Immer mehr Kunden fragen nicht nur nach der Leistung eines Servers, sondern auch nach seinem Stromverbrauch. Wir zeigen Ihnen, welcher Rack-Server mit Xeon- oder Opteron-CPUs mehr Leistung pro Watt bietet.
Geht es um einen neuen Server, so liegen die beliebten Zwei-Sockel-Modelle im Trend. Laut IDC sind zirka 70 Prozent aller x86-basierten Server mit zwei Prozessoren ausgestattet. Geht es in diesem Segment rein um Performance, so lässt sich die Suche schnell eingrenzen: Intels Xeon-5600-Serie mit Hexa-Core-Technologie stellt in vielen Benchmarks das Maß der Dinge dar. Als Alternative gibt es aus Sicht der Rechenleistung nur AMDs Opteron 6100 mit zwölf Kernen. Doch gehen die auf dem Markt erhältlichen Xeon-5600-Server auch sparsam mit der Energie um? Oder sollten Server mit dem für seine Energieeffizienz bekannten AMD Opteron doch besser mit ins Kalkül gezogen werden?
Besitzt ein Server mit Xeon- oder AMD-Prozessoren möglichst identische Komponenten, so lässt sich die Frage, welche Plattform die beste Energieeffizienz bietet, schnell anhand der gewählten CPUs beantworten. Lesen Sie hierzu unseren Artikel Test - Xeon L5630 vs. Opteron 4162 EE; darin finden Sie die Energieeffizienz verschiedenster Prozessoren bei möglichst identischen Komponenten im Vergleich.
In der Praxis wird es bei den angebotenen Servern von Dell, Fujitsu, HP, IBM und Konsorten schon schwieriger, denn die Systeme diversifizieren und positionieren sich gerade durch unterschiedliche Komponenten. Rückschlüsse auf die Energieeffizienz des Servers nur anhand der verbauten CPUs zu ziehen wird schwierig.
Doch es gibt Abhilfe: Das herstellerunabhängige Benchmark-Konsortium SPEC stellt seit Anfang 2008 mit dem SPECpower_ssj2008 den ersten Industrie-Standardtest für die Evaluierung der Performance- und Energiecharakteristika von Standard-Servern zur Verfügung. Die bekannten Server-Hersteller veröffentlichen auf SPEC für ihre Systeme die Energieeffizienz mit SPECpower. Dabei achten die Hersteller darauf, die bestmöglichen Resultate zu erreichen - mehr Energieeffizienz ist nicht drin!
In diesem Artikel präsentieren wir Ihnen die Rechenleistung pro Watt der besten Server mit zwei Prozessorsockeln. Neben der Energieeffizienz finden Sie zusätzlich die Performance sowie den Energieverbrauch der Server im Leerlauf und unter Volllast.
Standardisierter Benchmark für Energieeffizienz
SPECpower_ssj2008 wurde vom Benchmark-Konsortium SPEC gemeinsam mit AMD, Dell, Fujitsu-Siemens (dem heutigen FTS), Hewlett-Packard, Intel und Sun (Oracle) entwickelt. SPECpower_ssj2008 simuliert Lastzustände von 0 bis 100 Prozent in Zehn-Prozent-Schritten. Dabei ermittelt der Benchmark sowohl die Performance als auch den dazugehörigen Energieverbrauch des Systems.
SPECpower_ssj2008 basiert auf dem Java-Server-Benchmark SPECjbb2005 von SPEC. Somit wird der Workload des Energieeffizienztests über eine typische Client-Server-Anwendung emuliert. Die Server-Leistung mit Java ermittelt der Benchmark über XML-Processing sowie aufwendige Dezimalberechnungen. SPECpower_ssj2008 unterstützt Multithreading und skaliert sehr gut mit der Anzahl der Prozessoren in einem Server. Für die Performance bei SPECpower_ssj2008 sind neben den CPUs und deren Caches die Speicherhierarchie und das Bus-System zwischen den Prozessoren verantwortlich. Die Leistungsfähigkeit des Storage-Subsystems fließt in die Performance des Benchmarks nicht mit ein.
Entscheidend für die erreichbare Leistung mit SPECpower_ssj2008 ist die Wahl der installierten Java-VM. Hier liegt auch der Nachteil des SPEC-Benchmarks. Die am weitesten verbreitete JVM stammt zwar von Oracle (Sun), sie wird aber bei SPECpower_ssj2008 kaum verwendet. Stattdessen basieren fast alle bei der SPEC gemeldeten SPECpower_ssj2008-Ergebnisse auf der JVM JRockit von Oracle/Bea oder bei neueren Veröffentlichungen auf der IBM J9 VM. JRockit und insbesondere J9 VM zeichnen sich bei diesem Benchmark durch eine sehr hohe Java-Performance aus. Die Java-Engines lassen sich zudem durch eine Vielzahl von Parametern feintunen. Erlaubt ist dabei alles, solange es dokumentiert ist.
Als Ergebnis gibt SPECpower_ssj2008 eine lastabhängige Performance/Watt-Kurve aus. Für jeden Lastzustand (Zehn-Prozent-Schritte) gibt es die ssj_ops als Leistungs-Angabe sowie den zugehörigen Energieverbrauch des Systems. Zusätzlich generiert SPECpower_ssj2008 einen gemittelten Gesamtwert, mit dem die Energieeffizienz eines Systems zum Ausdruck gebracht werden soll.
Energieeffizienz Performance/Watt
Der Gesamtwert von SPECpower_ssj2008 steht für die Energieeffizienz des Systems. Der Benchmark gibt die gemittelte Rechenleistung pro Watt an, die über alle Lastzustände von 10 bis 100 Prozent gemessen wird.
Die CPU-Energiesparoptionen SpeedStep (Intel) und PowerNow! (AMD) zum dynamischen Regeln von Taktfrequenz und Core-Spannung je nach CPU-Auslastung sind bei den SPECpower-Benchmark aktiv.
Im folgenden Diagramm zeigen wir die von den Server-Herstellern jeweils effizientesten Zwei-Sockel-Systeme:
Alle aufgeführten Server sind auf einen geringen Energieverbrauch optimiert und verfügen über die Grundausstattung. Entsprechend sind die Modelle nicht mit Vollbestückung bezüglich DIMMs, Festplatten oder einem optionalen zweiten Netzteil ausgerüstet.
Welchen Einfluss Low-Voltage-CPUs auf die Energieeffizienz haben, zeigt der Vergleich des HP ProLiant DL380 G7 mit Xeon L5640 (2,26 GHz / 60 Watt TDP) und dem DL380 G7 mit Xeon X5675 (3,06 GHz / 95 Watt TDP). Trotz 19 Prozent geringerer Performance besitzt der Server mit dem Xeon L5640 eine fünf Prozent geringere Effizienz. Der große Unterschied ist in der maximalen Leistungsaufnahme: Der DL380 G7 benötigt unter Volllast mit den Xeon-L5640-CPUs 172 Watt, mit den X5675-Modellen 222 Watt.
Wie sehr die verbaute Hardware bei identischen Prozessoren Einfluss auf die Effizienz hat, zeigt sich am Beispiel des Hitachi HA8000/RS220. Das System bietet mit den Xeon X5670 die Performance anderer X5670-basierender Server, benötigt aber deutlich mehr Energie.
Minimaler Energieverbrauch
SPECpower_ssj2008 führt neben den Lasttests zusätzlich Kalibrierungsmessungen über den Energieverbrauch im Leerlauf durch. Dabei wird der minimale Energiebedarf des Systems ermittelt.
Im folgenden Diagramm zeigen wir den minimalen Energieverbrauch der effizientesten Zwei-Sockel-Systeme der Server-Hersteller. Die Prozessoren nutzen ihre Power-Management-Features SpeedStep (Intel) und PowerNow! (AMD) aus:
Maximaler Energieverbrauch
SPECpower_ssj2008 ringt dem Testsystem im Lastzustand 100 Prozent den maximalen Energieverbrauch ab. Alle Kerne der Prozessoren sind voll ausgelastet. Die aktiven JVMs fordern zusätzlich den Arbeitsspeicher der Systeme.
Maximale Java-Performance
SPECpower_ssj2008 ermittelt bei 100 Prozent Prozessorauslastung die maximale Java-Leistung des Systems. Die Java-Engine lässt sich frei wählen. Fast alle Server-Hersteller verwenden bei aktuellen SPECpower_ssj2008 die Java-Engine IBM J9 JVM. Die 64-Bit-Java-Engine zeichnet sich unter Windows Server 2008 durch ihre hohe Java-Performance aus.
Durch die Multi-Thread-Fähigkeit der Java-Engines werden bei den Zwei-Sockel-Servern alle vorhandenen Kerne voll ausgenutzt.
Alle Testdaten der Server
Das Benchmark-Konsortium SPEC verlangt bei jedem veröffentlichten Ergebnis von SPECpower_ssj2008 eine genaue Beschreibung des Testsystems und der Umgebung. Außerdem muss der getestete Server zum Veröffentlichungszeitpunkt auf dem Markt verfügbar sein.
Nachfolgend finden Sie die Testprotokolle der in unseren Balkendiagrammen enthaltenen Zwei-Sockel-Rack-Server:
Fazit
Wer einen besonders effizienten neuen Server sucht, kommt an Modellen mit Intels Xeon-5600-Prozessoren nicht vorbei. Die Kombination der hohen Performance bei moderatem Energiekonsum macht die 32-nm-Hexa-Core-Xeons derzeit zur ersten Wahl bei Zwei-Sockel-Servern. Einzig Server mit AMDs Zwölfkern-CPU Opteron 6100 sind eine Alternative, allerdings bereits mit merklichen Abstand.
Steht nicht höchste Rechenleistung im Fokus, sondern ein möglichst geringer Energiebedarf, so empfiehlt sich ein Server mit einem Low Power Xeon. Mit den 60-Watt-CPUs (TDP) agieren die Server besonders unter Volllast sehr sparsam mit der Energie. Einzig Server mit AMDs Opteron-4100-Serie sind ebenfalls sehr sparsam, aber liefern deutlich weniger Performance.
Die Überprüfung der Energieeffizienz macht bei fast allen Servern eines sehr deutlich: Höhere Taktfrequenzen sorgen nicht für eine entsprechend höhere Performance pro Watt. Wenn somit nicht das letzte Quäntchen Leistung benötigt wird, sollten zugunsten besserer Performance/Watt-Werte energiesparende Xeons oder Opterons zum Einsatz kommen.
Die höchste Performance pro Watt bieten die Server allerdings unter Volllast, wie die Ergebnisse von SPECpower_ssj2008 bei allen Modellen deutlich zeigen. Deshalb sollten schon aus Gründen der Energieeffizienzsteigerung unausgelastete Server durch parallel arbeitende virtuelle Maschinen mehr Arbeit bekommen. (cvi; haf)
Der Beitrag basiert auf einem Artikel der ChannelPartner-Schwesterpublikation TecChannel.