Ускорение облака: чего ожидать при переходе на облачную среду?

До сих пор в этой серии статей мы рассматривали разницу между платформами на базе x86 и облачными платформами, а также инвестиции, необходимые для использования преимуществ перехода на облачные платформы. В этом выпуске мы рассмотрим некоторые преимущества и преимущества, которые вы можете ожидать при переходе на облачную платформу.

Преимущества и преимущества процессоров Cloud Native для облачных вычислений:

• улучшенная производительность на стойку и на доллар
• большая предсказуемость и последовательность
• повышенная эффективность
• оптимальная масштабируемость
• более низкие эксплуатационные расходы

Пиковая производительность, достигнутая с помощью облачных процессоров

Вместо предоставления сложной архитектуры, обремененной устаревшими функциями, такими как x86, процессоры Ampere Cloud Native были разработаны для более эффективного выполнения общих задач облачных приложений для популярных рабочих нагрузок. Это приводит к значительному повышению производительности ключевых облачных рабочих нагрузок, на которые предприятия полагаются больше всего.

Рис. 1. Собственная облачная платформа Ampere обеспечивает значительно более высокую производительность по сравнению с платформами x86 при выполнении ключевых облачных рабочих нагрузок.

Cloud Native обеспечивает большую скорость реагирования, согласованность и предсказуемость

Для приложений, предоставляющих веб-сервисы, время ответа на запросы пользователей является ключевым показателем производительности. Отзывчивость зависит от нагрузки и масштабирования; крайне важно поддерживать приемлемое время ответа для конечных пользователей по мере роста количества запросов.

Хотя пиковая производительность важна, многие приложения должны соответствовать определенному соглашению об уровне обслуживания, например обеспечивать ответ в течение двух секунд. По этой причине группы облачных операций обычно измеряют скорость реагирования, используя задержку P99 — то есть время ответа, в течение которого удовлетворяется 99% запросов.

Чтобы измерить задержку P99, мы увеличиваем количество запросов к нашей службе, чтобы определить точку, в которой 99% транзакций все еще завершаются в рамках требуемого соглашения об уровне обслуживания. Это позволяет нам оценить максимально возможную пропускную способность при соблюдении соглашений об уровне обслуживания и оценить влияние на производительность по мере увеличения числа пользователей.

Согласованность и предсказуемость — два основных фактора, влияющих на общую задержку и скорость реагирования. Когда выполнение задач более стабильно, реакция становится более предсказуемой. Другими словами, чем меньше разница в задержке и производительности, тем более предсказуема реакция задачи. Предсказуемость также облегчает балансировку рабочей нагрузки.

Как описано в первой части этой серии статей, ядра x86 поддерживают гиперпоточность для увеличения использования ядра. Когда два потока используют одно ядро, гарантировать соблюдение соглашений об уровне обслуживания гораздо сложнее. По своей природе несоответствия в накладных расходах гиперпоточности и другие проблемы с архитектурой x86 приводят к более высоким различиям в задержке между задачами по сравнению с процессором Ampere Cloud Native. Из-за этой разницы платформы на базе x86 могут поддерживать высокую пиковую производительность, но значительно быстрее превосходить соглашения об уровне обслуживания из-за высокой разницы в задержке (см. рис. 2). Кроме того, чем жестче соглашение об уровне обслуживания (то есть секунды по сравнению с миллисекундами), тем сильнее это отклонение отрицательно влияет на задержку и скорость реагирования P99.

Рисунок 2. Гиперпоточность и другие проблемы архитектуры x86 приводят к более высоким колебаниям задержки, что отрицательно влияет на пропускную способность и соглашения об уровне обслуживания.

В этом случае единственный способ уменьшить задержку — снизить частоту запросов. Другими словами, чтобы гарантировать соглашения об уровне обслуживания, вы должны выделить больше ресурсов x86, чтобы гарантировать, что каждое ядро ​​работает с более низкой нагрузкой, чтобы учесть более высокую изменчивость отклика между потоками при высоких нагрузках. Таким образом, приложение на базе x86 более ограничено в количестве запросов, которые оно может обрабатывать, сохраняя при этом соглашение об уровне обслуживания.

Производительность NGINX и энергоэффективность

Более высокая эффективность производительности облачной платформы приводит к уменьшению различий между задачами, что приводит к повышению общей согласованности и меньшему влиянию на скорость реагирования — даже если вы увеличиваете частоту запросов и увеличиваете использование. Благодаря большей согласованности процессор Ampere Cloud Native может обрабатывать гораздо больше запросов, в зависимости от приложения, без ущерба для скорости реагирования.

Производительность Redis и энергоэффективность

Производительность кодирования мультимедиа h.264 и энергоэффективность

Производительность Memcached и энергоэффективность

Лучшая производительность на доллар с Cloud Native

Способность облачного подхода обеспечивать стабильное реагирование на SLA с более высокой производительностью и воспроизводимостью также означает превосходное соотношение цены и производительности. Это напрямую снижает эксплуатационные расходы, поскольку меньшее количество ядер может обрабатывать больше запросов. Короче говоря, облачная платформа позволяет вашим приложениям делать больше с меньшим количеством ядер без ущерба для соглашений об уровне обслуживания. Увеличение использования напрямую приводит к снижению эксплуатационных расходов, поскольку для управления эквивалентной нагрузкой вам потребуется меньше собственных облачных ядер по сравнению с платформой x86.

Итак, сколько вы экономите? Базовой единицей вычислений в облаке является виртуальный ЦП. Однако на платформах на базе x86 каждое ядро ​​x86 выполняет два потока, поэтому, если вы хотите отключить гиперпоточность, вам необходимо арендовать виртуальные процессоры x86 попарно. В противном случае приложение сможет использовать ядро ​​x86 совместно с другим приложением.

На облачной платформе при аренде виртуальных ЦП вам выделяются целые ядра. Если учесть, что 1) один виртуальный ЦП на базе Ampere у поставщика облачных услуг (CSP) дает вам полное ядро ​​Ampere, 2) Ampere предоставляет гораздо больше ядер на сокет с соответствующей более высокой производительностью на ватт и 3) виртуальные ЦП Ampere обычно стоят меньше в час из-за более высокой плотности ядра и снижения эксплуатационных расходов, это приводит к преимуществу по соотношению цена/производительность порядка 4,28 раз для собственной облачной платформы Ampere для определенных облачных рабочих нагрузок.

Более высокая энергоэффективность, лучшая экологичность и более низкие эксплуатационные расходы

Потребление энергии является глобальной проблемой, и управление энергопотреблением быстро становится одной из основных задач для поставщиков облачных услуг. В настоящее время центры обработки данных потребляют от 1% до 3% электроэнергии во всем мире, и ожидается, что к 2032 году этот процент удвоится. Ожидалось, что в 2022 году на облачные центры обработки данных будет приходиться 80% этого спроса на энергию.

Поскольку за 40 лет их архитектура развивалась для различных вариантов использования, ядра Intel x86 потребляют больше энергии, чем требуется для большинства облачных приложений на основе микросервисов. Кроме того, бюджет мощности стойки и тепловыделение этих ядер таковы, что CSP не может заполнить стойку серверами x86. Учитывая ограничения по мощности и охлаждению процессоров x86, поставщикам услуг связи, возможно, придется оставить пустое место в стойке, тратя ценную площадь. Фактически, к 2025 году ожидается, что устаревший подход (x86) к облаку удвоит потребности центров обработки данных в электроэнергии и увеличит потребности в недвижимости в 1,6 раза.

Рисунок 7. Энергия и недвижимость, необходимые для продолжения ожидаемого роста центров обработки данных.

Учитывая стоимость и производительность, становится ясно, что облачным вычислениям необходимо перейти от вычислений общего назначения x86 к более энергоэффективным и высокопроизводительным собственным облачным платформам. В частности, нам нужна большая плотность ядер в центрах обработки данных с высокопроизводительными ядрами, которые более эффективны, требуют менее дорогого охлаждения и снижают общие эксплуатационные расходы.

Поскольку собственная облачная платформа Ampere разработана специально для обеспечения энергоэффективности, приложения потребляют гораздо меньше энергии без ущерба для производительности и скорости реагирования. На рисунке 8 ниже показано энергопотребление рабочих нагрузок в масштабе, работающих как на платформе x86, так и на собственной облачной платформе Ampere. В зависимости от приложения энергоэффективность, измеряемая производительностью на ватт, у Ampere значительно выше, чем у платформы x86.

Рис. 8. Собственная облачная платформа Ampere обеспечивает значительно более высокую энергоэффективность по сравнению с платформами x86 при выполнении ключевых облачных рабочих нагрузок.

Архитектура с низким энергопотреблением облачных платформ обеспечивает более высокую плотность ядер на стойку. Например, большое количество ядер Ampere^® Altra^® (80 ядер) и Altra Max (128 ядер) позволяет CSP достигать невероятной плотности ядер. Благодаря Altra Max шасси высотой 1U с двумя разъемами может иметь 256 ядер в одной стойке (см. рис. 8).

Используя облачные процессоры, разработчикам и архитекторам больше не придется выбирать между низким энергопотреблением и высокой производительностью. Архитектура процессоров семейства Altra обеспечивает большую вычислительную мощность — до 2,5 раз большую производительность на стойку — и до трехкратного сокращения количества стоек, необходимых для той же вычислительной производительности, что и у устаревших процессоров x86. Эффективная архитектура облачных процессоров также обеспечивает лучшую в отрасли цену за ватт.

Рис. 9. Неэффективность энергопотребления платформ x86 приводит к нехватке ресурсов стойки, в то время как энергоэффективность Ampere Altra Max задействует всю доступную площадь.

Преимущества впечатляют. Облачные приложения, работающие в облачном центре обработки данных на базе Ampere, могут снизить требования к энергопотреблению примерно до 80 % от текущего потребления к 2025 году. В то же время, по оценкам, потребность в недвижимости снизится на 70 % (см. рисунок 7 выше). Облачная платформа Ampere обеспечивает трехкратное преимущество производительности на ватт, эффективно утрояя мощность центров обработки данных при том же энергопотреблении.

Обратите внимание, что этот облачный подход не требует передовой технологии жидкостного охлаждения. Хотя жидкостное охлаждение действительно позволяет увеличить плотность ядер x86 в стойке, оно обходится дороже, не принося при этом новых преимуществ. Облачные платформы отодвигают необходимость такого усовершенствованного охлаждения в будущее, позволяя операторам связи делать больше с существующей недвижимостью и мощностями электропитания, которые у них уже есть.

Энергоэффективность собственной облачной платформы означает более устойчивое развертывание облака (см. рис. 10 ниже). Это также позволяет компаниям сократить выбросы углекислого газа, и этот фактор становится все более важным для заинтересованных сторон, таких как инвесторы и потребители. В то же время поставщики услуг связи смогут поддерживать больше вычислительных ресурсов для удовлетворения растущего спроса в рамках существующих мощностей и ограничений мощности. Чтобы обеспечить дополнительную конкурентоспособность, поставщики услуг связи, стремящиеся расширить свой рынок облачных технологий, будут учитывать затраты на электроэнергию в ценах на вычислительные ресурсы, что даст конкурентное преимущество облачным платформам.

Рисунок 10. Почему облачные вычисления имеют основополагающее значение для устойчивости.

Улучшенное реагирование и производительность в масштабе с помощью Cloud Native

Облако позволяет компаниям перейти от крупных монолитных приложений к компонентам приложений (или микросервисам), которые можно масштабировать, создавая при необходимости больше копий компонентов. Поскольку эти облачные приложения распространяются по своей природе и предназначены для развертывания в облаке, их можно легко масштабировать до 100 000 пользователей на собственной облачной платформе.

Например, если вы развертываете несколько контейнеров MYSQL, вы хотите убедиться, что каждый контейнер имеет стабильную производительность. Благодаря Ampere каждое приложение получает собственное ядро. Нет необходимости проверять изоляцию от другого потока и нет накладных расходов на управление гиперпоточностью. Вместо этого каждое приложение обеспечивает стабильную, предсказуемую и повторяемую производительность с плавным масштабированием.

Еще одним преимуществом использования облачных технологий является линейная масштабируемость. Короче говоря, каждое собственное облачное ядро ​​увеличивает производительность линейным образом по сравнению с производительностью x86, которая снижается по мере увеличения загрузки. На рисунке 11 ниже это показано для кодирования H.264.

Рис. 11. Собственные облачные вычисления Ampere масштабируются линейно, не оставляя ненужных ресурсов, в отличие от вычислений x86.

Преимущество Cloud Native

Понятно, что нынешняя технология x86 не сможет соответствовать все более строгим ограничениям и нормам энергопотребления. Благодаря эффективной архитектуре собственные облачные платформы Ampere обеспечивают до 2 раз более высокую производительность на ядро, чем архитектуры x86. Кроме того, более низкая дисперсия задержки приводит к большей согласованности, большей предсказуемости и лучшему реагированию, что позволяет вам соблюдать соглашения об уровне обслуживания без необходимости значительного избыточного выделения вычислительных ресурсов. Оптимизированная архитектура облачных платформ также приводит к повышению энергоэффективности, что приводит к более устойчивой работе и снижению эксплуатационных расходов.

Доказательство собственной эффективности и масштабируемости облака лучше всего проявляется при высоких нагрузках, например при обслуживании 100 000 пользователей. Именно здесь согласованность собственной облачной платформы Ampere дает огромные преимущества: соотношение цены и производительности до 4,28 раз по сравнению с x86 при сохранении соглашений об уровне обслуживания клиентов для приложений Cloud Native в любом масштабе.

В пятой части этой серии мы расскажем, как вы можете сотрудничать с партнером, чтобы сразу же начать пользоваться преимуществами облачных платформ с минимальными инвестициями и риском.