Broadwell微架構挺進資料中心周邊應用，Xeon D系列處理器大噴發

在Intel伺服器等級的Xeon處理器當中，過去幾年一直以E3、E5、E7這三個系列，來區隔不同的運算應用需求，主要對應單路、雙路與四路以上的處理器配置（E5還有針對單路與四路的系列）。今年3月，Intel推出了Xeon D系列的系統單晶片處理器（研發代號Broadwell-DE），在既有的Atom C2000系列系統單晶片處理器（SoC），以及Xeon E3系列處理器之間，創造了新的產品線。

但當時這系列處理器推出時，只有兩款可選──8核16緒的XeonD-1540，以及4核8緒的XeonD-1520，採用14奈米製程、Broadwell微架構，搭配的是新一代的Grangeville平臺。而且，可支援Xeon D-1500系列處理器的伺服器廠商，Intel表示，將有50家以上的廠商設計相關的系統，75％是應用在網路、儲存與物聯網等領域，25％是用作微型伺服器，當中有Cisco、HP、NEC、雲達（QCT）、中科曙光、Supermicro。

然而，後來在市面上能看到相關的伺服器產品，並不多。當時，我們僅看到系統廠商Supermicro推出主機板及伺服器──1U機架式5018D-FN4T、迷你直立式5028A-TN4、模組化微型伺服器MBI-6218G-T41X。

到了9月，Intel正式發表基於下一代微架構Skylake的新款處理器，當時最受到矚目的是針對個人電腦應用的第6代Core系列，也有主打單路伺服器與工作站定位的Xeon E3 v5系列，推出近半年的XeonD系列則按兵不動。

根據Intel公布的產品發展藍圖來看，XeonD系列後續並未有其他接替的產品，這也讓人以為該系列的新品若要推出，時間應該會是2016年之後，而且採用的微架構應該是Skylake。

結果隔沒多久，在2015年即將進入尾聲的11月，Intel新發表多達8款Xeon D系列處理器，以及4顆Pentium D系列處理器，而且採用的仍是Broadwell微架構。乍看之下，新推出的Xeon D系列並非採用最新的微架構，不過與Skylake同樣14奈米製程的它們，比起採用Haswell架構、22奈米製程的Xeon E5 v3系列和E7 v3系列，還是更為先進一些。

Xeon D整合網路介面與晶片組

Intel在2015年推出了Xeon D系列的處理器，這是該公司首度推出的伺服器級系統單晶片（SoC），當中結合了記憶體控制器、網路晶片、系統晶片組，以及I/O控制能力。（圖片來源／Intel）

大幅提升網路與記憶體規格：整合2個10GbE，記憶體可到128GB

從硬體規格來看，Atom C2000與Xeon D，兩個系列系統單晶片之間最顯著的差異，在於整合的網路介面，以及系統可搭配的最大記憶體容量。

以網路連線能力為例，Atom C2000系列可為系統提供4個1GbE埠或2.5GbE埠，而Xeon D系列可提供2個10GbE埠（可相容於1GbE埠和2.5GbE埠），網路介面數量雖然變少了，但整個系統的網路總頻寬高出1倍。

兩者的另一個不同之處，是系統記憶體支援的類型與容量上限。Atom C2000系列的系統主要搭配DDR3規格的記憶體，最高容量是64GB；而Xeon D系列可搭配DDR4規格的記憶體，最高容量是128GB──在年底發表Xeon D時，Intel默默新增了DDR3L的記憶體搭配選擇，因此Xeon D系列處理器可同時支援兩種記憶體規格。

Xeon D系列支援更大容量的記憶體，顯然是為了拉開與Xeon E3 v5系列、第6代Core i3/i5/i7系列之間的差距。在過去，Xeon E3系列、高階Core i7系列最多可支援到32GB記憶體，而到了2015年9月Intel推出的新一代Skylake處理器，其中的Xeon E3 v5系列與針對桌上型電腦用途的Core i3/i5/i7系列，都支援到64GB記憶體，若Xeon D系列處理器跟現行的Atom C2000系列一樣，就無法繼續突顯本身特色，因此支援更大的記憶體容量，似乎勢在必行。

Xeon D系列處理器平臺對於周邊存取介面的規格，也大大提升。例如，系統匯流排終於支援PCIe 3.0，而且，PCIe線道數量上限，也比Atom C2000系列多了1倍，可到32條；外接USB裝置的介面也支援3.0的規格，並可配置到8個。

Xeon D系列的發布時程橫跨2015與2016年，即將推出16核心

在Intel的產品時程上，Xeon D系列會有三波發布。2015年初，由D-1540和D-1520打頭陣，年底則釋出11顆處理器，當中的D-1541、D-1531、D-1521是針對伺服器與雲端儲存的應用，其餘則是網路設備與企業級儲存系統；到了2016年，該公司預計推出12核和16核的處理器。（圖片來源／Intel）

定位趨於明朗，針對網路、儲存、物聯網等邊際應用而來

目前Intel處理器的應用類型非常多，涵蓋伺服器、嵌入式系統、個人電腦等領域，就單路的伺服器與嵌入式設備而言，主要有Xeon E3系列、Atom C2000系列，然而，系統實際搭配的處理器不僅止於此，市面上就有廠商在自家整合的伺服器或應用設備上，搭配個人電腦等級Core i3/i5/i7、Pentium處理器。如今又多了一個Xeon D，也讓人好奇Intel看待這系列產品的定位

就Intel目前官方公布的產品發展藍圖上，Xeon D系列被歸類在系統單晶片的類型當中，而且由於效能比起同屬這類型應用Atom C2000系列，要高出好幾倍，所以，顯然Xeon D的定位是針對有更多效能需求的系統上。

例如，Intel在今年初發表Xeon D時，Intel強調若系統搭配的是該系列的8核心處理器，所得到的效能，相當於搭配Atom C2750（8核心）系統的3.4倍，就每瓦效能而言，Xeon D系統是1.7倍。

而在2015年底發布的多款Xeon D處理器上，Intel提供了更多效能測試項目的比較數據。他們以搭配Atom C2750的系統作為基準，表現最好的是儲存應用，在iSCSCI SAN環境下的小規模交易型I/O作業下，Xeon D最高可提供6倍效能；其次是網路，在VPN環境應用的IPsec封包轉送上，可提供5.4倍效能；若當做一般伺服器來用，以網站伺服器而言，可取得3.6倍效能。

Xeon D-1500處理器元件架構剖析

Xeon D-1500系列處理器內建記憶體控制器，可支援雙通道，並相容於DDR3L和DDR4這兩種規格。以容量而言，Xeon D-1500系列處理器最多可搭配128GB──4隻RDIMM規格的32GB記憶體，若是UDIMM或SODIMM規格，系統最大支援單隻16GB的記憶體。

此外，這批處理器最大支援32個PCIe線道，其中24個是PCIe 3.0的規格，由6個控制器統籌，其餘8個是2.0規格，各自搭配1個控制器。在USB介面的配置上，也有3.0和2.0之別，均提供4個。

若就處理器的配置而言，Xeon D-1500系列是14奈米製程，最多可容納16顆核心，而且每顆核心都各自搭配1.5MB的L3快取記憶體。（圖片來源／Intel）

Xeon D-1500處理器平臺架構總覽

從軟硬體的整合角度來看，Xeon D-1500處理器平臺可透過PCIe介面，與8900系列通訊晶片組互通，以及運用內建的2個10GbE網路介面，連接交換器，這些都會由進階I/O單元來控制。其中，Xeon D-1500處理器如果能搭配Intel的8900系列通訊晶片組，伺服器或應用設備端即可額外運用QuickAssist的加速處理技術，並將原本由處理器所執行的資料壓縮與加解密的工作，卸載到8900系列通訊晶片組上，最高可處理到50Gbps的流量（系統需搭配8955晶片組）。

與記憶體的連接上，則是由Server Uncore單元（或稱為System Agent）來處理。

除此之外，還需要搭配軟體，例如韌體、BIOS、驅動程式，這些是由Intel提供。（圖片來源／Intel）

趁勢引進新的儲存與網路加速技術

在年底Xeon D-1500系列發表的同時，Intel也順勢公布了更多一些新的加速技術。

在儲存的應用上，該公司透過新推出的儲存加速函式庫ISA-L（Intel Storage Acceleration Library），提升Xeon D系統對於資料的存取速度。

ISA-L主要運用了Intel近期處理器所強調的幾個指令集，例如可提升加解密處理效率的AES-NI，強化向量處理的AVX與AVX2，以及發展多年的SSE（Streaming SIMD Extensions）。而能協助的儲存應用型態，主要有硬碟陣列所需的RAID、錯誤更正編碼（Erasure Coding）、循環冗餘校驗（CRC）、雜湊處理時所應用的Multi-buffer Hashing（MbH），以及加密、壓縮。

此外，Xeon D系統也可配合Intel所提供的軟體開發套件──DPDK（Data Plane Development Kit），以及SPDK（Storage Performance Development Kit），來加速網路與儲存應用效能。

搭配DPDK套件強化網路傳輸能力，提供更強大的封包轉送效率

近年來Intel積極鼓吹使用DPDK（Data Plane Development Kit）開發套件，它能用來加速網路封包處理，而Xeon D系列也能與其相互配合，加速網路傳輸能力。根據Intel的測試，若用於L3封包轉發處理的情況下，Xeon D系統獲得的效能是Atom C2758系統的3.09倍，若用於VPN網路環境下，Xeon D系統可得到5.4倍效能。（圖片來源／Intel）

可運用SPDK套件加速儲存應用效能，比核心驅動程式增添更多最佳化機制

採用Xeon D系列處理器的伺服器或設備，現在可搭配Intel的儲存效能開發套件SPDK（Storage Performance Development Kit），提升系統整體儲存效能。根據Intel的內部測試，若伺服器搭配多臺NVMe固態硬碟，並改用SPDK驅動程式下，能比核心驅動程式提供更佳的效能（在4臺固態硬碟組態時，用SPDK驅動程式的設備得到的效能，幾乎是用核心驅動程式系統的5倍）（圖片來源／Intel）

因應工業等級需求，提供更多特色

這些效能大幅提升的成績，看得出來Intel想要吸引儲存與網路廠商的關注，希望他們能推出採用Xeon D系列處理器的應用設備，除此之外，Intel也想將這批處理器與物聯網應用送做堆，例如，在工業、軍事與航太領域裡面，若IT系統的設計需要滿足高密度、高效能，卻有散熱量限制等條件，即可運用Xeon D處理器平臺來達到效果。

這類產品形態也很多變，像是AdvancedMC 擴充子卡、CompactPCI介面卡、COM Express嵌入電腦模組。

以高密度而言，Xeon D系列支援伺服器虛擬化技術，可用於將多種工業應用設備整併到單一設備上，而不需為了不同工作需求而搭配專屬設備，如此能減少廠房的樓地板空間佔用，也有助於降低系統的設計與開發成本，例如，可程式化邏輯控制器（PLC）、動作控制設備、航空電子控制器設備，就需要這樣高密度的方案。

而且，Intel也強調Xeon D系列具有7年的供應期，以及長達10年的可靠度，來符合物聯網設備的需求。對於適用溫度，基於Xeon D系列處理器的設備能忍受的範圍，也比一般處理器要廣泛，可在零下40度到85度之間的環境使用。

採用Xeon D系列的產品大幅增加

就實際搭配Xeon D系列處理器的產品而言，跟著Intel在11月推出時發表的設備，也比2015年初發表時要多了不少。

 微型伺服器 

10月底，永擎（ASRock Rack）就搶先發表兩款主機板D1540D4U-2T2O8R、D1520D4I；而在Intel發表Xeon D系列當天，雲達推出QuantaGrid SD1Q 1ULH的1U伺服器，主要針對的應用需求是支援橫向擴展使用規模（scale-out）的混合式儲存系統，同時又要滿足超高密度的設備部署方式。

NEC也在同日宣布推出DX2000的微型伺服器。在單臺機箱中，DX2000可容納44臺伺服器節點；若放在42U高機櫃，能置入13臺機箱，提供572臺節點，而每臺節點的處理器可搭配Xeon D-1527或D-1541。不過，這套伺服器方案目前僅在日本販售。

隔兩天，Supermicro也宣布新推刀鋒伺服器模組2款、主機板10款，以及迷你直立式伺服器、1U伺服器、3U尺寸8節點伺服器各1款。

泰安（Tyan）則在1週後的美國超級電腦展期間，推出針對Xeon D系列處理器平臺的嵌入式主機板S5539。

而根據Intel所公布的資料，HPE和浪潮也有意推出Xeon D微型伺服器。

 儲存設備 

採用Xeon D系列的儲存設備，目前確定的有普安EonStor DS 4000 Gen2，另一家Cloudian也宣布旗下的軟體定義儲存HyperStore 5.2版通過驗證，可搭配Xeon D-1500系列平臺使用。除此之外，Intel預告HPE、IBM、NetApp、威聯通、群暉、喬鼎、廣盛等廠商，也將推出基於Xeon D的儲存產品。

 網路設備與物聯網設備 

至於，網路設備與物聯網裝置也是Xeon D系列處理器所要主打的領域，也有一些廠商推出相關產品。

例如，智邦集團旗下的Edge-Core，在2015年新推的100GbE資料中心等級交換器當中，就提供了Xeon D系列處理器的搭配選項。而且該批產品亮相的時間相當早──在該年6月舉行的臺北國際電腦展期間，就展出了AS7700-32X，10月趕在SDN & OpenFlow World Congress大會前，續推另一款AS7500-32X。

11月初，Juniper Network針對軟體定義網路（SDN）與網路功能虛擬化（NFV）應用，推出了NFX250 Network Services Platform設備，該產品也採用了6核心的Xeon D處理器。

研華（Advantech）推出了垂直式伺服器模組（Versatile Server Module）MIC-8304、中階網路設備FWA-3260，以及兩款電信級伺服器──CGS-3010（1U尺寸機箱）和Packetarium XLc PAC-6009（刀鋒機箱），主要也是為了網路功能虛擬化。

趕在Intel發表Xeon D之前，研揚（Aaeon）推出了FWS-7520的網路安全設備，可搭配該系列處理器，其特色是能透過網路介面模組的擴充，提供多達27個網路埠（根據該公司目前公布的規格，最多可擴充到38個網路埠）

接著，新漢（Nexcom）也發表了NSA 5160的網路應用設備，由於這款產品採用Xeon D-1500系列處理器，能將記憶體擴充到128GB，而且，這臺1U設備最多提供10個網路埠（8個銅線埠加2個光纖埠），可作為防火牆、入侵防禦系統或UTM，因應中小企業安全防護需求。

在物聯網設備上，凌華（Adlink）發表了兩款基於Xeon D系列的產品──CompactPCI型態的處理器模組cPCI-6940，以及強固型處理器模組VPX3010。它們鎖定的應用類型，主要是軍事與交通運輸的系統，這些伺服器或應用設備會在很嚴峻的條件下運作，例如溫濕度變化大、空間非常寶貴。

除了上述廠商，對於會推出採用Xeon D-1500系列的網路設備與物聯網設備，Intel還列出不少公司，像是Brocade、明泰（Alpha Networks）、威強電（IEI）、Nokia等。