Was bedeutet die neue N1-Architektur von Arm für Windows-Server?

Windows 10 Mai 2019 Update: Wie kann es verzögert werden? Besorgt, dass die Installation des Mai 2019 Updates Windows 10 beschädigt? Hier erfahren Sie, wie Sie es zumindest für eine Weile blockieren können.

Als Microsoft 2017 zum ersten Mal bekannt gab, dass Windows Server auf Arm-Prozessoren installiert wird, schien dies eine großartige Möglichkeit zu sein, Server zu erhalten, die billiger, kleiner und weniger leistungshungrig sein könnten. Bei Serverprozessoren mit einer Leistung von mehr als 200 W und dem Trend, mehrere GPUs oder benutzerdefinierte Beschleuniger in ein Gehäuse einzubauen, das bis zu 10 kW Strom verbrauchen kann (für eine hohe Arbeitsbelastung bei Analysen oder maschinellem Lernen), ist dies ein Ausgleich mit armbasierten Servern mit geringerer Leistung attraktive Idee für das Rechenzentrum.

Während die Project Olympus-Spezifikation, die Microsoft sowohl für x86- als auch für Arm-Server in Azure verwendet, Open Source ist und von Serverherstellern wie Wiwynn im Handel erhältlich ist, ist Windows Server for Arm außerhalb von Microsoft nicht verfügbar. Arm-Prozessoren tauchen seit einiger Zeit in NAS-Boxen auf, aber es gibt keine Anzeichen dafür, dass eine hyperkonvergente Storage Spaces Direct-Appliance mit ihnen konkurriert.

Zu der Zeit sagte der angesehene Microsoft-Ingenieur Leendert van Doorn, dass Microsoft keine Unternehmensmöglichkeit für Windows Server on Arm gesehen habe. Könnte der Aufstieg von IoT und Edge Computing sowie die bevorstehende Neoverse N1-Architektur von Arm dies ändern?

The Neoverse N1 is primarily optimised for high performance, but also designed for efficiency (Arm claims a 30 percent power efficiency increase over Cortex-A72 in the same process).

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Der Neoverse N1 ist in erster Linie für hohe Leistung optimiert, aber auch auf Effizienz ausgelegt (Arm behauptet, dass die Energieeffizienz gegenüber Cortex-A72 im selben Prozess um 30 Prozent gesteigert wird).

Bild: Arm

Fehlende Motherboards

Die Idee von Arm-Servern gibt es schon seit mehreren Jahren, aber Intel besitzt weiterhin den Servermarkt. Zuerst war es der Mangel an 64-Bit-Prozessoren und die ausreichend leistungsfähige Leistung, dann war es die Notwendigkeit, Serversoftware und Workloads auf die Plattform zu portieren.

Eine zunehmende Anzahl von Linux-Distributionen, Tools und Workloads wird auf ARM 64 ausgeführt (und die Unterstützung von VMware ESXi wird versprochen). Die Leistung war für Azure bis 2017 gut genug - tatsächlich war sie so gut, dass Microsoft Arm anstelle von Leistung oder Kosten als Grund für die Einführung von Arm verwendete.

Da Arm jedoch nur Prozessoren entwirft und es den Kunden überlässt, diese herzustellen, wurde das Problem, Lieferanten zu finden. Die SBSA-Spezifikation (Server Base System Architecture) von Arm wurde entwickelt, um die Fragmentierung zu verringern, und ermöglichte es Microsoft, sowohl Qualcomm- als auch Cavium-Prozessoren in Project Olympus-Gehäusen zu verwenden. Der Bau von Prozessoren ist teuer, und viele hoffnungsvolle Hersteller von Arm-Server-Prozessoren haben ihr Geschäft eingestellt oder wurden übernommen (Cavium ist jetzt Teil von Marvell, während Qualcomm seine Centriq-Entwicklung eingestellt hat).

Das bedeutet, dass selbst Unternehmen wie Cloudflare, die vorhatten, vollständig auf Arm-Hardware umzusteigen, auf Intel-Silizium geblieben sind. "Wir haben unseren gesamten Stack auf Arm und auf Qualcomm Centriq-Prozessoren portiert", sagte Matthew Prince, CEO von Cloudflare. Die benötigten Linux-Projekte liefen bereits auf ARM64. "Die Leistung war wirklich gut, wir hatten die Deals ausgehandelt, wer die Server für uns bauen sollte, wir waren auf Hochtouren - und dann hat Qualcomm das Ganze abgeschaltet."

Cloudflare verwendet jetzt Intel-Prozessoren, die viele Kerne für die sehr parallelen Workloads haben, aber einen relativ niedrigen Preis und Leistungsumfang haben. Aufgrund dieser Erfahrung hat Prince die Frage gestellt, ob Lieferanten Arm-Server-Hardware liefern können: Ein Großteil des Centriq-Teams ist nach Ampere gewechselt, aber die Leistung stimmt nicht mit den von Cloudflare getesteten Centriq-Systemen überein. Die leistungsstärksten Arm-Server stammen derzeit von Huawei, stellte Prince fest - aber Arm musste die Prozessorlizenz von Huawei ziehen.

AWS hat das Lieferantenproblem umgangen, indem es eigene Graviton-Arm-Prozessoren gebaut hat, damit es Arm-basiertes IaaS als Teil von EC2 anbieten kann. Graviton basiert auf der Arbeit von Annapurna Labs zur Erstellung von Netzwerk- und Speicherbeschleunigern für AWS. Bisher wurden viele Arm-Prozessoren, die auf Servern angezeigt werden, eher zum Auslagern als als Haupt-CPU verwendet.

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Die AWS A1 Arm-Instanzen sind für skalierbare Workloads wie Microservices, Webhosting und in Ruby und Python geschriebene Apps vorgesehen. Wie die Workloads von Cloudflare sind dies Aufgaben, die von der massiven Parallelisierung und der hohen Speicherbandbreite profitieren, die Arm bietet. In Azure werden auf Windows Server on Arm keine virtuellen Maschinen ausgeführt, da beim Emulieren von x86 die Leistung gegen geringen Stromverbrauch getauscht wird, sondern hochparallele PaaS-Workloads wie die Generierung, Speicherung und Verarbeitung großer Datenmengen von Bing-Suchindizes.

Zum ersten Mal steht ein Arm-basierter Supercomputer (von HPE mit Marvell ThunderX2-Prozessoren gebaut) auf der Liste der Top 500-Systeme in HPC - eine weitere hochparallele Arbeitslast. Die Arm Neoverse N1-Architektur der nächsten Generation wurde speziell für Server und Infrastruktur entwickelt.

Einen Server erstellen

Ein Teil davon ist, dass Arm ein Referenzdesign für den gesamten Serverprozessor bereitstellt, nicht nur eine CPU-Spezifikation, was das Erstellen von N1-Servern erleichtert. Die ersten auf N1 basierenden Produkte sollten Ende 2019 oder Anfang 2020 erhältlich sein, eine zweite Generation Ende 2020 oder Anfang 2021.

Darüber hinaus ist die neue CPU-Architektur für datenintensive Server-Workloads wie Memcached, NGINX, MySQL, Kubernetes, .NET und Java konzipiert. N1 unterstützt auch die von Arm als "Serverklasse" bezeichnete Virtualisierung für Hypervisoren vom Typ 1 und Typ 2 mit Verbesserungen für die Kontextumschaltung. Das bedeutet, dass Bare-Metal-Hypervisoren wie Hyper-V sowie gehostete Hypervisoren wie Xen und Brian Jeff, Senior Director of Product Management bei Arm, uns sagten, dass "wir alle Haken zur Unterstützung von Hyper-V eingebaut haben".

Mit bis zu 128 Kernen in einer CPU benötigen die Kerne eine effizientere Verbindung als der Ringarm zuvor. Mit N1 sind die Kerne nun direkt in einem Netz miteinander verbunden. "Das heißt, Sie können die Hälfte der CPU für eine Aufgabe und die andere Hälfte für eine andere Aufgabe verwenden", erklärte Jeff uns. "Beim Booten richten Sie Ihre Speicherzuordnung ein und sie ist zwischen den beiden Hälften aufgeteilt. Jede Seite hat ihren eigenen dedizierten Cache und Speicher und ist völlig von der anderen getrennt. Es sieht aus wie NUMA, Sie haben Cache-Affinität für jede Seite, also wenn Sie haben eine VM mit hoher Priorität oder eine Aufgabe, die Sie von der Allzweckseite des Systems isoliert halten möchten. Das können Sie tun. "

Die neue Architektur könnte Windows Server definitiv ausnutzen. Microsoft hat auch Windows on Arm erweitert (das heute nur auf Laptops verfügbar ist). Derzeit wird Hyper-V nicht unterstützt, wird aber bald verfügbar sein - nicht nur zum Ausführen von virtuellen Maschinen oder Hyper-V-Containern, sondern auch für virtualisierungsbasierte Sicherheit wie Windows Defender System Guard. VBS wird auch für die Funktion "Immer verschlüsselt" von SQL Server benötigt. Bei Build 2019 demonstrierte Microsoft auch native ARM64-Versionen der Sysinternals-Tools sowie Firefox und den neuen Chromium-basierten Edge-Browser. Das Neukompilieren von 64-Bit-Windows-Anwendungen in ARM64 ist jetzt recht einfach.

Edge servers like Lenovo's ThinkSystem SE350 could be a suitable platform for an Arm version of Windows Server IoT 2019. (The SE350 is currently Xeon-based.)

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Edge servers like Lenovo's ThinkSystem SE350 could be a suitable platform for an Arm version of Windows Server IoT 2019. (The SE350 is currently Xeon-based.)

" data-credit="Image: Lenovo" rel="noopener noreferrer nofollow">Edgeserver wie das ThinkSystem SE350 von Lenovo könnten eine geeignete Plattform für eine Arm-Version von Windows Server IoT 2019 sein. (Das SE350 basiert derzeit auf Xeon.)

Edge servers like Lenovo's ThinkSystem SE350 could be a suitable platform for an Arm version of Windows Server IoT 2019. (The SE350 is currently Xeon-based.)

" data-credit="Image: Lenovo" rel="noopener noreferrer nofollow">Bild: Lenovo

Edge servers like Lenovo's ThinkSystem SE350 could be a suitable platform for an Arm version of Windows Server IoT 2019. (The SE350 is currently Xeon-based.)

" data-credit="Image: Lenovo" rel="noopener noreferrer nofollow">Das bedeutet nicht, dass eine universelle Arm-Version von Windows Server jetzt wahrscheinlicher ist als 2017, aber ein Ort, an dem Arm-Server besonders sinnvoll sind, befindet sich am Rande - und Azure SQL Database Edge wird auf beiden ausgeführt Arm- und x64-Prozessoren, zunächst unter Linux und dann auch unter Windows. Edge servers like Lenovo's ThinkSystem SE350 could be a suitable platform for an Arm version of Windows Server IoT 2019. (The SE350 is currently Xeon-based.)

" data-credit="Image: Lenovo" rel="noopener noreferrer nofollow">Dies ist eine "Small Footprint" -Version (ca. 250 MB) von SQL Server, die für Zeitreihendaten (wie eine Reihe von Sensorablesungen) optimiert ist und maschinelle Lernmodelle ausführt, die in einem Container ausgeführt werden und Daten an Azure Stream Analytics und an eine Datenbank streamen wie Azure Data Warehouse, Cosmos DB oder SQL Server für die Speicherung.

Edge servers like Lenovo's ThinkSystem SE350 could be a suitable platform for an Arm version of Windows Server IoT 2019. (The SE350 is currently Xeon-based.)

" data-credit="Image: Lenovo" rel="noopener noreferrer nofollow">Die Idee ist, dass IoT-Geräte so viele Daten produzieren, dass Sie nicht alle Daten in die Cloud streamen können. Wenn Sie maschinelles Lernen wie Bilderkennung hinzufügen, um zu überprüfen, ob Bierflaschen eine Abfülllinie hinunterlaufen oder Pakete entlang eines Förderbandes Sie müssen Entscheidungen in Echtzeit treffen, anstatt darauf zu warten, dass die Daten in die Cloud gelangen und dass die Entscheidung zurückkommt. Edge servers like Lenovo's ThinkSystem SE350 could be a suitable platform for an Arm version of Windows Server IoT 2019. (The SE350 is currently Xeon-based.)

" data-credit="Image: Lenovo" rel="noopener noreferrer nofollow">Sie benötigen also eine Datenbank, in der Sie lokales maschinelles Lernen ausführen können, um dies mithilfe eines in der Cloud trainierten Modells zu handhaben. Edge servers like Lenovo's ThinkSystem SE350 could be a suitable platform for an Arm version of Windows Server IoT 2019. (The SE350 is currently Xeon-based.)

" data-credit="Image: Lenovo" rel="noopener noreferrer nofollow">Möglicherweise möchten Sie jedoch auch einen Teil der Daten an die Cloud senden, um das Modell des maschinellen Lernens zu verbessern.

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" data-credit="Image: Lenovo" rel="noopener noreferrer nofollow">Azure SQL Database Edge kann auf einem IoT-Gerät ausgeführt werden. Dies bedeutet, dass Windows 10 IoT Core mit der Azure IoT Edge-Laufzeit über Azure IoT Central und nicht über Windows Server verwaltet wird. Edge servers like Lenovo's ThinkSystem SE350 could be a suitable platform for an Arm version of Windows Server IoT 2019. (The SE350 is currently Xeon-based.)

" data-credit="Image: Lenovo" rel="noopener noreferrer nofollow">Microsoft möchte jedoch auch, dass es auf Gateway-Servern ausgeführt wird, auf denen mehrere IoT-Geräte und Edgeserver zusammengefasst sind, die eine Verbindung zur Cloud oder Ihren anderen Servern herstellen.

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" data-credit="Image: Lenovo" rel="noopener noreferrer nofollow">Lenovo stellt beispielsweise Edgeserver her, die für Umgebungen konzipiert sind, in denen herkömmliche Server nicht gut funktionieren, z. B. in einer Fabrik mit Vibrationen und Staub oder im Schrank eines Einzelhandelsgeschäfts ohne Sicherheit und ohne Ethernet-Kabel. Edge servers like Lenovo's ThinkSystem SE350 could be a suitable platform for an Arm version of Windows Server IoT 2019. (The SE350 is currently Xeon-based.)

" data-credit="Image: Lenovo" rel="noopener noreferrer nofollow">Wenn es eine Arm-Version des Lenovo ThinkSystem SE350-Edgeservers gibt und nicht nur ein Xeon-Modell, und wenn Windows statt nur Linux ausgeführt wird, wird möglicherweise Windows Server anstelle von Windows 10 IoT Enterprise ausgeführt (der Ersatz für Windows Embedded, für den entwickelt wurde) Geräte mit fester Funktion wie Geldautomaten und POS-Systeme).

ARM64 Process Explorer running on a Qualcomm Snapdragon 850 notebook at Build 2019.

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ARM64 Process Explorer running on a Qualcomm Snapdragon 850 notebook at Build 2019.

" data-credit="Image: Mary Branscombe/TechRepublic" rel="noopener noreferrer nofollow">ARM64 Process Explorer wird auf Build 2019 auf einem Qualcomm Snapdragon 850-Notebook ausgeführt.

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" data-credit="Image: Mary Branscombe/TechRepublic" rel="noopener noreferrer nofollow">Bild: Mary Branscombe / TechRepublic

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" data-credit="Image: Mary Branscombe/TechRepublic" rel="noopener noreferrer nofollow">Microsoft verfügt bereits über Windows Server IoT 2019, den neuen Namen für Windows Embedded Server, und verfügt über leistungsstarke Netzwerke und Hochverfügbarkeitsspeicher mit Clustering mit zwei Knoten für anspruchsvollere Edge-Szenarien wie die gleichzeitige Ausführung der Echtzeit-Bilderkennung von 16 Kameras, um eine ganze Linie zu überwachen. ARM64 Process Explorer running on a Qualcomm Snapdragon 850 notebook at Build 2019.

" data-credit="Image: Mary Branscombe/TechRepublic" rel="noopener noreferrer nofollow">Eine Arm-Version davon könnte Sinn machen und die N1-Architektur würde genau dazu passen.

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" data-credit="Image: Mary Branscombe/TechRepublic" rel="noopener noreferrer nofollow">Ebenso sind einige OEMs daran interessiert, Windows 10 Enterprise auf Qualcomm Snapdragon 850-Geräten zu verwenden (was Windows on Arm-Laptops verwenden). ARM64 Process Explorer running on a Qualcomm Snapdragon 850 notebook at Build 2019.

" data-credit="Image: Mary Branscombe/TechRepublic" rel="noopener noreferrer nofollow">Das integrierte LTE ist ideal zum Senden von Daten von Orten ohne herkömmliche Netzwerkverbindungen.

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" data-credit="Image: Mary Branscombe/TechRepublic" rel="noopener noreferrer nofollow">Unabhängig davon, ob es sich um Windows Enterprise oder eine spezialisierte IoT-Version von Windows Server handelt, wird Windows on Arm eine Option für Industrie- und Edge-Computing sein. ARM64 Process Explorer running on a Qualcomm Snapdragon 850 notebook at Build 2019.

" data-credit="Image: Mary Branscombe/TechRepublic" rel="noopener noreferrer nofollow">Erwarten Sie jedoch keinen universellen Windows Server on Arm, es sei denn, die N1-Architektur belebt den Arm-Server-Markt wirklich wieder, nur weil das Silizium ihn gut ausführen kann.

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" data-credit="Image: Mary Branscombe/TechRepublic" rel="noopener noreferrer nofollow">Microsoft Weekly Newsletter

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" data-credit="Image: Mary Branscombe/TechRepublic" rel="noopener noreferrer nofollow">Seien Sie der Microsoft-Insider Ihres Unternehmens mit Hilfe dieser Windows- und Office-Tutorials und der Analysen unserer Experten zu Microsoft-Unternehmensprodukten. ARM64 Process Explorer running on a Qualcomm Snapdragon 850 notebook at Build 2019.

" data-credit="Image: Mary Branscombe/TechRepublic" rel="noopener noreferrer nofollow">Wird montags und mittwochs geliefert

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