Intel Xeon Phi 7200: Knights Landing (x200) как «многоядерный CPU для HPC» с MCDRAM и AVX-512

Категория: Intel Xeon Phi 7200 Series

Линейка Intel Xeon Phi 7200 (семейство x200, кодовое имя Knights Landing) — это редкий пример процессоров, которые проектировали не как универсальные серверные CPU, а как инструмент под конкретный класс задач: высокопроизводительные вычисления, где решают пропускная способность памяти, векторизация и масштабирование по потокам. В отличие от первого поколения Xeon Phi в формате PCIe-сопроцессоров, Knights Landing выпускался как самозагружаемый процессор в сокете LGA3647: на таком чипе поднимается ОС, запускаются MPI-задачи и OpenMP-приложения без «хоста» и без постоянной зависимости от пропускной способности PCIe.

Смысл Xeon Phi 7200 укладывается в одну формулу: очень много x86-ядер + широкие векторные блоки AVX-512 + двухуровневая память (обычная DDR4 большой ёмкости и «ближняя» MCDRAM высокой скорости на корпусе). В теории именно эта комбинация должна была «кормить» сотни потоков данными и давать высокий выход в задачах с низкой вычислительной плотностью (байт/операция) и в численных ядрах, которые хорошо векторизуются.

1) Архитектура Knights Landing: как устроен Xeon Phi 7200

Плитки (tiles), ядра и кэши

Кристалл Knights Landing состоит из 38 физических плиток, при этом активными одновременно бывают максимум 36 (две оставлены под «восстановление выхода годных»). Каждая плитка включает:

  • 2 ядра;

  • по 2 векторных блока (VPU) на ядро;

  • общий для пары ядер L2 объёмом 1 МБ.

Отсюда легко считывается логика линейки:

  • 64-ядерные модели используют 32 активные плитки;

  • 68-ядерные — 34 плитки;

  • 72-ядерные — 36 плиток.

Пара ядер с общим L2 — центральная «единица локальности» в Knights Landing. Чем лучше приложение держит рабочие данные внутри плитки (через блокирование, разумный размер задач и корректный affinity), тем ближе оно к потолку производительности.

SMT 4-way и «потоковость» как часть дизайна

Каждое ядро Knights Landing поддерживает 4 аппаратных потока. Это не «приятный бонус», а способ прятать задержки памяти и задержки внутри mesh-межсоединения: когда один поток ждёт данные, ядро переключается на другой поток и продолжает загрузку исполнительных блоков.

Практический вывод для эксплуатации:

  • для задач, где упор на память и латентность, 2–4 потока на ядро часто дают прирост до насыщения пропускной способности;

  • для задач, где упор на чистую арифметику и векторизацию, нередко достаточно 1–2 потоков на ядро, чтобы не «топтаться» на ресурсах фронтенда и кэшей.

AVX-512 в Knights Landing: «ширина», которая требует дисциплины

Knights Landing — одна из ранних платформ Intel с AVX-512. Внутри каждого ядра стоят два 512-битных VPU, то есть векторная арифметика — главный двигатель производительности. В архитектурных материалах по Knights Landing прямо фиксируется цель: более 3 TFLOPS FP64 и более 6 TFLOPS FP32 пиково на чип.

Но важная деталь: пик достигается только на коде, который:

  • векторизуется в 512 бит (интринсики или автоворекторизация компилятора);

  • не упирается в память (или грамотно использует MCDRAM);

  • не ломает локальность данных по плиткам.

Именно поэтому Xeon Phi 7200 в реальности даёт «крайние» результаты: на одних ядрах — ускорение в разы, на других — проигрыш обычным Xeon, если код плохо распараллелен и плохо векторизуется.

2D-mesh: почему режимы кластеризации так важны

Плитки, контроллеры памяти, I/O-агенты и директории когерентности соединены 2D-mesh-сеткой. Для HPC это критично: при сотнях потоков и высоком объёме L2-промахов именно сетка определяет, сколько «хопов» нужно до нужного контроллера памяти и насколько система чувствительна к размещению данных.

2) Память: главный козырь Xeon Phi 7200

«Дальняя» память: DDR4, 6 каналов, до 384 ГБ

Xeon Phi 7200 поддерживает 6 каналов DDR4 и объём до 384 ГБ. У большинства моделей DDR4-2400, а у части — DDR4-2133 (это один из способов дифференциации SKU). Например:

  • Xeon Phi 7210: DDR4-2133 и паспортная пропускная способность памяти 102 GB/s.

  • Xeon Phi 7230 / 7250 / 7290: DDR4-2400 и паспортная пропускная способность 115.2 GB/s.

«Ближняя» память: MCDRAM 16 ГБ на корпусе

У Knights Landing на корпусе интегрирована MCDRAM (16 ГБ). В архитектурной статье по Knights Landing приведена оценка: суммарная пропускная способность на STREAM Triad превышает 450 GB/s.
В практических руководствах по KNL фиксируется тот же порядок величин: «ближняя» память даёт уровень >400 GB/s, тогда как DDR4 — >90 GB/s в STREAM Triad.

Это и есть причина существования Xeon Phi 7200: кормить десятки плиток и сотни потоков данными на скорости, недостижимой для обычной DDR4 того поколения.

3) Режимы MCDRAM и режимы кластеризации: то, что реально меняет результаты

3.1. Три режима MCDRAM: Cache / Flat / Hybrid

Режим выбирается на этапе загрузки (через BIOS), переключение требует перезагрузки.

Cache mode
MCDRAM работает как большой последний уровень кэша для DDR4. Преимущество — приложение можно не менять: «быстрая» память используется прозрачно. Недостаток — кэш-промахи становятся дороже, а поведение зависит от паттерна обращений и конфликтов отображения (в Cache mode MCDRAM описывается как direct-mapped last-level cache в практических разборках).

Flat mode
MCDRAM становится отдельным адресуемым пулом памяти. ОС видит его как отдельный NUMA-узел, а разработчик/администратор направляет размещение данных через NUMA-политику (numactl) или через специальные аллокаторы memkind. В Flat mode достигаются наиболее стабильные и высокие значения устойчивой пропускной способности.

Hybrid mode
Часть MCDRAM работает как кэш, часть — как адресуемая память. Это компромиссный вариант, когда часть данных можно явно положить в быстрый пул, а остальное оставить на «прозрачном» кэшировании.

3.2. Режимы кластеризации: All-to-All / Quadrant / SNC-2 / SNC-4

Эти режимы определяют, как распределяются «домашние агенты» когерентности и как близко к ядрам лежат контроллеры памяти. В архитектурной статье отмечено, что режимы выбираются в BIOS при загрузке.

  • All-to-All — максимально «прозрачный» режим, но обычно с меньшей производительностью.

  • Quadrant — делит чип на четыре виртуальных квадранта и уменьшает среднее число «хопов» в mesh, при этом для ПО режим часто остаётся прозрачным. Это популярная базовая настройка для HPC-узлов KNL.

  • SNC-2 / SNC-4 — раскрывают квадранты (или «полушария») как NUMA-домены. Это даёт потенциал по латентности и локальности, но требует NUMA-осознанности приложения: закрепления потоков, политики first-touch, контроля аллокаций.

4) Платформа и эксплуатация: что важно знать до тестов и закупок

4.1. Сокет и односокетная природа

Xeon Phi 7200 использует сокет SVLCLGA3647.
Важная практическая особенность Knights Landing — ориентация на односокетные узлы (масштабирование предполагалось через кластер, а не через многосокетность на одной плате). Внешнее масштабирование закрывалось Omni-Path/InfiniBand-классом сетей.

4.2. PCIe и отличие F-моделей

Для «обычных» (не-F) моделей в спецификации указаны 36 линий PCIe Gen3.
Для моделей с индексом F в спецификации фигурирует уже 4 линии PCIe — это важный сигнал о том, что платформа ориентирована на встроенную фабрику и другой баланс I/O.

4.3. Omni-Path на корпусе и зачем он был нужен

В Knights Landing существовал вариант с интеграцией Intel Omni-Path Fabric «на корпусе», который даёт два порта по 100 Gb/s. Это описано и в архитектурной статье, и в отраслевых обзорах: фабрика подключалась к кристаллу через x16-линии PCIe на очень коротком «внутрипакетном» соединении.

Смысл F-SKU прост: сделать узел KNL максимально «самодостаточным» для кластера — CPU, память и сеть высокого класса в одном пакете, с минимальными накладными расходами на отдельные контроллеры и плату расширения.

4.4. Виртуализация

В спецификациях Xeon Phi 7200 явно отмечено, что VT-x/VT-d не поддерживаются.
Это сразу ограничивает сценарии: линейка делалась под вычислительные узлы, а не под виртуализированные «облачные» серверы общего назначения.

4.5. Теплопакет и охлаждение

TDP линейки лежит в диапазоне примерно 215–260 Вт в зависимости от модели, при этом варианты с интегрированной фабрикой имеют более высокий TDP.
На практике это означает требование к серьёзному VRM и эффективному воздушному потоку в стойке: большое количество активных блоков (плитки + mesh + контроллеры MCDRAM/DDR) делает тепловую плотность заметной даже на умеренных частотах.

5) Сводная таблица моделей Intel Xeon Phi 7200 (x200, Knights Landing)

Ниже — «каркас» линейки: ядра/частоты/кэш/память/каналы DDR4/PCIe/TDP. Все модели имеют 16 ГБ MCDRAM на корпусе; различия идут по ядрам/частоте, скорости DDR4 и особенностям F-вариантов.

Модель Ядра / потоки Base / Turbo L2 DDR4 Каналы DDR4 Пропускная способность DDR4 (паспорт) PCIe lanes TDP
Xeon Phi 7210 64 / 256 1.30 / 1.50 ГГц 32 МБ DDR4-2133 6 102 GB/s 36 215 Вт
Xeon Phi 7210F 64 / 256 1.30 / 1.50 ГГц 32 МБ DDR4-2133 6 102 GB/s 4 230 Вт
Xeon Phi 7230 64 / 256 1.30 / 1.50 ГГц 32 МБ DDR4-2400 6 115.2 GB/s 36 215 Вт
Xeon Phi 7230F 64 / 256 1.30 / 1.50 ГГц 32 МБ DDR4-2400 6 115.2 GB/s 4 230 Вт
Xeon Phi 7250 68 / 272 1.40 / 1.60 ГГц 34 МБ DDR4-2400 6 115.2 GB/s 36 215 Вт
Xeon Phi 7250F 68 / 272 1.40 / 1.60 ГГц 34 МБ DDR4-2400 6 115.2 GB/s 4 230 Вт
Xeon Phi 7290 72 / 288 1.50 / 1.70 ГГц 36 МБ DDR4-2400 6 115.2 GB/s 36 245 Вт
Xeon Phi 7290F 72 / 288 1.50 / 1.70 ГГц 36 МБ DDR4-2400 6 115.2 GB/s 4 260 Вт

Данные по частотам/кэшу/TDP и памяти взяты из спецификаций Intel для каждой модели.

6) Разбор каждой модели: для чего её выбирали

Ниже — разбор всех процессоров серии. В каждом подпункте я фиксирую «позицию в линейке», сильные стороны и типовую настройку режимов памяти.

6.1. Intel Xeon Phi 7210 (64C, DDR4-2133)

Ключевые факты

  • 64 ядра / 256 потоков, 1.30–1.50 ГГц, L2 32 МБ, TDP 215 Вт.

  • DDR4-2133, 6 каналов, до 384 ГБ, 102 GB/s паспортной пропускной способности.

  • 36 линий PCIe Gen3.

Роль в линейке
7210 — «точка входа» в Knights Landing: базовый уровень ядер, умеренный TDP, и главное отличие от соседних 64-ядерников — более медленная DDR4. На приложениях, где MCDRAM закрывает рабочий набор, разница DDR4-2133 vs DDR4-2400 почти не играет. На задачах, которые не помещаются в 16 ГБ MCDRAM и вынужденно работают с «дальней» памятью, 7210 теряет часть пропускной способности относительно 7230/7250/7290.

Рекомендация по режимам

  • Quadrant + Cache mode — базовая «безопасная» настройка для смешанных нагрузок, когда код не готов к явному управлению памятью.

  • Quadrant + Flat mode — когда основной рабочий набор укладывается в 16 ГБ и есть контроль аллокаций через NUMA/memkind.

6.2. Intel Xeon Phi 7210F (64C, интегрированная фабрика, DDR4-2133)

Ключевые факты

  • 64 ядра / 256 потоков, 1.30–1.50 ГГц, L2 32 МБ, TDP 230 Вт.

  • DDR4-2133, 6 каналов, 102 GB/s.

  • PCIe lanes: 4 (по спецификации).

Роль в линейке
Это 7210 с акцентом на кластерный узел с интегрированной фабрикой. Повышенный TDP соответствует «дополнительной» функциональности в пакете. Архитектурные материалы по Knights Landing описывают вариант с интегрированным Omni-Path на корпусе и двумя портами по 100 Gb/s.

Практический смысл
7210F выбирали не ради максимума производительности на узел, а ради плотной сети и упрощения узла: меньше внешних карт, меньше потенциальных узких мест по I/O и ниже накладные расходы на интеграцию. Для задач, которые часто упираются в межузловой обмен (MPI-паттерны), правильная сеть иногда важнее дополнительных 4–8 ядер.

6.3. Intel Xeon Phi 7230 (64C, DDR4-2400)

Ключевые факты

  • 64 ядра / 256 потоков, 1.30–1.50 ГГц, L2 32 МБ, TDP 215 Вт.

  • DDR4-2400, 6 каналов, 115.2 GB/s паспортной пропускной способности.

  • PCIe lanes: 36.

Роль в линейке
7230 — «тот же» 64-ядерный уровень, но с более быстрой DDR4-2400. Это заметно именно на больших задачах, где рабочий набор выходит за пределы 16 ГБ MCDRAM или где код не может эффективно использовать «ближнюю» память. Разница между 7210 и 7230 в таком режиме превращается в разницу «скорости дальнего уровня».

6.4. Intel Xeon Phi 7230F (64C, DDR4-2400, интегрированная фабрика)

Ключевые факты

  • 64 ядра / 256 потоков, 1.30–1.50 ГГц, L2 32 МБ, TDP 230 Вт.

  • DDR4-2400, 115.2 GB/s.

  • PCIe lanes: 4.

Роль в линейке
7230F — «кластерный» 64-ядерник с более быстрым DDR4 и со встроенной фабрикой. Его выбирали там, где:

  • не нужен максимум ядер на узел;

  • важна сеть в пакете (упрощение узла и предсказуемые задержки);

  • часть задач регулярно «вылезает» за MCDRAM и требует более бодрой DDR4.

6.5. Intel Xeon Phi 7250 (68C, DDR4-2400)

Ключевые факты

  • 68 ядер / 272 потока, 1.40–1.60 ГГц, L2 34 МБ, TDP 215 Вт.

  • DDR4-2400, 115.2 GB/s; PCIe 36 lanes.

Роль в линейке
7250 — самый «сбалансированный» Knights Landing: чуть больше ядер и выше частота, чем у 64-ядерников, при том же TDP, и без экстремального скачка TDP как у 7290. Именно на 7250 строили многие крупные кластеры KNL-эпохи, и в прикладных материалах по Knights Landing он часто фигурирует как «базовый» узел.

6.6. Intel Xeon Phi 7250F (68C, DDR4-2400, интегрированная фабрика)

Ключевые факты

  • 68 ядер / 272 потока, 1.40–1.60 ГГц, L2 34 МБ, TDP 230 Вт.

  • DDR4-2400, 115.2 GB/s.

  • PCIe lanes: 4.

Роль в линейке
7250F — один из самых «логичных» вариантов для кластера: достаточно ядер для сильной внутривузловой параллельности + встроенная фабрика под MPI-масштабирование. Архитектурная статья прямо фиксирует типичный TDP: 215 Вт без фабрики и 230 Вт с фабрикой.

6.7. Intel Xeon Phi 7290 (72C, флагман без интегрированной фабрики)

Ключевые факты

  • 72 ядра / 288 потоков, 1.50–1.70 ГГц, L2 36 МБ, TDP 245 Вт.

  • DDR4-2400, 115.2 GB/s; PCIe 36 lanes.

Роль в линейке
7290 — верхняя граница Knights Landing по ядрам и частотам. Это «самый дорогой» способ получить максимум параллельности и максимум векторной мощности в рамках одной платформы. В отраслевых обзорах запуск Knights Landing сопровождался тезисом о «почти 3.5 TFLOPS FP64» у 7290.

Важно понимать: 7290 показывает преимущество там, где:

  • распараллеливание действительно масштабируется до сотен потоков;

  • память не превращается в стоп-фактор (то есть MCDRAM используется правильно);

  • векторизация работает в 512 бит.

Если код «узкий» и плохо распараллелен, 7290 превращается в дорогой процессор с низкой производительностью на ядро, и это один из частых поводов критики Knights Landing как платформы общего назначения.

6.8. Intel Xeon Phi 7290F (72C, флагман с интегрированной фабрикой)

Ключевые факты

  • 72 ядра / 288 потоков, 1.50–1.70 ГГц, L2 36 МБ, TDP 260 Вт.

  • DDR4-2400, 115.2 GB/s; PCIe lanes: 4.

Роль в линейке
7290F — вершина KNL-линейки как «самодостаточного узла» для HPC-кластера: максимум ядер + встроенная фабрика. Это модель для сценариев, где узел должен быть максимально сильным сам по себе, а коммуникации — максимально быстрыми без «лишних» промежуточных контроллеров.

7) Методология тестов: почему цифры KNL нельзя читать «как у обычного CPU»

Для Xeon Phi 7200 корректная методология всегда фиксирует три вещи:

  1. Где лежат данные: DDR4 или MCDRAM (и в каком режиме).

  2. Как организована топология чипа: Quadrant vs SNC-режимы.

  3. Как закреплены потоки: compact/scatter и политика first-touch.

Даже в академических/практических руководствах подчёркивается: настройка HBM, режимы чипа и размещение потоков дают измеримый эффект, а «без настройки» Knights Landing способен проигрывать более старым Xeon в ряде приложений.

8) Бенчмарки и результаты тестов (таблицы вместо графиков)

8.1. STREAM: пропускная способность памяти (DDR4 vs MCDRAM)

В руководстве по Knights Landing приведены результаты STREAM при размещении массивов в обычной памяти и в «ближней» памяти через memkind (рабочий набор 4.5 GiB, то есть гарантированно помещается в 16 GiB MCDRAM). Это хороший «чистый» срез, который показывает, что даёт правильное размещение данных:

STREAM тест Main memory (GiB/s) High Bandwidth memory (GiB/s)
Copy 45.4 282.6
Scale 45.8 282.7
Add 52.4 297.7
Triad 52.3 297.6

Эта таблица важна по двум причинам:

  • прирост от размещения в MCDRAM — кратный;

  • даже «неидеальные» значения под 300 GiB/s в устойчивом режиме дают огромный запас по сравнению с типичным DDR4-уровнем.

Для понимания «потолка» полезно держать в голове оценку из архитектурной статьи: агрегатная пропускная способность MCDRAM на STREAM Triad превышает 450 GB/s, а DDR4 — превышает 90 GB/s.

8.2. HPCG: «реалистичная» производительность для памяти и латентности (single-node)

HPCG часто считают более «приземлённым» тестом, чем HPL, потому что он сильнее чувствителен к памяти, латентности и реальным паттернам доступа. В материалах по HPCG для Knights Landing приведены single-node результаты при quad cluster mode:

Процессор Режим памяти HPCG, GFLOP/s
Xeon Phi 7210 (64C) Flat 46.7
Xeon Phi 7250 (68C) Flat 49.4
Xeon Phi 7250 (68C) DDR (без использования MCDRAM как адресуемой памяти) 13.8
Xeon Phi 7290 (72C) Flat 51.3

Результат здесь предельно показательный: переход на «ближнюю» память в Flat mode меняет порядок величин, а разница между 7210/7250/7290 укладывается в ожидаемый эффект от дополнительных плиток и частоты.

8.3. HPL (Linpack): «пиковая» математика и масштабирование по узлам

Для HPL у Knights Landing есть сильная сторона: когда библиотека и параметры подобраны, чип близко подходит к пиковой векторной мощности. В отчёте по HPL на кластере Xeon Phi 7250 приведены результаты слабого масштабирования до 32 узлов:

Узлы (C) Размер задачи (n) P×Q Rmax (GFLOP/s) Параллельная эффективность
1 100000 1×1 1895 ± 43 100%
2 140000 1×2 3770 ± 65 99.5% ± 2.8
4 200000 2×2 7200 ± 41 95.0% ± 2.2
8 290000 2×4 14500 ± 170 95.6% ± 2.4
16 410000 4×4 29000 ± 170 95.6% ± 2.2
32 580000 4×8 57000 ± 122 94.0% ± 2.1

Здесь два ключевых вывода:

  • на правильно настроенном кластере KNL показывает очень высокую эффективность масштабирования по узлам для HPL;

  • уровень порядка 1.78 TFLOP/s на узел (57 TFLOP/s на 32 узла) выглядит как «практический» ориентир для 7250 при хорошем тюнинге.

В том же материале приведено сравнение с крупным кластером Intel S7200AP (Stampede-KNL): 842.9 TFLOP/s на 504 узла, то есть 1.67 TFLOP/s на узел — очень близко к «лабораторному» ориентиру выше.

Влияние режимов чипа на single-node HPL

Там же показано, что выбранная конфигурация (Quadrant + Flat) дала лучший single-node результат для HPL среди протестированных вариантов:

Режим Rmax, GFLOP/s
Quadrant, Flat 1895
Quadrant, Cache 1850
All-to-All, Flat 1866
SNC-4, Flat (1 MPI процесс) 703
SNC-4, Flat (4 MPI процесса) 332

Это отличный пример того, почему «SNC ради латентности» без правильного NUMA-дизайна приложения может обрушить результат: формально режим более «тонкий», но практически он требует другой архитектуры запуска и размещения данных.

8.4. Что показывают прикладные наборы тестов и промышленные отчёты

Сравнение с Xeon E5 (по прикладным задачам)

В прикладном отчёте по Knights Landing приводится серия сравнений с Xeon E5-2697 v4, где Xeon Phi 7250 и 7290 показывают ускорения «до» 1.8× и 1.6× на отдельных задачах/библиотеках, а также улучшение performance/power в отдельных сценариях.

Чтобы это было читаемо как таблица (без графиков), фиксирую именно те формулировки, которые опубликованы в отчёте:

Набор/приложение (пример из отчёта) Метрика Результат Xeon Phi (по отчёту)
Раздел Benchmarks/Core Libraries Производительность до 1.8× быстрее на Xeon Phi 7250 vs Xeon E5-2697 v4
Раздел Benchmarks/Core Libraries Производительность 1.6× быстрее на Xeon Phi 7290 vs Xeon E5-2697 v4
MPAS Ocean 4.0 Время/скорость до 1.7× быстрее vs Xeon E5-2697 v4
NEMO Производительность до 2.1× улучшение vs Xeon E5-2697 v4
Отдельные кейсы (performance/power) Производительность на ватт до 1.96× performance/power vs Xeon E5-2697 v4

Эти цифры полезны как иллюстрация потенциала платформы на «подготовленном» коде и на настроенной системе (в отчёте перечислены параметры тестовых стендов и режимы).

«Вердикт» из практических руководств: KNL не универсален

В Best Practice Guide по Knights Landing прямо отмечено, что в ряде приложений Knights Landing «испытывает трудности» даже против более старых Haswell-узлов по чистой производительности, при этом хорошо масштабируется с ростом числа физических ядер и сильно зависит от тюнинга (HBM-настройки, размещение рангов/потоков).

Это и есть честная формула Xeon Phi 7200:

  • на задачах «про память» и на векторизуемых численных ядрах KNL способен дать очень сильные результаты;

  • на задачах с низкой параллельностью или с плохой векторизацией он становится платформой с низкой производительностью на поток и с непростым профилированием.

9) Почему Xeon Phi 7200 иногда «взлетает», а иногда «падает»

9.1. Три типовых сценария успеха

  1. Ограничение по пропускной способности памяти
    STREAM и HPCG показывают, что MCDRAM радикально меняет потолок. Если код упирается в bandwidth, «ближняя» память приносит мгновенный эффект.

  2. Сильная векторизация
    Два 512-битных VPU на ядро — это «шоссе» для FP32/FP64, но только если компилятор или разработчик реально выстраивают векторные циклы.

  3. Масштабирование по потокам и правильный affinity
    В KNL много аппаратных потоков, и корректное распределение по плиткам (scatter/compact, привязка MPI-рангов) становится частью производительности.

9.2. Три типовых причины провала

  1. Неподготовленный код: мало параллельности, слабая векторизация, много ветвлений.

  2. Неправильное размещение данных: рабочий набор «болтается» в DDR4, а MCDRAM работает не там и не так.

  3. Неподходящий режим кластеризации: включён SNC, но приложение не NUMA-осознанно, и всё разваливается по латентности и по междоменным обращениям.

10) Сравнение с альтернативами своего времени

10.1. Против обычных Xeon (Broadwell-EP / Haswell-EP)

Логика сравнения тут не «кто быстрее вообще», а «в каких задачах выигрывает платформа».

Где Xeon Phi 7200 сильнее

  • bandwidth-ограниченные ядра (STREAM-класс, stencil-операции, часть FFT-сценариев);

  • HPCG-подобные профили;

  • HPL и плотная линейная алгебра при правильном тюнинге.

Где обычные Xeon сильнее

  • смешанные серверные нагрузки, где решает IPC и высокая частота;

  • приложения с плохой векторизацией и слабым масштабированием;

  • сценарии, где важны виртуализация и универсальные I/O-возможности.

Практические руководства по KNL прямо подчеркивают, что без тюнинга Knights Landing может проигрывать «старым» платформам, и это как раз зона, где Xeon выигрывает за счёт универсальности.

10.2. Против GPU-подхода

Xeon Phi 7200 занимал промежуточную позицию: архитектурно он ближе к CPU (x86, привычные компиляторы, OpenMP/MPI), но по философии — ближе к ускорителям (широкие вектора, требование к параллелизму и локальности).

GPU нередко проще «покупает» производительность на хорошо переписанном коде, но Xeon Phi был интересен тем, что сохранял CPU-подход: один бинарник, нативный запуск, меньше барьеров по инструментарию. Именно этим объясняются попытки позиционирования Knights Landing как ответа на ускорители в HPC-сегменте в ряде отраслевых материалов.

11) Мнения и оценки профильных источников: что считали сильным и слабым

Что хвалили

  • Память: MCDRAM и возможность конфигурировать её как кэш или как адресуемую память — это ключевой дифференциатор KNL и основа его успеха на bandwidth-нагрузках.

  • Архитектура many-core без PCIe-бутылочного горлышка: переход от сопроцессоров к самозагружаемому CPU в сокете убрал фундаментальный ограничитель старых Phi.

  • Масштабирование на «правильных» задачах: HPL показывает высокую эффективность на настроенном кластере.

Что критиковали

  • Сложность раскрытия потенциала: режимы памяти, режимы кластеризации, привязка потоков — без этого KNL демонстрирует неровную картину и может проигрывать более простым платформам.

  • Низкая производительность на ядро: при частотах 1.3–1.5 ГГц и ориентации на параллельность Knights Landing не выглядит сильным для «слабопараллельных» задач.

12) Практические рекомендации по выбору модели

Если нужен «вход в KNL» и рабочий набор влезает в MCDRAM

  • Xeon Phi 7210 — ровный вариант, если DDR4-скорость не критична (данные живут в MCDRAM).

Если часто выходите за 16 ГБ MCDRAM и хотите быстрее «дальний» уровень

  • Xeon Phi 7230 — 64 ядра, но DDR4-2400 и выше паспортный bandwidth DDR4.

Если нужен баланс ядер/частоты/теплопакета

  • Xeon Phi 7250 — самый практичный «универсал» внутри самой линейки KNL.

Если нужен максимум узла (и вы уверены в масштабировании кода)

  • Xeon Phi 7290 — максимум ядер и частоты, но и более высокий TDP.

Если строите кластер и хотите интегрированную фабрику в пакете

  • F-модели (7210F/7230F/7250F/7290F) — выбор под узлы, где сеть и плотность интеграции критичнее, чем универсальные PCIe-возможности.

13) Плюсы и минусы Intel Xeon Phi 7200

Плюсы

  • Очень высокая пропускная способность памяти при правильном использовании MCDRAM (на практике даёт кратный прирост в STREAM-классе).

  • Сильная векторная подсистема AVX-512 и ориентация на HPC-ядра.

  • Самозагружаемый CPU в сокете: нативный запуск без архитектуры «host + accelerator».

  • Хорошее масштабирование на HPL при правильном тюнинге и инфраструктуре кластера.

  • F-варианты закрывают вопрос сети на уровне пакета (двухпортовый 100 Gb/s класс).

Минусы

  • Производительность резко зависит от режимов памяти/кластеризации и от дисциплины размещения данных (без тюнинга результат нестабилен).

  • В слабопараллельных и плохо векторизуемых задачах Knights Landing проигрывает более «обычным» CPU и выглядит невыгодно по времени до решения.

  • Отсутствие поддержки виртуализации ограничивает использование в универсальных серверных сценариях.

  • Модельная линейка делится на «обычные» и F-варианты с радикально разным PCIe-профилем, что нужно учитывать при проектировании узла.

14) Итоговый вердикт по линейке Xeon Phi 7200

Intel Xeon Phi 7200 — это не «серверный CPU широкого профиля», а специализированный many-core процессор под HPC: он раскрывается там, где есть параллельность, векторизация и грамотная работа с памятью. В этом режиме MCDRAM становится ключевым ускорителем, что подтверждают и STREAM-таблицы, и HPCG-результаты, и поведение Linpack на настроенном кластере.

Если выбирать внутри линейки:

  • 7210/7230 — входной уровень (разница в скорости DDR4);

  • 7250 — самый сбалансированный вариант;

  • 7290/7290F — флагман под максимум потоков и «всё по-взрослому»;

  • F-серия — выбор под кластерную инфраструктуру и узлы с интегрированной фабрикой.

Главное условие успеха Xeon Phi 7200 не в железе, а в софте: правильная раскладка данных между DDR4 и MCDRAM, корректный affinity, и код, который реально использует AVX-512 и масштабируется на сотни потоков. Именно тогда Knights Landing превращается в то, ради чего он создавался.