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

美光與AMD聯(lián)手為客戶及數(shù)據(jù)中心平臺提供一流的用戶體驗。雙方在奧斯汀建立聯(lián)合服務(wù)器實驗室，以減少服務(wù)器內(nèi)存驗證時間，在產(chǎn)品驗證和發(fā)布期間共同進行工作負載測試。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，我們對其進行了一些常見的高性能計算（HPC）工作負載基準測試。

長期以來，超級計算機承擔(dān)著高性能計算工作負載。此類大規(guī)模的數(shù)據(jù)密集型工作負載需要運行TB 級的數(shù)據(jù)量以進行數(shù)百萬個并行操作，以解決人類世界的難題，如天氣和氣候預(yù)測；地震建模；化學(xué)、物理和生物分析等。隨著計算機架構(gòu)的進步，此類工作負載往往托管在超大型“可橫向擴展”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大的算力、架構(gòu)、內(nèi)存和存儲基礎(chǔ)設(shè)施，以滿足關(guān)鍵工作負載對可擴展性、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，DDR4 無法提供足夠的內(nèi)存帶寬，來滿足不斷增長的高性能內(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 處理器強強聯(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)密集型工作負載對性能和效率的需求。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。我們對最新的 AMD Zen 4 96 核CPU和美光DDR5進行了行業(yè)內(nèi)高性能計算工作負載基準測試，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 測試中實現(xiàn)內(nèi)存帶寬翻倍STREAM1是常見的基準測試工具，用于測量高性能計算機的內(nèi)存帶寬，可捕獲高性能計算系統(tǒng)的峰值內(nèi)存帶寬。該工作負載使用的軟件堆棧

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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

測試結(jié)果

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

該結(jié)果意味著客戶能運行更大規(guī)模的人工智能/機器學(xué)習(xí)（AI/ML）項目，或利用 DDR5 增加的內(nèi)存帶寬進行更多高性能計算。

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

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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

測試結(jié)果

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

速度更快意味著可使用更大的數(shù)據(jù)庫或運行更多模型以進行天氣預(yù)測，進而改善預(yù)測的準確度。

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

該工作負載使用的軟件堆棧

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

測試結(jié)果

測試結(jié)果表明美光DDR5 產(chǎn)品組合將OpenFOAM性能提高了 2.4 倍。OpenFOAM為五大高性能計算軟件平臺之一，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，實現(xiàn)高度的并行操作。美光 DDR5 ，助力分子動力學(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 能夠為不同的建模方法提供通用的框架。此次測試對象為水（H2O）的密度泛函理論（DFT），模擬盒子中共包含 6,144 個原子（2,048 個水分子）。該工作負載使用的軟件堆棧

H2O-DFT-LS.NREP4 及 H2O-DFT-LS

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測試設(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

測試結(jié)果測試結(jié)果表明美光DDR5 產(chǎn)品組合將分子動力學(xué)性能提高了2.1 倍。隨著內(nèi)核數(shù)和內(nèi)存帶寬增加，此類工作負載的性能也顯著提升?？偨Y(jié)目前我們只針對少量高性能計算工作負載進行了測試，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 我們在 STREAM 基準測試中配置了 25 億個向量的STREAM Benchmark——運行在一臺單 AMD CPU 系統(tǒng)上2 AMD DDR4 系統(tǒng)為一臺 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)上的運行時間為 929 秒，在 DDR5 系統(tǒng)上的運行時間為 287 秒（均包括存儲器的輸入/輸出時間）。該測試中 WRF 配置為 2.5 公里 CONUS，測試結(jié)果為1.3567 時間步/ 秒，相比之下DDR4 的運行時間為2.8533時間步/秒。5 針對OpenFOAM，我們運行了三種變體：5a：1004040 runtimes，DDR4 系統(tǒng)運行時間為 1,144 秒，DDR5 系統(tǒng)運行時間為 478 秒5b：1084646 runtimes，DDR4 系統(tǒng)運行時間為 1,633 秒，DDR5 系統(tǒng)運行時間為 698 秒5c：1305252 runtimes，DDR4 系統(tǒng)運行時間為 2,522秒，DDR5 系統(tǒng)運行時間為 1,091 秒6分子動力學(xué)工作負載在 DDR4 系統(tǒng)上的運行時間為 2,519 秒，在 DDR5 系統(tǒng)上的運行時間為 1,242 秒

作者：

Krishna Yalamanchi

Krishna 擔(dān)任美光生態(tài)系統(tǒng)高級開發(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隊，致力于研究內(nèi)存和存儲（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)中心工作負載相關(guān)的系統(tǒng)架構(gòu)。