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ARM-Chips gewinnen durch technische Innovationen an Bedeutung

ARM-Chips waren im Data Center bislang eher eine Nischenerscheinung. Technische Innovationen machen sie aber immer mehr zur Konkurrenz für Intel.

Durch den geringen Energieverbrauch, die niedrigen Kosten und die flexible Architektur wurden 64-Bit ARM-Architekturen bereits als die Antwort auf Intels Quasimonopol im Servermarkt gefeiert. Daraus resultieren zum Beispiel Produkte wie HPs Moonshot-Server. Inzwischen ist der Hype aber deutlich abgekühlt und es gibt erste Produkte, ein guter Zeitpunkt also, um Mythos und Wahrheit im Zusammenhang mit ARM-Chips im Data Center zu trennen.

Das Konzept sparsamer Serverchips zeugt von einem fundamentalen Wandel der IT-Industrie. Wenn ein Workload auf einem einzelnen, sehr billigen Prozessor ablaufen kann, dann könnte man doch auch komplette Data-Center-Abläufe auf großen Serverfarmen mit entsprechenden ARM-Chips ausführen lassen. Gleichzeitig führt die Virtualisierung zu einer Abstraktion der Rechenkraft eines teuren Servers in viele verschiedene virtuelle Maschinen.

Diese beiden Ansätze befanden sich von Anfang an auf Kollisionskurs. Das Problem des Ressourcen-Managements für agile Bereitstellungen und für Recovery-Szenarien ist bei beiden Ansätzen im Grunde das Gleiche. Orchestrierungs-Tools können daher mit beiden Architekturansätzen umgehen, wodurch die Frage nach ARM oder Intel auf die zwei Faktoren Wirtschaftlichkeit und technische Machbarkeit reduziert wird.

ARM oder Intel: Auch eine Kostenfrage

Intel-basierte Hypervisor-Technologie hat derzeit bei einer Betrachtung der Gesamtbetriebskosten (Total Cost of Ownership) klar die Nase vorne. Ein Server mit 128 Instanzen kommt im Rack auf etwa eine halbe Höheneinheit (HE) und dürfte ein bis zwei Xeon-Prozessoren im Low-end-Bereich (15-45W) enthalten. Bei diesem geringen Platzbedarf können auch heutige ARM-basierte Mikroserver nicht mithalten.

Diese Annahme basiert aber auf ARM-Server, die keine virtuellen Maschinen unterstützen, und das ändert sich gerade sehr schnell. Heutige 64-Bit-ARM-Prozessoren sind sehr hochentwickelte Produkte, die abseits des Einstiegsbereichs mit Qualcomm-Chips mit 24 Kernen auch wahre Monstermaschinen mit 100 Kernen bieten.

Diese ARM-Designs zielen auf den Scale-out-Markt als direkte Konkurrenz zu Intel-CPUs ab. Einfach ausgedrückt dürfte sich ein ARM-Chip mit 24 Kernen in etwa auf dem gleichen Level bewegen wie ein Intel-Chip mit 12 Kernen. ARM-Designs bringen heutzutage auch die nötigen Schnittstellen für Storage, Networking und Memory in Enterprise-Umgebungen mit.

ARM funktioniert im Data Center aber natürlich nur, wenn auch Hypervisoren die Architektur unterstützten. Da dürfte es also nicht überraschen, dass vor allem KVM bereits ganz gut mit ARM umgehen kann, andere Hypervisoren werden folgen. Allerdings könnte die Hypervisor-Frage auch schon bald obsolet werden, da mit der Container-Virtualisierung bereits eine wesentlich effizientere Virtualisierungs-Technologie im Anmarsch ist.

Schon heute sind Container auch auf ARM-Architekturen lauffähig, und da Container mit beiden Ansätzen gut klar kommen, scheint sich das Spielfeld in diesem Punkt gerade zu ändern. ARM-Anbieter dürften bei den Kosten pro Workload bald mit Intel-Designs mithalten können, was die Vorteile des geringeren Energieverbrauchs und des kleineren Footprints auf die Agenda bringt.

Ein HP Moonshot mit einem ARM-Prozessor mit 24 Kernen, oder wahrscheinlich eher das Äquivalent von Quanta, dürfte zum Beispiel gerade für den Cloud-Markt und kleine Instanzen äußerst interessant sein.

ARM mit Vorteil beim Platzbedarf

Geht man von 60 Prozessoren pro Board aus, von denen jeder 24 ARM-Kerne mit zwei virtuellen Maschinen pro Kern bietet, dann kommt man auf ungefähr 30 der oben genannten Server mit einer Höhe von einer halben HE. Und das Ganze bei einem Platzbedarf von nur 4 HE. Diese Schätzung könnte man sogar noch als eher zu niedrig bezeichnen, da ARM-Prozessoren gut und gerne auch acht Container beherbergen können, was das Verhältnis zwischen ARM und Intel vollends kippt. Damit wären wir nämlich schon bei einem ganzen Rack Intel-Server, die mit ARM auf vier HE passen.

Natürlich kann man mit Container auch auf Intel-Servern die Dichte erhöhen, trotzdem hat ARM hier immer noch den Platzvorteil auf seiner Seite. Wenn Intel einfach weitermacht wie bisher, dann wird ARM auf lange Sicht den Sieg davon tragen.

Man kann also stark davon ausgehen, dass sich Intel dieser Problematik durchaus bewusst ist, vor allem da AMD Teil des ARM-Lagers ist. Die Konsequenz dürfte eine größere Neuerung im Chip-Design sein, beispielsweise mit Produkten auf Basis von Intels Hybrid Memory Cube (HMC), was Kapazität und Bandbreite von DRAM enorm in die Höhe schnellen lassen dürfte. Gleichzeitig könnte das Motherboard kleiner werden und um die Hälfte weniger Energie verbrauchen. Intel spricht auch von persistentem Memory für diese HMC-Architektur, der sehr viel schnellere Geschwindigkeiten als heutige SSDs bieten soll.

Damit wäre der Konkurrenzkampf sicher wieder offen, aber auch das ARM-Lager hat natürlich Zugriff auf HMC-typische Performance. ARM-Anbieter mögen in diesem Bereich Intel und vor allem Micron etwas hinterherhinken, aber für Intel dürfte es trotzdem knapp werden. Es ist natürlich jetzt noch zu früh für eine abschließende Aussage, aber eines ist sicher: Die nächsten Jahre werden sicher mehr Performance zu niedrigeren Kosten bringen.

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Artikel wurde zuletzt im November 2015 aktualisiert

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