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)合服務器實驗室，以減少服務器內(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 EPYCTM^TM （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，如天氣和氣候預測；地震建模；化學、物理和生物分析等。

隨著計算機架構的進步，此類工作負載往往托管在超大型“可橫向擴展”的高性能服務器集群中。這些服務器集群需要集合最強大的算力、架構、內(nèi)存和存儲基礎設施，以滿足關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 服務器架構的第四代AMD EPYC 處理器強強聯(lián)合，使服務器 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

·       Alma 9 Linux kernel 5.14

·       STREAM.f，2021 年 11 月 29 日發(fā)布版本

測試設置

·       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

測試結果

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

·       該結果意味著客戶能運行更大規(guī)模的人工智能/機器學習 （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)絡等傳統(tǒng)高性能計算架構中表現(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

·       Alma 9 Linux kernel 5.14?

·       WRF 2.3.5 & 4.3.3?

·       Open MPI v4.1.1

測試設置

·       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測，進而改善預測的準確度。

美光 DDR5，助力OpenFOAM⁵ 速度提升2倍

OpenFOAM 是一種計算流體動力學（CFD）的開源高性能計算工作負載，廣泛應用于多個行業(yè)，有助于縮短開發(fā)時間并降低成本。從消費類產(chǎn)品設計到航空航天設計，OpenFOAM能夠模擬不同應用中的物理互動，包括摩托車風擋湍流。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

·       Alma 9 Linux kernel 5.14?

·       Open MPI v4.1.1

測試設置

·       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

測試結果

測試結果表明美光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)。該軟件廣泛應用于大學和研發(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⁶ 速度提升2倍

CP2K 是一款開源量子化學工具，適用于許多應用，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

·       Alma 9 Linux kernel 5.14

測試設置

·       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

測試結果
測試結果表明美光DDR5 產(chǎn)品組合將分子動力學性能提高了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。

總結

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)存與最新的服務器處理器（如第四代 AMD EPYC 處理器）相結合，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)中心和云服務商，能夠在新平臺上應用美光 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 64GB
³ 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 64GB
⁴  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，領導 SAP HANA 的遷移工作，通過與SI、OEM和云服務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。

Sudharshan Vazhkudai

Sudharshan S. Vazhkudai 博士擔任美光系統(tǒng)架構和工作負載分析總監(jiān)。他領導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)品中層次結構的可組合性，并優(yōu)化與數(shù)據(jù)中心工作負載相關的系統(tǒng)架構。