compatibility is less important than before and innovation takes the front seat. Intel and AMD - the incumbent vendors - continue to innovate and advance their Xeon and Opteron designs, respectively. Integration, microarchitecture advances, and process technology are the primary factors in x86 evolution. But new entrants are eyeing cloud-computing environments as an opening for radically different architectures, for more power-efficient ARM-based architectures, and for processors that integrate hardware accelerators.

Product Information Tempered By In-Depth Analysis

This report covers processors designed specifically for servers. We provide detailed coverage of Intel's Xeon E3v5, E5v4, and E7v4 product lines as well as Xeon D processors for scale-out applications. We cover AMD's Opteron family, including Opteron X and ARM-based processors, plus AMD's joint venture with Tianjin Haiguang Advanced Technology Investment Company (THATIC). Other ARMv8-compatible products include AppliedMicro's X-Gene 2 and Cavium's ThunderX and ThunderX2. We cover IBM's Power8 and the OpenPower Foundation's future product roadmap. We speculate about potential market entries from Baikal Electronics, Broadcom, HiSilicon, Phytium, and Qualcomm. This edition also continues our coverage of coprocessors (or accelerators) for high-performance computing (HPC), including Intel's Xeon Phi, Nvidia's Tesla, and AMD's FirePro.

This report analyzes each vendor and each product, probing their strengths and weaknesses and presenting key details in a consistent, easy to compare fashion. We examine processor performance, integration, power dissipation, and overall system design. Where possible, we also look at the vendors' roadmap.

Make Informed Decisions

As the leading vendor of technology analysis for microprocessors, The Linley Group has the expertise to deliver a comprehensive look at these technologies. Our analysts use their broad experience to deliver the technical and strategic information you need to make informed business decisions. And in case you are not familiar with all of the concepts involved in processor and server designs, the report includes introductory chapters that define and describe terms such as superscalar, multithreading, pipelines, and virtualization.

This report is written for:

  • OEMs that need to make strategic vendor selections
  • ODMs supplying cloud-computing and HPC customers
  • Data-center architects looking at alternative platforms
  • Marketing and engineering staff at companies that sell other server components
  • Financial analysts who desire a detailed analysis and comparison of both incumbent and new vendors

Table of Contents

List of Figures

List of Tables

About the Authors

About the Publisher

Preface

Executive Summary

1. Processor Technology

  • Processor Basics
    • Central Processing Unit (CPU)
    • Caches
    • MMUs and TLBs
    • Bus Bandwidth
  • CPU Microarchitecture
    • RISC Versus CISC
    • Endianness
    • Scalar and Superscalar
    • Instruction Reordering
    • Pipelining and Penalties
    • Branch Prediction
  • Server Processors and Technologies
    • What Is a Server Processor?
    • Multicore
    • Multithreading
    • System Buses
    • Memory Subsystem
    • PCI Express
  • Server Benchmarks
    • SPEC Benchmarks
    • TPC Benchmarks
    • VMmark
    • HPL
    • ApacheBench
    • Stream and Stream Triad
    • OpenSSL Speed

2. Instruction Sets

  • x86 Instruction Set
    • Background
    • Initial Instruction Set
    • Modern Extensions
  • ARM Instruction Set
    • Background
    • Initial Instruction Set
    • ARMv7 Architecture
    • ARMv8 Architecture
  • Power Instruction Set
    • Background
    • Instruction Set

3. Server System Technology

  • Basic Server Architecture
    • Main Memory
    • System-Logic Chipset
    • Baseboard-Management Controller
    • Multisocket System Design
  • Storage
    • RAID
    • Storage Interfaces
  • High-Performance Computing
    • InfiniBand
    • RDMA Over Ethernet
    • MPI and OFED
  • Networking
    • Storage Networking
  • Server Form Factors
  • Operating Systems
    • Windows Server
    • Linux Server
  • Virtualization
    • Hypervisor Software

4. Technology and Market Trends

  • Technology Trends
    • CPU Architecture
    • SoC Integration
    • The Main-Memory Bottleneck
    • Microservers
    • System Fabrics
    • Scale Up Versus Scale Out
    • Cloud-Computing Workloads
    • High-Performance Computing
    • Microservices and Virtualization
    • New Processors From China and Russia
  • Market Outlook
    • Cloud Computing
    • Open Compute Project
    • Market Forecast and Segmentation
    • Processor Revenue and ASP
    • Addressable Market for ARM
    • Market Share

5. Intel

  • Company Background
  • Product-Line Overview
  • Key Features and Performance
    • Atom-Based Processors
    • Xeon E3 Processors
    • Xeon D Processors
    • Xeon E5 Multisocket Processors
    • Xeon E7 Multisocket Processors
  • Internal Architecture
    • Broadwell Core
    • Skylake Cores
    • Broadwell Server-Integrated North Bridge
    • Atom Silvermont
  • System Design
    • Xeon E3v5
    • Atom C2000
    • Xeon D-1500
    • Xeon E5v4
    • Xeon E7v4
  • Product Roadmap
    • Xeon E3
    • Atom
    • Xeon D
    • Xeon E5 and E7
    • FPGA-Integrated Products
  • Conclusions

6. AMD

  • Company Background
  • Key Features and Performance
    • Opteron Mainstream Server Processors
    • Opteron X-Series Processors
    • Opteron A-Series Processors
  • Internal Architecture
    • Bulldozer and Piledriver CPUs
    • Jaguar CPU
    • ARM Cortex-A57 CPU
  • System Design
    • Opteron System Design
    • Opteron A1100 System Design
  • Product Roadmap
  • Conclusions

7. AppliedMicro

  • Company Background
  • Key Features and Performance
    • X-Gene 2
    • X-Gene 3
  • Internal Architecture
  • System Design
  • Development Tools
  • Product Roadmap
  • Conclusions

8. Cavium

  • Company Background
  • Key Features and Performance
  • Internal Architecture
  • System Design
  • Development Tools
  • Product Roadmap
  • Conclusions

9. IBM

  • Company Background
  • Key Features and Performance
  • Internal Architecture
  • System Design
  • Development Tools
  • Product Roadmap
  • Conclusions

10. HPC Coprocessor Vendors

  • Intel Xeon Phi
    • Company Background
    • Key Features and Performance
    • Internal Architecture
    • Product Roadmap
    • Conclusions
  • Nvidia Tesla
    • Company Background
    • Key Features and Performance
    • Internal Architecture
    • Product Roadmap
    • Conclusions
  • AMD FirePro
    • Company Background
    • Key Features and Performance
    • Internal Architecture
    • Product Roadmap
    • Conclusions
  • HPC Comparisons
  • HPC Conclusions

11. Other Vendors

  • Baikai
    • Company Background
    • Key Features
    • Conclusions
  • Broadcom
    • Company Background
    • Key Features
    • Conclusions
  • HiSilicon
    • Company Background
    • Key Features
    • Conclusions
  • Phytium
    • Company Background
    • Key Features
    • Conclusions
  • Qualcomm
    • Company Background
    • Key Features
    • Conclusions
  • Thatic

12. Processor Comparisons

  • High-Density Applications
    • Performance
    • Integration
    • Summary
  • Single-Socket Platforms
    • Performance
    • Integration
    • Summary
  • Two-Socket Platforms
    • Performance
    • Integration
    • Summary
  • Four-Socket Platforms
    • Performance
    • Integration
    • Summary

13. Conclusions

  • Market Outlook
    • Opportunities for ARM
  • Vendor Outlook
    • Intel
    • AMD
    • AppliedMicro
    • Cavium
    • Other Vendors
    • HPC Coprocessors
  • Closing Thoughts

Appendix: Further Reading

Index

List of Figures:

  • Figure 1-1. Basic processor design.
  • Figure 1-2. Simple superscalar processor design.
  • Figure 1-3. CPU pipelining examples.
  • Figure 1-4. Block diagram of a typical server processor.
  • Figure 1-5. Interleaved tasks on a multithreaded CPU.
  • Figure 3-1. Typical single-processor server architecture.
  • Figure 3-2. Typical multisocket server architecture.
  • Figure 3-3. Rack-mount servers and a standard-size rack.
  • Figure 3-4. Lenovo's BladeCenter H.
  • Figure 3-5. Typical blade-server architecture.
  • Figure 4-1. Cisco M-Series Modular Server.
  • Figure 4-2. Facebook's Yosemite design.
  • Figure 4-3. Server-processor shipments by segment, 2015-2020.
  • Figure 5-1. Intel server-processor roadmap.
  • Figure 5-2. Block diagram of Intel Broadwell microarchitecture.
  • Figure 5-3. Block diagram of Intel Broadwell server processor.
  • Figure 5-4. Block diagram of Intel Silvermont microarchitecture.
  • Figure 5-5. Server design based on Intel Xeon E3v5.
  • Figure 5-6. Server design based on Intel Atom C2570.
  • Figure 5-7. Server design based on Intel Xeon D-1500.
  • Figure 5-8. Two-socket server design based on Intel Xeon E5-2600v4.
  • Figure 5-9. Four-socket server design based on Intel Xeon E7v4.
  • Figure 6-1. Block diagram of AMD Bulldozer/Piledriver CPU module.
  • Figure 6-2. Block diagram of AMD Opteron A1170 server processor.
  • Figure 6-3. Two-socket server design based on AMD Opteron 4300.
  • Figure 7-1. Block diagram of AppliedMicro Potenza CPU core.
  • Figure 7-2. Block diagram of AppliedMicro X-Gene 2 processor.
  • Figure 7-3. Kontron X-Gene1 node for the Symkloud platform.
  • Figure 7-4. Block diagram of AppliedMicro X Gene 3 processor.
  • Figure 8-1. Block diagram of Cavium ThunderX CN8890NT.
  • Figure 8-2. Two-socket server design using Cavium ThunderX.
  • Figure 9-1. IBM Power8 memory architecture.
  • Figure 9-2. Block diagram of IBM Power8 CPU core.
  • Figure 9-3. IBM Power8 multiprocessor cluster.
  • Figure 10-1. Microarchitecture of Intel Knights Landing CPU.
  • Figure 10-2. Block diagram of Intel Xeon Phi 7200 processor.
  • Figure 10-3. Block diagram of Nvidia Pascal GP100 core.
  • Figure 10-4. Block diagram of Nvidia Tesla P100 accelerator.
  • Figure 10-5. Block diagram of AMD Hawaii compute unit.
  • Figure 10-6. Block diagram of generic high-performance compute node.
  • Figure 10-7. Block diagram of Intel Xeon Phi compute node.
  • Figure 13-1. Server-processor performance comparison.

List of Tables:

  • Table 1-1. Selected SPEC benchmarks.
  • Table 4-1. Worldwide revenue of the leading vendors of merchant server processors.
  • Table 5-1. Summary of selected Intel x86 server processors.
  • Table 5-2. Key parameters for selected Intel Atom server processors.
  • Table 5-3. Key parameters for selected Intel Xeon E3v5 server processors.
  • Table 5-4. Key parameters for selected Intel Xeon D processors.
  • Table 5-5. Key parameters for selected Intel Xeon E5 dual-socket procesors.
  • Table 5-6. Key parameters for selected Intel Xeon multisocket processors.
  • Table 6-1. Key parameters for AMD Piledriver-based Opteron processors.
  • Table 6-2. Key parameters for selected AMD Opteron processors.
  • Table 6-3. Key parameters for AMD Opteron X2150.
  • Table 6-4. Key parameters for AMD Opteron A-Series processors.
  • Table 6-5. Key parameters for AMD SR56x0 north-bridge chips.
  • Table 6-6. Key parameters for AMD SP5100 south-bridge chip.
  • Table 7-1. Key parameters for AppliedMicro X-Gene processors.
  • Table 8-1. Key parameters for Cavium dual-socket ThunderX processors.
  • Table 9-1. Key parameters for IBM Power8 merchant processors.
  • Table 10-1. Key parameters for Intel Xeon Phi 7200 processors.
  • Table 10-2. Key parameters for Nvidia Tesla coprocessor cards.
  • Table 10-3. Key parameters for Nvidia compute cores.
  • Table 10-4. Key parameters for AMD FirePro S-series coprocessor cards.
  • Table 10-5. Key parameters for double-precision HPC server nodes.
  • Table 10-6. Key parameters for single-precision HPC server nodes.
  • Table 11-1. Emerging server-processor vendors.
  • Table 12-1. Comparison of SoCs for high-density servers.
  • Table 12-2. Comparison of processors for single-socket servers.
  • Table 12-3. Comparison of processors for two-socket servers.
  • Table 12-4. Comparison of processors for four-socket servers.
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