Exklusiv: Intel Xeon E5-2600 v3 im ersten Test

Trends wie Software-definded Server a la HP Moonshot mit unzähligen Atom-Prozessoren bestückt oder ARM-basierende Modelle ändern wenig daran: Die klassischen Rack-Server im 1U- und 2U-Format mit zwei Xeon-CPUs sind und bleiben die beliebtesten Rechner in den Serverräumen. Die trendigen neuen Server pochen auf hohe Packungsdichten sowie den geringen Energiebedarf der Architektur. In einigen Szenarien wie "Hyperscale-Rechenzentren mit speziell angepasster Software mögen neue Ansätze auch durchaus Sinn machen.

Doch kleine und mittelständische Unternehmen, aber auch Großkonzerne, wollen oder können aus ihren Rechenzentren mit x86-Standard-Rackservern nicht heraus. Oft gibt es ja auch keinen Grund, den die üblicherweise verbauten 2-Sockel-Rack-Server bieten einfach das beste Preis-/Leistungsverhältnis. Die Hardware ist "Commodity" und günstig, die Software wie Windows Server 2008/R2 und Windows Server 2012/R2, Linux-Enterprise-Distributionen oder VMware-Installationen laufen einfach problemlos darauf.

Im Segment der Rack-Server mit zwei CPUs agiert Intel mit seinen Xeon-Prozessoren der Serien 5600, E5-2600 und E5-2600 v2 seit vielen Jahren sehr erfolgreich. Mit dem Xeon E5-2600 v3 bringt Intel nun seine nächste Generation von CPUs für 2-Sockel-Server an den Start. Doch was bringt IT-Verantwortlichen ein Wechsel auf die aktuelle Technologie, wenn die bereits erwähnten Vorgänger im Einsatz sind?

Xeon E5 v3 deutlich schneller

In Serverräumen erfolgt der Austausch der Rack-Einschübe im Allgemeinen alle drei bis eher fünf Jahre. In diesen Anschaffungszeitraum fallen hauptsächlich Rack-Server mit Intels Xeon 5500 und Xeon 5600 sowie AMDs Opteron 6100 und Opteron 6200. Beim Austausch dieser Server auf ein 2-Sockel-Rack-Modell mit dem neuen Xeon E5-2699 v3 steigt die Rechenleistung fast durchgehend um den Faktor 3 bis 5. Gegenüber dem direkten Vorgänger Xeon E5-2600 v2 steigt die Performance je nach Anwendung um gut 20 bis über 80 Prozent.

Die Leistungssteigerung erreicht der neue Xeon E5-2600 v3 durch mehr Kerne (bis zu 18 Cores), frischer Mikroarchitektur (Haswell mit AVX2) und schnellerem Speicher (DDR4-2133). Mit den Xeon-E5-2600-v3-Prozessoren schwenkt Intel auch auf eine neue Plattform über. Durch den neuen Sockel R3 sowie den DDR4-Speicherriegeln passen die v3-Xeons nicht in Server mit dem Vorgänger Xeon E5-2600 v2. Stören wird sich daran kaum jemand, denn ein CPU-Upgrade im Rechenzentrum machen die wenigsten.

Alte Server raus: Energieeffizienz um Faktoren besser

Viel wichtiger ist den IT-Verantwortlichen, welchen Gewinn an Effizienz der Austausch der Server bringt. Und hier hat Intels neue Generation einiges zu bieten: Die Energieeffizienz - also die Performance pro Watt - erhöht sich ebenfalls um mehr als das Drei- bis Fünffache gegenüber Servern mit Xeon 5500, Xeon 5600 oder AMDs Opteron 6100 und 6200. Selbst gegenüber dem Vorgänger Xeon E5-2690 steigt die Effizienz mit dem neuen Topmodell Xeon E5-2699 v3 um knapp 40 Prozent.

Wer übrigens auf das neue Stromsparmodell Xeon E5-2650L v3 setzt, bekommt eine rund 27 Prozent geringere Energieeffizienz als beim Topmodell. Zwar benötigt der Server mit zwei 2650er Xeons nur etwa die halbe Energie unter Last, die CPUs bieten aber auch entsprechend weniger Performance. Die Stromspar-Xeons - die zudem auch nur die Hälfte des Topmodells kosten - sind sehr gut geeignet, wenn die zur Verfügung stehende Energie im Rechenzentrum das Limit erreicht oder die Kühlleistung am Anschlag ist.

Fazit: Neuer Xeon E5 v3 konkurrenzlos

Schon für den Vorgänger Xeon E5-2600 v2 gibt es aus Sicht der Performance und Effizienz keine Konkurrenz in der x86-Welt. Mit dem neunen Xeon E5-2600 v3 enteilt Intel der Konkurrenz in Form eines AMD Opteron 6300 noch viel weiter.

Intels neues Topmodell Xeon E5-2699 v3 mit 18 Kernen rennt im 2-Sockel-Server einem Opteron 6380 um den Faktor 2 bis 3 davon. Bei der Betrachtung muss natürlich das Preisniveau berücksichtigt werden. Die Topmodelle des Xeon E5-2600 v3 sind rund doppelt so teuer als die der Opteron-6300-Serie. Doch selbst ein auf ähnlichem Preisniveau liegender Xeon E5-2650L v3 bietet immer noch die zweifache Effizienz eines Opteron 6380.

AMD kann - wie so oft in den letzten Jahren - weiterhin nur über die günstigeren Preise für die Prozessoren und die Plattform noch punkten; nicht umsonst sucht AMD sein Heil in ARM-basierenden Server-Prozessoren.

Für Insider: Details zum Xeon E5-2600 v3

Auf den folgenden Seiten finden Sie die Details und Features zu Intels neuer CPU-Serie Xeon E5-2600 v3.

Xeon E5-2600 v3 mit Haswell-Architektur

Intel schwenkt bei seiner neuen Xeon-Generation von der sogenannten Ivy-Bridge-Architektur beim Xeon E5-2600 v2 auf Haswell über. Bei der Fertigungstechnologie bleibt Intel bei 22 nm Strukturbreite mit 3D-Transistoren.

Die Mikroarchitektur von Haswell lässt die grundlegenden Pipelines (einzelne Schritte bei der Befehlsabarbeitung) unverändert. Verbessert wurden aber unter anderem die Sprungvorhersagen. Haswell besitzt im Vergleich zu Ivy Bridge auch ein größeres Fassungsvermögen für seine Out-of-Order-Struktur. Beim Out-of-Order-Prinzip werden die Befehle für die optimierte Abarbeitung im Prozessor umsortiert. Haswell kann laut Intel mehr Befehle nach dem Out-of-Order-Prinzip verarbeiten und besitzt die dafür notwendigen Strukturen.

Neu beim Xeon E5-2600 v3 mit seiner Haswell-Architektur ist die Befehlssatzerweiterung AVX2. Gegenüber den AVX-Instruktionen, die auch die Vorgängerarchitekturen Sandy Bridge und Ivy Bridge beherrschen, sorgt AVX2 mit seinen 256-Bit-Vektoren für den doppelten Durchsatz - sowohl bei einfacher als auch doppelter Präzision. Die neuen AVX2-Befehle sollen unter anderem für eine höhere Performance im HPC-Bereich, bei Java oder der Verschlüsselung sorgen. Insbesondere die im AVX2 integrierten neuen FMA-Befehle (Fused Multiply-Add) sollen für einen Geschwindigkeitsschub sorgen.

Wird AVX2 von der Software nicht genutzt, so bringt der Schritt von Ivy Bridge auf Haswell auf Core-Ebene laut Intel eine zirka 10 Prozent bessere Performance.

Mehr Cache, mehr Turbo, schnellerer Speicher

Intel erhöht beim neuen Topmodell Xeon E5-2699 v3 die Kernanzahl von zwölf (Xeon E5-2697 v2) auf 18 Stück. Inklusive Hyper-Threading kann der Prozessor somit 36 Threads parallel bearbeiten. Als Duett im 2-Sockel-Server sind dann 72 Threads möglich. Auch der von allen Kernen gemeinsam genutzt Last Level Cache (L3) wächst beim neuen Topmodell von 30 auf 45 MByte an. Eine große dritte Pufferstufe ist insbesondere bei speicherintensiven Workloads von Vorteil.

Intel packt beim Haswell-Xeon die Spannungsregler für den Prozessor vom Mainboard auf die CPU. Dadurch ist es viel besser möglich, dass jeder Kern mit individueller Spannung und Frequenz arbeiten kann. Die Turbo-2.0-Technologie regelt die Taktfrequenz der einzelnen Kerne nun auch abhängig davon, ob ein Workload die AVX-Befehle nutzt oder nicht. Bei AVX wird mehr Energie benötigt, die Turbo-Frequenz wird jetzt niedriger gehalten, damit nicht zu oft nachgeregelt werden muss - das bringt hier ein Quäntchen mehr Leistung nochmals.

Durch die Spannungsregler auf dem Prozessor ist auch die TDP-Einstufung der neuen Xeon-E5-2600-v3-Serie etwas gestiegen. Der Xeon E5-2699 v3 ist mit 145 Watt spezifiziert; der 2697er Vorgänger noch mit 130 Watt. Die Gesamteffizienz des Systems sei laut Intel aber dennoch besser. Am unteren Ende der TDP-Skala agieren wieder die Low-Power-Modelle: Xeon E5-2630L v3 mit 55 Watt und Xeon E5-2650L v3 mit 65 Watt.

Intel setzt beim Xeon E5-2600 v3 erstmals auf die DDR4-Speichertechnologie bei Servern. Die neuen DDR4-DIMMs zeichnen sich vor allem durch eine geringere Energieaufnahme aus. Durch die Spannungsreduzierung von 1,5 V bei DDR3 auf 1,2 V zeigen sich laut Intel Einsparungen von zirka 2 Watt pro Speicherriegel. Die DDR4-DIMMs benötigen damit auch weniger Spannung als LV-DDR3-Speicherriegel mit 1,35 V. Zusätzlich steigt auch die Bandbreite: Die neuen Xeons steuern die DDR4-DIMMs mit bis zu 2133 MHz an. Jedem Xeon stehen wieder vier Speicher-Channels zur Verfügung. Pro Channel sind bis zu drei DIMMs möglich - die Geschwindigkeit sinkt dann allerdings auf 1600 MHz.

CPU-Modellüberblick: Alle Xeon E5 2600 v3

Intel bietet seine neue Xeon-E5-2600-v3-Serie zum Start mit über 20 Server-Modellen an. Den Einstieg markiert der Xeon E5-2603 v3 mit Hexa-Core und 1,8 GHz Taktfrequenz. Der Prozessor besitzt einen 15 MByte großen L3-Cache und ist mit 85 Watt TDP spezifiziert. Noch sparsamer mit der Energie geht die Stromsparvariante Xeon E5-2630L v3 mit 55 Watt TDP um. Hier dürfen 8 Kerne mit 1,8 GHz Grundtaktfrequenz arbeiten; 20 MByte L3-Cache stehen zum Puffern von Daten zur Verfügung.

Als Topmodell fungiert der neue Xeon E5-2699 v3. Der Prozessor besitzt 18 Kerne und kann auf 45 MByte L3-Cache zurückgreifen. Die Grundtaktfrequenz hat Intel auf 2,3 GHz eingestellt. Via Turbo 2.0 dürfen einzelne Cores mit bis zu 2,8 GHz arbeiten. Die AVX-Units arbeiten unabhängig davon mit 1,9 GHz Basistakt und maximal im Turbo-Modus mit 2,6 GHz. Der TDP-Wert des Xeon E5-2699 v3 ist mit 145 Watt spezifiziert. Es gibt aber auch auf hohe Taktfrequenz optimierte Quad-Core-Modelle wie den Xeon E5-2637 v3 mit 3,5 GHz Basistakt.

In der Tabelle finden Sie die Xeon-E5-2600-v3-Prozessoren für Server im Überblick:

Testsysteme im Detail

Intels neuen Xeon E5-2650L v3 und Xeon E5-2699 v3 nimmt in einem Server Board 2600WT - ebenfalls von Intel - Platz. Das Systemboard ist in einem 1U-Rack-Server Intel System R2000WT eingebaut und nutzt den C610-Chipsatz. Jeder Prozessor kann auf vier DDR4-2133-DIMMs zugreifen.

Intels Xeon-E5-Prozessoren 2640, 2660 und 2690 sowie die neuen Xeon E5-2650L v2 und Xeon E5-2697 v2 nehmen im 2-Sockel-Server Intel R2208GZ4GSSPP Platz. Der 2U-Rackmount-Server verwendet als Systemboard Intels S2600GZ "Grizzly Pass" mit C600-Chipsatz. Jedem Prozessor stehen vier Registered DDR3-1600-DIMMs, der Xeon E5-2697 v2 steuert DDR3-1866-Riegel an. Intels Xeon E5-2640 ermöglicht nur 1333 MHz.

Der Xeon E5-2430 wird im LGA1356-Server Dell PowerEdge R520 getestet. Das 2U-Rackmount-System nutzt den C600-Chiposatz von Intel. Jeder Prozessor kann auf drei Registered DDR3-1333-DIMMs zurückgreifen.

Intels Xeon L5520 und X5570 "Nehalem-EP" sowie den Xeon L5630 und X5680 "Westmere-EP" testen wir in einem 2-Sockel-Server Asus RS700-E6/RS4. Der 1U-Server mit der neuen Tylersburg-EP-Plattform besitzt als Mainboard ein Asus Z8PS-D12-1U mit Chipsatz Intel 5520 und ICH10R. Jedem Prozessor steht pro Speicher-Channel ein Registered DIMM mit 1333 MHz Taktfrequenz zur Verfügung.

AMDs Opteron 6380, 6262 HE und 6276 testen wir im 2-Sockel-Betrieb in dem 1U-Rackserver Supermicro A+ 1022G-URF. Das System setzt auf AMDs SR5670-Chipsatz. Jedem Prozessor stehen vier Registered DDR3-1600-DIMMs zur Verfügung. Der ebenfalls in diesem System getestete Opteron 6180 SE steuert den Speicher mit 1333 MHz Taktfrequenz an.

Den Opteron 6174 in der 2-Sockel-Konfiguration testen wir in einem 2-Sockel-Referenzsystem von AMD. Das Tower-System verwendet das AMD-Referenz-Mainboard Dinar2 mit AMD SR5690-Chipsatz. Beide Opteron 6174 können im Testsystem auf jeweils vier Registered-DIMMs zurückgreifen.

Um insbesondere für die Energiemessungen möglichst gleiche Vorraussetzungen für die AMD- und Intel-Server zu ermöglichen, arbeiten in den Systemen an der SAS/SATA-Backplane jeweils zwei SATA-RAID-Edition-Festplatten. Bei den Energiemessungen achten wir darauf, die minimale Anzahl von DIMMs zu verwenden, bei der noch alle Speicher-Channels belegt sind. Unterschiede gibt es bei den Netzteilen. Der Xeon-X5680-Server bezieht seine Energie aus zwei 770-Watt-Netzteilen. Im Supermicro-Server des Opteron 6180 SE, 6262 HE und 6276 sowie im Xeon-E5-System sind je zwei 750-Watt-Netzteile verbaut. Das 2S-Opteron-6174-System nutzt ein 1200-Watt-Netzteil und der Xeon-E5-v3-Server ein 1100-Watt-Netzteil.

Als Betriebssystem setzen wir Windows Server 2012 R2 Datacenter ein. Tests unter Linux erfolgen mit CentOS 6.4 in der 64-Bit-Version. (cvi)