美光 DDR5 內(nèi)存配合第四代 AMD EPYC 處理器，提升高性能計(jì)算工作負(fù)載

美光與AMD聯(lián)手為客戶及數(shù)據(jù)中心平臺(tái)提供一流的用戶體驗(yàn)。雙方在奧斯汀建立聯(lián)合服務(wù)器實(shí)驗(yàn)室，以減少服務(wù)器內(nèi)存驗(yàn)證時(shí)間，在產(chǎn)品驗(yàn)證和發(fā)布期間共同進(jìn)行工作負(fù)載測(cè)試。目前美光適用于數(shù)據(jù)中心的 DDR5 內(nèi)存和第四代 AMD EPYCTMTM（霄龍）處理器均已出貨，我們對(duì)其進(jìn)行了一些常見的高性能計(jì)算（HPC）工作負(fù)載基準(zhǔn)測(cè)試。

長(zhǎng)期以來(lái)，超級(jí)計(jì)算機(jī)承擔(dān)著高性能計(jì)算工作負(fù)載。此類大規(guī)模的數(shù)據(jù)密集型工作負(fù)載需要運(yùn)行TB 級(jí)的數(shù)據(jù)量以進(jìn)行數(shù)百萬(wàn)個(gè)并行操作，以解決人類世界的難題，如天氣和氣候預(yù)測(cè)；地震建模；化學(xué)、物理和生物分析等。隨著計(jì)算機(jī)架構(gòu)的進(jìn)步，此類工作負(fù)載往往托管在超大型“可橫向擴(kuò)展”的高性能服務(wù)器集群中。這些服務(wù)器集群需要集合最強(qiáng)大的算力、架構(gòu)、內(nèi)存和存儲(chǔ)基礎(chǔ)設(shè)施，以滿足關(guān)鍵工作負(fù)載對(duì)可擴(kuò)展性、低延遲和高性能的需求。然而隨著服務(wù)器 CPU 的性能和吞吐量不斷增長(zhǎng)，DDR4 無(wú)法提供足夠的內(nèi)存帶寬，來(lái)滿足不斷增長(zhǎng)的高性能內(nèi)核。

為緩解這一瓶頸，美光 DDR5 內(nèi)存與采用了Zen 4 服務(wù)器架構(gòu)的第四代AMD EPYC 處理器強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，使服務(wù)器 CPU 能夠更好地匹配內(nèi)存產(chǎn)品，滿足數(shù)據(jù)密集型工作負(fù)載對(duì)性能和效率的需求。美光DDR5 內(nèi)存可幫助企業(yè)從本地和云端數(shù)據(jù)中更快獲取洞察。我們對(duì)最新的 AMD Zen 4 96 核CPU和美光DDR5進(jìn)行了行業(yè)內(nèi)高性能計(jì)算工作負(fù)載基準(zhǔn)測(cè)試，所有結(jié)果均顯示性能提升了兩倍。

美光DDR5 搭配第四代 AMD EPYC 處理器，在STREAM 測(cè)試中實(shí)現(xiàn)內(nèi)存帶寬翻倍STREAM1是常見的基準(zhǔn)測(cè)試工具，用于測(cè)量高性能計(jì)算機(jī)的內(nèi)存帶寬，可捕獲高性能計(jì)算系統(tǒng)的峰值內(nèi)存帶寬。該工作負(fù)載使用的軟件堆棧

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STREAM.f，2021 年 11 月 29 日發(fā)布版本

測(cè)試設(shè)置

DDR4 系統(tǒng)搭配第三代 64 核3.7 GHz AMD EPYC 處理器；DDR4 3200 MHz 系統(tǒng)2的 RDIMM 內(nèi)存槽插滿，共 64GB

DDR5 系統(tǒng)搭配第四代96 核3.7 GHz AMD EPYC 處理器；DDR5 4800 MHz 系統(tǒng)3的 RDIMM 內(nèi)存槽插滿，共 64GB

測(cè)試結(jié)果

DDR5 系統(tǒng)每插槽內(nèi)存帶寬翻倍，達(dá)到 378 GB/s

該結(jié)果意味著客戶能運(yùn)行更大規(guī)模的人工智能/機(jī)器學(xué)習(xí)（AI/ML）項(xiàng)目，或利用 DDR5 增加的內(nèi)存帶寬進(jìn)行更多高性能計(jì)算。

美光 DDR5，助力天氣研究和預(yù)報(bào)（WRF）4速度提升2倍此次測(cè)試使用的高性能計(jì)算工作負(fù)載代碼針對(duì)天氣和氣候。WRF模型在一些支持高性能浮點(diǎn)處理、高內(nèi)存帶寬、低延遲網(wǎng)絡(luò)等傳統(tǒng)高性能計(jì)算架構(gòu)中表現(xiàn)良好，測(cè)試對(duì)象為橫向分辨率為 2.5 公里的美國(guó)大陸地區(qū)（CONUS）。該工作負(fù)載使用的軟件堆棧

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WRF 2.3.5 & 4.3.3

Open MPI v4.1.1

測(cè)試設(shè)置

DDR4 系統(tǒng)搭配第三代64 核3.7 GHz AMD EPYC 處理器；DDR4 3200 MHz 系統(tǒng)2的 RDIMM 內(nèi)存槽插滿，共 64GB

DDR5 系統(tǒng)搭配第四代 96 核3.7 GHz AMD EPYC 處理器；DDR5 4800 MHz 系統(tǒng)3的 RDIMM 內(nèi)存槽插滿，共 64GB

測(cè)試結(jié)果

美光 DDR5 搭配第四代 AMD EPYC 處理器，可實(shí)現(xiàn) 1.3567 時(shí)間步/秒 VS DDR4 系統(tǒng)的2.8533 時(shí)間步/秒

速度更快意味著可使用更大的數(shù)據(jù)庫(kù)或運(yùn)行更多模型以進(jìn)行天氣預(yù)測(cè)，進(jìn)而改善預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確度。

美光 DDR5，助力OpenFOAM5速度提升2倍OpenFOAM是一種計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（CFD）的開源高性能計(jì)算工作負(fù)載，廣泛應(yīng)用于多個(gè)行業(yè)，有助于縮短開發(fā)時(shí)間并降低成本。從消費(fèi)類產(chǎn)品設(shè)計(jì)到航空航天設(shè)計(jì)，OpenFOAM能夠模擬不同應(yīng)用中的物理互動(dòng)，包括摩托車風(fēng)擋湍流。在該模擬中，OpenFOAM能夠計(jì)算摩托車和騎手周圍的穩(wěn)定氣流。OpenFOAM能夠根據(jù)用戶指定的進(jìn)程數(shù)進(jìn)行負(fù)載均衡計(jì)算，以此將網(wǎng)格分解成多個(gè)部分并分配給不同的進(jìn)程求解。求解完成后，再將網(wǎng)格和解重新組合為單個(gè)域。

該工作負(fù)載使用的軟件堆棧

OpenFOAM CFD 軟件（版本8），其中摩托車網(wǎng)格尺寸為：600 x 240 x 240

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Open MPI v4.1.1

測(cè)試設(shè)置

DDR4 系統(tǒng)搭配第三代64 核3.7 GHz AMD EPYC 處理器；DDR4 3200 MHz 系統(tǒng)2的 RDIMM 內(nèi)存槽插滿，共 64GB

DDR5 系統(tǒng)搭配第四代 96 核3.7 GHz AMD EPYC 處理器；DDR5 4800 MHz 系統(tǒng)3的 RDIMM 內(nèi)存槽插滿，共 64GB

測(cè)試結(jié)果

測(cè)試結(jié)果表明美光DDR5 產(chǎn)品組合將OpenFOAM性能提高了 2.4 倍。OpenFOAM為五大高性能計(jì)算軟件平臺(tái)之一，擁有大型開源社區(qū)。該軟件廣泛應(yīng)用于大學(xué)和研發(fā)中心，可利用高帶寬內(nèi)存和擁有密集內(nèi)核的高性能CPU，實(shí)現(xiàn)高度的并行操作。美光 DDR5 ，助力分子動(dòng)力學(xué)6速度提升2倍CP2K 是一款開源量子化學(xué)工具，適用于許多應(yīng)用，包括固態(tài)生物系統(tǒng)模擬。CP2K 能夠?yàn)椴煌慕７椒ㄌ峁┩ㄓ玫目蚣堋４舜螠y(cè)試對(duì)象為水（H2O）的密度泛函理論（DFT），模擬盒子中共包含 6,144 個(gè)原子（2,048 個(gè)水分子）。該工作負(fù)載使用的軟件堆棧

H2O-DFT-LS.NREP4 及 H2O-DFT-LS

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測(cè)試設(shè)置

DDR4 系統(tǒng)搭配第三代64 核3.7 GHz AMD EPYC 處理器；DDR4 3200 MHz 系統(tǒng)2的 RDIMM 內(nèi)存槽插滿，共 64GB

DDR5 系統(tǒng)搭配第四代 96 核3.7 GHz AMD EPYC 處理器；DDR5 4800 MHz 系統(tǒng)3的 RDIMM 內(nèi)存槽插滿，共 64GB

測(cè)試結(jié)果測(cè)試結(jié)果表明美光DDR5 產(chǎn)品組合將分子動(dòng)力學(xué)性能提高了2.1 倍。隨著內(nèi)核數(shù)和內(nèi)存帶寬增加，此類工作負(fù)載的性能也顯著提升。總結(jié)目前我們只針對(duì)少量高性能計(jì)算工作負(fù)載進(jìn)行了測(cè)試，因此以上只是我們的初步成果。將高性能高帶寬內(nèi)存與最新的服務(wù)器處理器（如第四代 AMD EPYC 處理器）相結(jié)合，可為高性能計(jì)算客戶創(chuàng)造新的可能。我們期待更多企業(yè)數(shù)據(jù)中心和云服務(wù)商，能夠在新平臺(tái)上應(yīng)用美光 DDR5 產(chǎn)品，解鎖更高的性能與能效。

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1 我們?cè)?STREAM 基準(zhǔn)測(cè)試中配置了 25 億個(gè)向量的STREAM Benchmark——運(yùn)行在一臺(tái)單 AMD CPU 系統(tǒng)上2 AMD DDR4 系統(tǒng)為一臺(tái) 64 核 AMD EPYC 7763處理器， DDR4-3200 MHz 的RDIMM 內(nèi)存槽插滿，共 64GB3 AMD DDR5 系統(tǒng)為一臺(tái)96 核AMD EPYC 9654處理器， DDR5-4800 MHz 的RDIMM 內(nèi)存槽插滿，共 64GB4 橫向分辨率為12.5 公里CONUS 的 WRF 在 DDR4 系統(tǒng)上的運(yùn)行時(shí)間為 929 秒，在 DDR5 系統(tǒng)上的運(yùn)行時(shí)間為 287 秒（均包括存儲(chǔ)器的輸入/輸出時(shí)間）。該測(cè)試中 WRF 配置為 2.5 公里 CONUS，測(cè)試結(jié)果為1.3567 時(shí)間步/ 秒，相比之下DDR4 的運(yùn)行時(shí)間為2.8533時(shí)間步/秒。5 針對(duì)OpenFOAM，我們運(yùn)行了三種變體：5a：1004040 runtimes，DDR4 系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間為 1,144 秒，DDR5 系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間為 478 秒5b：1084646 runtimes，DDR4 系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間為 1,633 秒，DDR5 系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間為 698 秒5c：1305252 runtimes，DDR4 系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間為 2,522秒，DDR5 系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間為 1,091 秒6分子動(dòng)力學(xué)工作負(fù)載在 DDR4 系統(tǒng)上的運(yùn)行時(shí)間為 2,519 秒，在 DDR5 系統(tǒng)上的運(yùn)行時(shí)間為 1,242 秒

作者：

Krishna Yalamanchi

Krishna 擔(dān)任美光生態(tài)系統(tǒng)高級(jí)開發(fā)經(jīng)理，專注于研發(fā) DDR5 和 CXL 解決方案。他曾在英特爾 IT 部門任職，領(lǐng)導(dǎo) SAP HANA 的遷移工作，通過(guò)與SI、OEM和云服務(wù)提供商共同搭建的合作伙伴生態(tài)系統(tǒng)，推出了用于SAP工作負(fù)載的第三代與第四代 Intel Xeon 處理器。

SudharshanVazhkudai

Sudharshan S. Vazhkudai博士擔(dān)任美光系統(tǒng)架構(gòu)和工作負(fù)載分析總監(jiān)。他領(lǐng)導(dǎo)一支位于奧斯汀和印度海得拉巴的團(tuán)隊(duì)，致力于研究?jī)?nèi)存和存儲(chǔ)（DDR、CXL、HBM 和 NVME）產(chǎn)品中層次結(jié)構(gòu)的可組合性，并優(yōu)化與數(shù)據(jù)中心工作負(fù)載相關(guān)的系統(tǒng)架構(gòu)。