Ampere雲(yún)原生平臺：性能、可持續(xù)性和成本效益的完美結合

本文是Ampere Computing“加速雲(yún)計算”系列文章的第四部分，探討了向雲(yún)原生平臺遷移的諸多益處。前文已闡述了x86架構與雲(yún)原生平臺的差異以及雲(yún)原生遷移所需的投資。本篇將重點介紹雲(yún)原生平臺帶來的優(yōu)勢。

雲(yún)原生處理器在雲(yún)計算中的優(yōu)勢：

• 提升每機架和每美元性能
• 增強可預測性和一致性
• 提高效率
• 優(yōu)化可擴展性
• 降低運營成本

雲(yún)原生處理器實現(xiàn)峰值性能

與承載大量遺留功能的x86架構不同，Ampere雲(yún)原生處理器專為高效執(zhí)行常見雲(yún)應用程序任務而設計。這顯著提升了企業(yè)最依賴的關鍵雲(yún)工作負載的性能。

圖1：Ampere雲(yún)原生平臺在關鍵雲(yún)工作負載方面的性能顯著高於x86平臺。圖片來自《雲(yún)原生處理器的核心可持續(xù)性》。

雲(yún)原生帶來更高的響應速度、一致性和可預測性

對於提供網(wǎng)絡服務的應用程序而言，用戶請求的響應時間是關鍵性能指標。響應速度取決於負載和擴展性；隨著請求速率的上升，保持可接受的最終用戶響應時間至關重要。

雖然峰值性能很重要，但許多應用程序必須滿足特定的服務等級協(xié)議（SLA），例如在兩秒內響應。因此，雲(yún)運營團隊通常使用P99延遲（即99%的請求在該時間內得到滿足的響應時間）來衡量響應速度。

為了衡量P99延遲，我們增加對服務的請求數(shù)量，以確定99%的事務仍在所需SLA內完成的點。這使我們能夠評估在保持SLA的同時可能達到的最大吞吐量，並評估用戶數(shù)量增加時對性能的影響。

一致性和可預測性是影響整體延遲和響應速度的兩個主要因素。當任務性能更一致時，響應速度更可預測。換句話說，延遲和性能的差異越小，任務的響應速度就越可預測?？深A測性還有助於簡化工作負載均衡。

如本系列第一部分所述，x86核心採用超線程技術來提高核心利用率。由於兩個線程共享一個核心，因此很難保證SLA。超線程開銷以及其他x86架構問題固有的不一致性導致與Ampere雲(yún)原生處理器相比，任務之間的延遲差異更大（見圖2）。因此，基於x86的平臺可以保持較高的峰值性能，但由於高延遲差異，很快就會超過SLA。此外，SLA越嚴格（即秒與毫秒），這種差異對P99延遲和響應速度的影響就越大。

圖2：超線程和其他x86架構問題導致延遲差異增大，從而對吞吐量和SLA產生負面影響。圖片來自《雲(yún)原生處理器的核心可持續(xù)性》。

在這種情況下，降低延遲的唯一方法是降低請求速率。換句話說，為了保證SLA，必須分配更多x86資源，以確保每個核心在較低的負載下運行，從而解決高負載下線程之間響應速度差異較大的問題。因此，基於x86的應用程序在能夠管理的請求數(shù)量方面受到更多限制，同時仍能保持其SLA。

NGINX、Redis、h.264媒體編碼和Memcached性能及能效對比圖

雲(yún)原生帶來更高的性價比

雲(yún)原生方法能夠以可重複的方式為SLA提供一致的響應速度和更高的性能，這也意味著更高的性價比。這直接降低了運營成本，因為可以用更少的核心來管理更多的請求。簡而言之，雲(yún)原生平臺使應用程序能夠用更少的核心做更多的事情，而不會影響SLA。更高的利用率直接轉化為更低的運營成本——因為與基於x86的平臺相比，你需要更少的雲(yún)原生核心來管理同等負載。

那麼，你能節(jié)省多少呢？雲(yún)計算的基本計算單元是vCPU。但是，對於基於x86的平臺，每個x86核心運行兩個線程，因此，如果要禁用超線程，則必須成對租用x86 vCPU。否則，應用程序將與另一個應用程序共享x86核心。

在雲(yún)原生平臺上，租用vCPU時，會分配整個核心。考慮到1）雲(yún)服務提供商（CSP）上的單個基於Ampere的vCPU提供完整的Ampere核心，2）Ampere每個插槽提供更多核心，相應的每瓦性能更高，以及3）Ampere vCPU的每小時成本通常更低，因為核心密度更高，運營成本更低，這導致某些雲(yún)原生工作負載的Ampere雲(yún)原生平臺的成本/性能優(yōu)勢達到4.28倍。

更高的能效、更好的可持續(xù)性和更低的運營成本

功耗是一個全球性問題，功耗管理正迅速成為雲(yún)服務提供商面臨的主要挑戰(zhàn)之一。目前，數(shù)據(jù)中心消耗全球1%到3%的電力，預計到2032年這一比例將翻一番。 2022年，雲(yún)數(shù)據(jù)中心預計佔此能源需求的80%。

由於其架構在40多年來為不同的用例而發(fā)展，英特爾x86核心的功耗高於大多數(shù)基於雲(yún)微服務的應用程序所需。此外，機架的功耗預算以及這些核心的散熱量使得CSP無法用x86服務器填滿機架。鑑於x86處理器的功耗和散熱限制，CSP可能需要在機架中留出空位，從而浪費寶貴的空間。事實上，到2025年，傳統(tǒng)的（x86）雲(yún)計算方法預計會使數(shù)據(jù)中心電力需求翻一番，並將房地產需求增加1.6倍。

圖7：繼續(xù)預期的數(shù)據(jù)中心增長所需的電力和空間。圖片來自《雲(yún)原生處理器的核心可持續(xù)性》。

考慮到成本和性能，雲(yún)計算需要從通用x86計算轉向更高能效和更高性能的雲(yún)原生平臺。具體來說，我們需要在數(shù)據(jù)中心擁有更高的核心密度，以及更高效、更節(jié)能、更低運營成本的高性能核心。

由於Ampere雲(yún)原生平臺專為能效而設計，因此應用程序在不影響性能或響應速度的情況下功耗更低。下面的圖8顯示了在基於x86的平臺和Ampere雲(yún)原生平臺上運行的大規(guī)模工作負載的功耗。根據(jù)應用程序的不同，Ampere的每瓦性能（以每瓦性能衡量）顯著高於x86平臺。

圖8：Ampere雲(yún)原生平臺在關鍵雲(yún)工作負載方面的能效顯著高於x86平臺。圖片來自《雲(yún)原生處理器的核心可持續(xù)性》。

雲(yún)原生平臺的低功耗架構能夠實現(xiàn)更高的每機架核心密度。例如，Ampere? Altra?（80個核心）和Altra Max（128個核心）的高核心數(shù)量使CSP能夠實現(xiàn)令人難以置信的核心密度。使用Altra Max，一個帶有兩個插槽的1U機箱可以在單個機架中擁有256個核心（見圖8）。

使用雲(yún)原生處理器，開發(fā)人員和架構師無需再在低功耗和高性能之間做出選擇。 Altra系列處理器的架構提供了更高的計算能力——每機架性能提升高達2.5倍——以及為獲得與傳統(tǒng)x86處理器相同的計算性能所需機架數(shù)量減少三倍。雲(yún)原生處理器的效率架構還提供了業(yè)界最佳的每瓦成本。

圖9：x86平臺的低效能導致機架容量閒置，而Ampere Altra Max的高能效則充分利用了所有可用空間。

優(yōu)勢令人印象深刻。到2025年，在基於Ampere的雲(yún)數(shù)據(jù)中心中運行的雲(yún)原生應用程序可以將電力需求降低到當前用量的估計80%。與此同時，房地產需求預計將下降70%（見上圖7）。 Ampere雲(yún)原生平臺提供了3倍的每瓦性能優(yōu)勢，有效地將數(shù)據(jù)中心的容量提高了三倍，而功耗卻保持不變。

請注意，這種雲(yún)原生方法不需要先進的液冷技術。雖然液冷確實可以增加機架中x86核心的密度，但它會帶來更高的成本，而不會帶來新的價值。雲(yún)原生平臺通過使CSP能夠利用其現(xiàn)有的房地產和電力容量做更多的事情，將對這種先進冷卻的需求推遲到更遠的未來。

雲(yún)原生平臺的能效意味著更可持續(xù)的雲(yún)部署（見下面的圖10）。它還允許公司減少碳足跡，這是一個日益受到投資者和消費者等利益相關者重視的因素。與此同時，CSP將能夠支持更多的計算能力，以滿足其現(xiàn)有房地產容量和電力限制內的不斷增長的需求。為了提供額外的競爭優(yōu)勢，尋求擴大其云原生市場的CSP將把電力支出納入計算資源定價——這將為雲(yún)原生平臺帶來競爭優(yōu)勢。

圖10：為什麼雲(yún)原生計算對可持續(xù)性至關重要。圖片來自《雲(yún)原生處理器的核心可持續(xù)性》。

雲(yún)原生實現(xiàn)更高的響應速度和可擴展性性能

雲(yún)計算使公司能夠擺脫大型單體應用程序，轉向可以按需創(chuàng)建更多組件副本進行擴展的應用程序組件（或微服務）。由於這些雲(yún)原生應用程序本質上是分佈式的，並且專為雲(yún)部署而設計，因此它們可以在雲(yún)原生平臺上無縫地擴展到10萬用戶。

例如，如果部署多個MYSQL容器，則需要確保每個容器都具有穩(wěn)定的性能。使用Ampere，每個應用程序都擁有自己的核心。無需驗證與另一個線程的隔離，也無需管理超線程的開銷。相反，每個應用程序都提供一致、可預測和可重複的性能，並具有無縫的可擴展性。

轉向雲(yún)原生的另一個優(yōu)勢是線性可擴展性。簡而言之，與x86性能相比，每個雲(yún)原生核心都以線性方式提高性能——隨著利用率的提高，x86性能會下降。下面的圖11說明了H.264編碼的情況。

圖11：Ampere雲(yún)原生計算線性擴展，不會造成容量閒置，這與x86計算不同。圖片來自《雲(yún)原生處理器的核心可持續(xù)性》。

雲(yún)原生優(yōu)勢總結

很明顯，目前的x86技術將無法滿足日益嚴格的電力限制和法規(guī)。由於其高效的架構，Ampere雲(yún)原生平臺提供的每個核心的性能比x86架構高出2倍。此外，較低的延遲差異導致更高的一致性、更高的可預測性和更好的響應速度——使您能夠滿足SLA，而無需大幅度地過度配置計算資源。雲(yún)原生平臺的簡化架構還帶來了更高的能效，從而實現(xiàn)了更可持續(xù)的運營和更低的運營成本。

雲(yún)原生效率和可擴展性的證明最好體現(xiàn)在高負載期間，例如服務10萬用戶。這就是Ampere雲(yún)原生平臺的一致性帶來巨大優(yōu)勢的地方，在規(guī)模化雲(yún)原生應用程序中，其價格/性能比x86高出4.28倍，同時仍能保持客戶SLA。

在本系列的第五部分中，我們將介紹如何與合作夥伴合作，立即開始利用雲(yún)原生平臺，同時最大限度地減少投資或風險。

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