wikiCascade Lake
Cascade Lake ist der Codename einer CPU-Mikroarchitektur von Intel, die im April 2019 eingeführt wurde. Sie ist der Nachfolger der Skylake-Architektur und beruht wie diese auf einem 14nm-FinFET-Prozess, der jedoch gegenüber Skylake optimiert wurde und höhere Taktraten erlaubt. Im Serverbereich bildet sie die Basis für die 2nd Generation Intel Xeon Scalable CPUs. Dabei gibt es keine Veränderungen am CPU-Sockel, auch die für die erste Scalable-Generation konzipierten Mainboards sind nach einem BIOS-Update weiter nutzbar. CPUs der zweiten Xeon Scalable Generation sind an der Ziffer "2" an der zweiten Stelle der vierstelligen Typennummer zu erkennen.
Die-Aufbau
Wie bereits bei der ersten Generation der Intel Scalable CPUs (Skylake SP) werden auch die Prozessoren der 2nd Gen Scalable CPUs (Cascade Lake SP) in drei unterschiedlichen Typen gefertigt:[1][2]
- LCC - Low Core Count - Die mit bis zu 10 Cores (ca. 322 mm²)
- HCC - High Core Count - Die mit bis zu 18 Cores (ca. 484 mm²)
- XCC - Extreme Core Count - Die mit bis zu 28 Cores (ca. 698 mm²)
Funktionsunterschiede Bronze/Silver/Gold/Platinum
Die folgende Tabelle zeigt die Funktionsunterschiede der Bronze/Silver/Gold/Platinum Prozessoren sowohl der 1st Gen Xeon Scalable (Skylake) als auch 2nd Gen Xeon Scalable (Cascade Lake) CPUs. Funktionserweiterungen von Skylake auf Cascade Lake sind unterstrichen, Funktionserweiterungen von einer Kategerie auf die nächste (z.B. von Bronze auf Silver) sind fett markiert.
| 1st Gen Xeon Scalable | Bronze 31xx | Silver 41xx | Gold 51xx | Gold 61xx | Platinum 81xx |
|---|---|---|---|---|---|
| CPU Sockets supported | 2 | 4 | 8 | ||
| Number of UPI Links | 2 | 3 | |||
| UPI Speed | 9,6 GT/s | 10,4 GT/s | |||
| AVX-512 Units | 1 | 2 | |||
| Memory Speed Support | 2.133 MT/s | 2.400 MT/s | 2.666 MT/s | ||
| Memory Chip Support | 8Gb (normal RDIMMs up to 32 GByte) | ||||
| Turbo Boost | no | yes | |||
| Hyper-Threading | no | yes | |||
| Node Controller | no | yes | |||
| RAS | Standard | Advanced | |||
| 2nd Gen Xeon Scalable | Bronze 32xx | Silver 42xx | Gold 52xx | Gold 62xx | Platinum 82xx |
| CPU Sockets supported | 2 | 4 (Ausnahme "Refresh") | 8 | ||
| Number of UPI Links | 2 | 3 | |||
| UPI Speed | 9,6 GT/s | 10,4 GT/s | |||
| AVX-512 Units | 1 | 2 | |||
| Memory Speed Support | 2.133 MT/s | 2.400 MT/s | 2.666 MT/s | 2.933 MT/s 1DPC | |
| Memory Chip Support | 16Gb (normal RDIMMs up to 64 GByte) | ||||
| VNNI | yes | ||||
| Turbo Boost | no | yes | |||
| Hyper-Threading | no | yes | |||
| Optane Memory Support | no | yes | |||
| Node Controller | no | yes | |||
| RAS | Standard | Advanced | |||
Neuheiten von Cascade Lake
Mit Cascade Lake hat Intel mehrere Neuheiten eingeführt, die in den folgenden Absätzen näher beschrieben werden.
Erhöhte Performance durch mehr Cores oder höheren Takt
Abhängig vom jeweiligen genauen CPU Modell (SKU) haben die Cascade Lake Prozessoren im Vergleich zu Ihren direkten Vorgängern:
- mehr Cores, und/oder
- eine höhere Taktfrequenz, und
- teilweise eine höhere TDP (Thermal Design Power)
Zur Veranschaulichung führen wir hier ein paar Beispiele an:
| Skylake CPU | Cores | Basistakt | Turbo | TDP | Cascade Lake CPU | Cores | Basistakt | Turbo | TDP |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Xeon Silver 4110 | 8 | 2,1 GHz | 3,0 GHz | 85 W | Xeon Silver 4210 | 10 | 2,2 GHz | 3,2 GHz | 85 W |
| Xeon Gold 5120 | 14 | 2,2 GHz | 3,2 GHz | 105 W | Xeon Gold 5220 | 18 | 2,2 GHz | 3,9 GHz | 125 W |
| Xeon Gold 6140 | 18 | 2,3 GHz | 3,7 GHz | 140 W | Xeon Gold 6240 | 18 | 2,6 GHz | 3,9 GHz | 150 W |
AVX-512 Vector Neural Network Instructions (VNNI)
Viele Machine-Learning-Algorithmen profitieren besonders von der beschleunigten Ausführung von Operationen mit niedriger Genauigkeit, in erster Linie bei 8-Bit-Integer-Werten. Cascade Lake Prozessoren führen mit VNNI neue Instruktionen zur parallelen Bearbeitung von Operationen auf 8-Bit-Zahlen ein. Davon soll insbesondere der Inference-Modus profitieren, also die Anwendung der trainierten neuronalen Netzwerke.[3]
Persistenter Speicher
Cascade Lake CPUs sind die ersten Xeon-Prozessoren, die persistenten Optane-Speicher direkt wie herkömmlichen DDR4-RAM ansprechen können. Dabei lassen sich DDR4-DIMMs und Optane-DIMMs sogar innerhalb eines Memory Channels mischen. Durch Optane können die CPUs bis zu 4TB Speicher verwalten. Der Optane-Support bleibt jedoch höherpreisigen CPUs mit Cascade-Lake-Architektur vorbehalten.[4]
Hardware-Schutz gegen Sidechannel-Angriffe
Maßnahmen gegen Sidechannel-Angriffe wie Meltdown, Spectre Varianten oder L1TF lassen sich sowohl in der Hardware, der Firmware, im Betriebssystem oder im Hypervisor treffen. Gegen manche Arten von Angriffen ist nur ein kombinierter Schutz aus Hardware und Firmware oder Software wirksam. Cascade Lake CPUs enthalten so folgende so genannte Mitigations (Abmilderungen) gegen bestimmte Methoden in Sidechannel-Angriffen. Alle Schutzmaßnahmen beeinträchtigen nach wie vor die Performance der CPU. Verbesserungen bringen die Hardware-Schutzmaßnahmen vor allem bei kleinen (z.B. 4K) I/O Zugriffen.[5]
| Variante | Methode | Mitigation |
|---|---|---|
| Variante 1 ("Spectre v1") | Bounds Check Bypass | Betriebsysstem/Hypervisor |
| Variante 2 ("Spectre v2") | Branch Target Inspection | Hardware+Betriebssystem/Hypervisor |
| Variante 3 ("Meltdown") | Rogue Data Cache Load | Hardware |
| Variante 3a ("Spectre 3a") | Rogue System Register Read | Firmware |
| Variante 4 ("Spectre 4") | Speculative Store Bypass | Firmware+Betriebssystem/Hypervisor |
| L1TF | L1 Terminal Fault | Hardware |
Forscher der TU-Graz zeigen jedoch im Paper Store-to-Leak Forwarding: Leaking Data on Meltdown-resistant CPUs, dass Meltdown-artige Attacken auch bei CPUs mit Hardware-Schutz gegen Sidechannel-Angriffe möglich sind. Die Forscher empfehlen daher, die Software-Schutzmaßnahmen auch bei diesen neuen Prozessoren aktiviert zu belassen.[6]
Single Socket Server CPUs
Intel bietet mit der zweiten Generation der Scalable Xeons einige CPU Modelle ohne UPI-Link an. Diese CPUs lassen sich damit ausschließlich in Single-Socket-Systemen betreiben. Im Gegenzug sind diese CPUs preislich günstiger als Modelle mit UPI-Link.[7]
Bei der Vorstellung der ersten Cascade Lake CPUs handelt es sich um folgende Xeon Gold CPUs:
- Intel Xeon Gold 6209U Processor (20 Kerne, 2,1-3,9Ghz, 125W TDP)
- Intel Xeon Gold 6210U Processor (20 Kerne, 2,5-3,9GHz, 150W TDP)
- Intel Xeon Gold 6212U Processor (24 Kerne, 2,4-3,9GHz, 165W TDP)
Weitere CPU Modelle der Cascade Lake Generation finden Sie bei Intel unter der 2nd Generation Intel Xeon Scalable Processors ARK Seite.
Advanced Performance
Die Bezeichnung "Advanced Performance" steht für CPUs mit 32 bis 56 Cores, die zwar auch auf der Cascade Lake Mikroarchitektur beruhen, aber nicht mit herkömmlichen Boards kompatibel sind. Die CPUs mit den Typbezeichnungen Xeon Platinum 9221, 9222, 9242 und 9282 sind nur fest verdrahtet auf Intel-Mainboards verfügbar. Sie wurden speziell für High Performance Computing entwickelt und bestehen aus zwei "normalen" Cascade-Lake-Einheiten auf einem Chip.
Weitere Informationen
- Intel-Cascade-Lake-Mikroarchitektur (de.wikipedia.org)
- Advanced Vector Extensions (de.wikipedia.org)
- The Intel Second Generation Xeon Scalable: Cascade Lake, Now with Up To 56-Cores and Optane! (anandtech.com, 02.04.2019)
Einzelnachweise
- ↑ The New Intel Mesh Interconnect Architecture and Platform Implications (www.servethehome.com, 11.07.2017)
- ↑ LCC, HCC und XCC sowie AVX-Takten für die neuen Xeon-Prozessoren (www.hardwareluxx.de, 14.04.2019)
- ↑ Vector Neural Network Instructions Enable Int8 AI Inference on Intel Architecture (intel.ai, 17.04.19)
- ↑ Optane DC Persistent Memory: Flüchtiger oder nichtflüchtiger Arbeitsspeicher mit 3D XPoint (computerbase.de, 31.10.2018)
- ↑ 2nd Gen Intel Xeon Scalable Launch Details and Analysis (www.servethehome.com, 02.04.2019)
- ↑ Store-to-Leak Forwarding: Leaking Data on Meltdown-resistant CPUs (cpu.fail) In this paper, we show that Meltdown-like attacks are still possible on recent CPUs which are not vulnerable to the original Meltdown attack. [...] Our work shows that the hardware fixes for Meltdown in Whiskey Lake and Coffe Lake CPUs are clearly not sufficient. We conclude that software-based isolation of user and kernel space should remain enabled even on the most recent processor generations.
- ↑ Intel Xeon Follows AMD EPYC Lead Offering Discounted 1P Only SKUs (servethehome.com, 12.04.2019)
