Processor Intel & AMD

Processor atau sering disebut CPU (Central Processing Unit) merupakan otak dari sebuah komputer dimana performa komputasi suatu komputer dilihat dari spesifikasi processor yang digunakan. Perangkat server menggunakan  processor yang memiliki performa lebih baik dibanding dengan jenis komputer lainnya karena memang server ditujukan untuk menangani task lebih berat dan banyak dibanding komputer lainnya. Intel® Xeon® merupakan processor yang umum dan sering digunakan pada server saat ini, selain Intel ada juga processor AMD EPYC dengan performa tidak kalah dari Intel processor tapi mungkin masih banyak yang belum mengetahui mengenai processor AMD EPYC ini. 

Pada halaman ini akan membahas mengenai Intel® Xeon® Scalabel generasi pertama dan AMD EPYC generasi pertama. 

Gambar 1. AMD EPYC & Intel® Xeon® Scalable

Berikut adalah beberapa perbedaan fitur masing-masing CPU AMD EPYC maupun  Intel®  Xeon® Scalabe : 

1. Processor server memiliki jumlah core lebih banyak yaitu hingga 28 core 56  thread  per processor untuk Intel Xeon Scalable, 32 core 64  threads  per  processor untuk AMD EPYC. 
2. Processor server hanya bisa menggunakan RAM jenis ECC, RDIMM dan LRDIMM. 
3. Processor server menggunakan RAM dengan kapasitas lebih besar dibanding komputer lainnya yaitu hingga 64 GB per keping RAM serta memiliki koneksi slot RAM hingga 24 slot untuk Intel Xeon dan 32 slot RAM untuk AMD EPYC. Sedangkan untuk komputer lain maksimum RAM yang bisa digunakan adalah 16GB per keping RAM serta umumnya hanya memiliki slot RAM 2-4 slot saja.
4. Pada perangkat server dapat menggunakan lebih dari satu processor pada motherboard, sedang pada komputer lain hanya satu processor.
5. Processor server mampu menangani beban lebih berat dengan jumlah pengguna komputer jauh lebih banyak dibanding processor komputer lain.

Processor pada perangkat server lebih mengutamakan jumlah core dibanding dengan clock speed, meskipun begitu processor server juga memiliki beberapa tipe processor dengan clock speed lebih tinggi dengan jumlah core lebih sedikit karena server didesain untuk melayani service jaringan dengan pengguna yang sangat banyak sehingga membutuhkan core dan thread yang lebih banyak dibandingkan dengan clock speed. Hal ini berbeda dengan komputer Workstation dan PC gaming yang membutuhkan  clock speed lebih tinggi dibanding jumlah core yang banyak.

Beberapa tipe processor Intel® Xeon® beserta spesifikasinya dapat dilihat pada link ini. Sedangkan spesifikasi untuk processor AMD EPYC dapat dilihat pada link ini. 

Beberapa penjelasan fitur teknologi pada processor Intel® Xeon® Scalable :

1. Intel® Speed Shift Technology : Fitur yang digunakan untuk mempercepat respon terhadap beban single thread dengan durasi yang pendek seperti web browsing. Dengan fitur ini processor mampu memilih clock speed  (frekuensi) dan  tegangan yang sesuai dengan workload sehingga dapat meng-optimalkan performa processor dan mengoptimalkan efisiensi daya listrik.
2. Intel® Turbo Boost Technology : Fitur ini dapat menaikan clock speed  processor  secara dinamis jika memang dibutuhkan untuk meningkatkan kinerja server, serta mengoptimalkan efisiensi energi daya listrik saat processor atau CPU tidak membutuhkan peforma clock speed.
3. Intel® Virtualization Technology (VT-x) : Fitur yang mengijinkan satu perangkat keras berfungsi sebagai multiple 'virtual' platform. Fitur ini memiliki kemampuan pengelolaan yang sangat bagus dalam mengisolasi aktivitas komputasi dalam beberapa sekat partisi.
4. Intel® Hyper-Threading Technology (Intel® HT Technology): Fitur yang memungkinkan dua processing thread pada satu fisik core. Semakin banyak  thread  aplikasi akan dapat dikerjakan dengan lebih baik menggunakan processor yang memiliki jumlah thread lebih banyak.
5. Intel® Virtualization Technology for Directed I/O (VT-d) : Intel VT-d dapat membantu pengguna meningkatkan keamanan reabilitas sistem serta meningkatkan performa perangkat I/O dalam lingkungan virtualisasi.
6. Intel® VT-x with Extended Page Tables (EPT) : Fitur ini juga sering disebut Second Level Address Translation (SLAT) yang berfungsi untuk meningkatkan performa dan memberikan akselerasi pada aplikasi virtual yang sering mengakses RAM.
7. Intel® vPro™ Technology : Merupakan seperangkat kemampuan keamanan dan pengelolaan dalam processor yang ditujukan untuk mengatasi 4 hal penting  mengenai keamanan  yaitu: 1) Manajemen ancaman, termasuk perlindungan dari  rootkit, virus, dan malware. 2) Identitas dan perlindungan titik akses situs web.  3) Perlindungan data pribadi dan bisnis rahasia. 4) Pemantauan, remediasi, serta perbaikan server atau komputer jarak jauh dan lokal.
8. Intel® Volume Management Device (VMD) : Fitur ini menyediakan metode hotplug  dan manajemen LED untuk solid state drive berbasis NVMe. 

Berikut adalah beberapa fitur pada processor AMD EPYC :

1. AMD Secure Processor : Fitur ini menyediakan fungsionalitas kriptografis untuk pembuatan kunci keamanan dan kunci managemen.
2. AMD Secure Encrypted Virtualization (SEV) : Fitur ini digunakan untuk melakukan enkripsi semua konten pada CPU register saat VM berhenti. Hal ini bertujuan untuk mencegah kebocoran informasi pada CPU register ke komponen seperti hypervisor, bahkan fitur ini juga dapat mendeteksi modifikasi yang membahayakan pada status CPU register.
3. AMD Secure Memory Encryption (SME)  : Fitur yang menggunakan satu kunci untuk melakukan enkripsi pada sistem memory. Kunci tersebut dihasilkan oleh AMD secure processor saat boot. SME perlu diaktifkan pada sistem BIOS atau pada sistem operasi. Saat pengaktifan dilakukan pada BIOS, enkripsi memory dilakukan secara transparan dan dapat berjalan pada sistem operasi apapun.
4. AMD Virtualization (AMD-V™) : Teknologi yang menawarkan fitur untuk meningkatkan kinerja sumber daya virtualisasi yang digunakan.

Untuk gambaran perbandingan perfoma Intel Xeon dan AMD EPYC menggunakan  Stream  untuk melakukan tes memory bandwidth. Gambar 3 adalah hasil benchmark Stream Intel Xeon E5-2690 v4 vs EPYC 7601. Perbandingan ini dilakukan oleh internal dari pihak AMD. 

Gambar 3. Perbandingan Intel Xeon vs AMD EPYC menggunakan stream

 Sumber benchmark pada Gambar 3 

Untuk gambaran perbandingan perfoma Intel Xeon dan AMD EPYC digunakan software TPC Express Benchmark HS (TPCx-HS). TPCS-HS ini merupakan tool yang digunakan untuk melakukan benchamark Hadoop berbasis big data analytic systems.  

Gambar 4. Perbandingan Intel Xeon vs AMD EPYC menggunakan TPCx-HS

Sumber benchmark pada Gambar 4

Untuk informasi lebih lanjut mengenai perbandingan benchmark antara Intel Xeon dengan AMD EPYC bisa dilihat pada link ini.

Dilihat dari perbandingan jumlah core dan memory slot AMD EPYC memiliki keunggulan untuk server virtualisasi karena memiliki jumlah core dan memory slot lebih banyak per CPU-nya .

Clock speed tinggi atau jumlah core banyak?
Khusus untuk perangkat server umumya lebih mengutamakan jumlah core processor dibanding dengan clock speed tinggi karena server umumnya digunakan untuk menjalankan service yang digunakan oleh banyak pengguna dimana akan lebih efisien menggunakan banyak core processor dibanding menggunanakan sedikit core  meskipun  processor tersebut memiliki frekuensi lebih tinggi. Penjelasan di atas dapat dianalogikan seperti keterangan di bawah :

Anggap saja saya (penulis) adalah sebuah core processor. Misalkan saya diberi tugas untuk menata sepuluh meja dan sepuluh kursi dalam waktu satu menit, kira-kira apakah bisa saya menyelesaikannya? anggap saja jawabannya saya dapat menyelesaikannya. tetapi untuk menempuh waktu satu menit saya harus bekerja menata meja dan kursi sedemikian rupa dengan cepat dan berlarian (terburu-buru), kerja dengan cepat sambil berlarian ini dianalogikan sebagai clock speed processor. Selain itu jika saya bekerja dengan terburu-buru supayacpekerjaan cepat selesai berarti saya butuh makan dan minum lebih karena kerja sendirian akan sangat menguras energi dan akan menghasilkan panas berlebih (berkeringat).
Jika saya dibantu oleh tiga teman sehingga total orang yang mengerjakan untuk menata meja dan kursi ada empat orang maka untuk menyelesaikan semua meja dan kursi dalam waktu satu menit saya tidak perlu bekerja terburu buru ( lebih santai ), selain itu tidak banyak menguras energi karena pekerjaan diselesaikan oleh empat orang yang dapat  dianalogikan menggunakan empat core processor.
Jika saya dibantu lebih banyak teman lagi maka pekerjaan akan lebih efisien dan dapat lebih menyingkat waktu dari pada kerja sendirian atau kerja dengan sedikit bantuan. Sehingga kesimpulannya adalah jika serverr menggunakan aplikasi atau perangkat lunak yang diakses oleh banyak pengguna maka perlu core yang lebih banyak, jika Anda memiliki dana lebih maka Anda dapat menggunakan processor dengan jumlah core lebih banyak sekaligus memiliki clock speed yang tinggi.

Desain CPU
Antara Intel dan AMD memiliki desain CPU yang berbeda yang akan dibahas pada sub bab ini. 

EPYC Multi-Chip Yield Tradeoff (EPYC MCM)
AMD membuat EPYC processor menggunakan multiple die Zeppelin yang memiliki keuntungan dalam pembuatan processor dengan jumlah core yang lebih banyak, memory bandwidth lebih tinggi, dan IO lebih banyak dengan biaya produksi lebih efisien dibanding membuat CPU menggunakan monolitic die (satu kesatuan chip yang terdiri dari core, memory controller dan IO). EPYC multiple die dapat dilihat pada Gambar 5. 

Gambar 5. AMD EPYC multi-chip die

Menggunakan multiple die memiliki kekurangan yaitu menimbulkan latensi lebih saat mengakses memory antar die pada processor soket lain. Untuk menanggulangi latensi dibuat koneksi infinity fabric antar die pada soket lain yang didistribusikan pada masing-masing Zappelin die untuk keseimbangan akses memory seperti yang ditunjukan pada Gambar 6. Sistem operasi modern saat ini mendukung NUMA dan dapat mengelola variabel latensi.  

Gambar 6. EPYC NUMA domain dan AMD infinity fabric

Dengan melakukan partisi satu soket processor menjadi beberapa NUMA node (sub NUMA) dapat mengoptimalkan task-task pada setiap core tetap dekat dengan memory controller, seperti yang dilakunan pada EPYC yang dapat dilihat pada Gambar 6. NUMA sangat membantu pada sistem operasi cloud computing atau virtualisasi karena dapat mengurangi memory latensi dan data traffic antar die.
NUMA kependekan dari Non-Uniform Memory Access merupakan arsitektur  multiprocessing (multi die) dimana masing-masing  processor memiliki memory controller-nya sendiri akan tetapi tetap bisa mengakses memory pada processor lainnya. Disebut 'Non-Uniform' karena memori akses pada lokal memory memiliki latensi yang rendah dibanding mengakses memory pada processor lainnya.

Intel Skylake-X Mesh Fabric 

Gambar 7. Intel Skylake-X Mesh Fabric

Intel membuat processor menggunakan teknologi topologi mesh baru yang terdiri dari grid baru dan kolom yang menghubungkan core dan cache bersama dengan IO dan memory controller. Antar cincin tidak terdapat buffer switch, hanya jalan besar (large mesh) saja sehingga mengurangi salah satu cek poin lalu lintas data core yang besar. 
Koneksi switch antar seksi atau cincin pada grid memungkinkan koneksi langsung antar komponen sehingga menyediakan jalur komunikasi yang lebih cepat menggunakan intelligent scheduling (NUMA).

EoF