STMicroelectronics steigert Chip-Design-Geschwindigkeit mit AMD EPYC™ CPUs

STMicroelectronics steigert mit AMD EPYC™ Prozessoren die Geschwindigkeit beim Chip-Design und erhöht die Nachhaltigkeit

Das Design und die Herstellung von Computerchips wird mit jeder Generation intensiver. Während sich die Transistorgrößen verringern, steigt die Komplexität exponentiell.

Dies schafft einen unstillbaren Bedarf an größerer Computing-Performance für Fertigungs-Workflows. Europas größtes Halbleiterunternehmen STMicroelectronics kämpft ständig damit, dass das Tempo seiner Rechenzentren mit den Anforderungen seiner Designprozesse Schritt hält. Mit AMD EPYC™ Prozessoren kann das Unternehmen alle seine drei Kriterien – Performance, Preis und Stromverbrauch – erfüllen. So können Chip-Designs den Kunden viel schneller bereitgestellt und die Nachhaltigkeitsziele eingehalten werden.

Herausforderungen bei F&E-Performance und Energieverbrauch

„Wir möchten unseren Energieverbrauch um 150 Gigawattstunden pro Jahr senken und bis 2027 klimaneutral werden“, sagt Olivier Joubert, DTIT Senior Infrastructure Architect, STMicroelectronics. „Es ist eine große Herausforderung für ein Unternehmen mit zweistelligem Wachstum in den letzten Jahren, da wir neue Werke, Rechenzentren und höhere Kapazitäten hinzufügen. Deshalb ist es sehr wichtig, die richtige Rechenzentrumsserver-Technologie zu wählen.“

Da STMicroelectronics Halbleiter sowohl entwickelt als auch produziert, benötigt das Unternehmen Rechenzentrumsleistung in drei Hauptbereichen. Jedes Werk hat mindestens zwei Rechenzentren, während die allgemeine Unternehmens-IT-Infrastruktur sowohl in lokalen Rechenzentren als auch in der Cloud zentralisiert ist. Der größte Bedarf entsteht jedoch durch seine Rechenzentren für Forschung und Entwicklung. „Wenn wir die Größe unserer Halbleitertransistoren halbieren, steigt die Dichte und wir benötigen das Vierfache an Datenspeicher und Rechenleistung“, so Joubert. 

Die größte F&E-Datenkapazität von STMicroelectronics befindet sich in Frankreich. Rechenzentren in Italien und Indien stellen die restliche Verarbeitungskapazität bereit. Die Verbesserung der Rechenkapazität der F&E-Rechenzentren hat einen echten Einfluss auf die Fähigkeit von STMicroelectronics, neuere, komplexere Chip-Designs zu konzipieren. Allerdings stellt dies weitere Herausforderungen für die Umweltziele des Unternehmens dar. „Nachhaltigkeit ist eine Kernkompetenz von STMicroelectronics“, führt Joubert aus. „Wir sind seit 36 Jahren im Geschäft, und seit 25 Jahren veröffentlichen wir einen Nachhaltigkeitsbericht. Wir bemühen uns, weniger zu verbrauchen.“

Diese Herausforderungen bedeuten, dass STMicroelectronics fortlaufend neue Servertechnologien bewertet, sobald sie verfügbar sind. „Wir beginnen mit dem wichtigsten Element für uns bei einem Server, nämlich der CPU“, so Joubert. „Wir haben in den letzten 10 Jahren für alle CPUs Benchmarks durchgeführt. Wir benötigen stets den schnellsten Prozessor mit den meisten Kernen. Eine Zeit lang gab es keine Konkurrenz. Aber als AMD 2017 den EPYC Prozessor auf den Markt brachte, gab es wieder Alternativen. Wenn ein Prozessor in SPEC-CPU-Benchmarks gute Ergebnisse liefert, wählen wir ihn für unsere eigenen Tests aus.“ Als der AMD EPYC Prozessor der 2. Generation auf den Markt kam, entschied sich STMicroelectronics dazu, mit diesem ein Benchmarking durchzuführen. Die Performance-Ergebnisse übertrafen die Erwartungen des Unternehmens bei weitem.

Bessere Performance, Kosten und Energieeffizienz

„Wir waren wirklich beeindruckt von den Benchmark-Ergebnissen“, so Joubert. „Allerdings mussten wir auf die 3. Generation des AMD EPYC Prozessors warten, um Unterstützung für unser Betriebssystem und den Anwendungs-Stack zu ermöglichen.“ Zuvor hatte STMicroelectronics bereits AMD EPYC Prozessoren über die Microsoft Azure Cloud eingeführt und seine F&E-Auslastungen bei Bedarf umfassend darauf auslagert. „Wir arbeiten eng mit Microsoft zusammen, um sicherzustellen, dass sie dieselbe CPU verwenden wie wir in unserem Rechenzentrum. 

HPE stellte Server und CPUs für STMicroelectronics bereit, um sein eigenes Rechenzentrum zu testen. „Die Benchmark, die wir für F&E ausführen, ist Electronic Design Automation (EDA) und Computer-Aided Design (CAD)“, führt Joubert weiter aus. „Mit AMD EPYC Prozessoren der 2. Generation haben wir 6 Prozent mehr Performance als jede andere CPU auf dem Markt erzielt. Mit AMD EPYC Prozessoren der 3. Generation stieg dieser Wert auf 12 Prozent. Wir erzielten einen 25 Prozent besseren Wert pro Kern für Einzelsockel-CPUs und 30 Prozent für die Doppelsockel-CPUs. Wir führten auch Energieeffizienztests ein. Der AMD EPYC der 3. Generation reduzierte den Verbrauch pro Kern um 30 Prozent. Dies war das erste Mal, dass wir alle drei Kriterien – Performance, Preis und Effizienz – erfüllten, weshalb wir dann viele AMD EPYC CPUs der 3. Generation kauften.“

Zuverlässige Roadmap für AMD EPYC der 4. Generation

STMicroelectronics begann mit dem Rollout von AMD EPYC Prozessoren in seinen F&E-Rechenzentren. „Wir starteten mit F&E, da dies die anspruchsvollste Auslastung ist“, so Joubert. „Eine bessere Performance bedeutet eine schnellere Markteinführung. Jetzt können wir ein Design in viel kürzerer Zeit abschließen. Wir können einen Chip schneller entwickeln und mehr Designs parallel ausführen als zuvor.“

Dies ist besonders wertvoll für Branchen, in denen sich Halbleiterdesigns schnell entwickeln, z. B. fortschrittliche Fahrerassistenzsysteme (ADAS, Advanced Driver Assistance Systems) der Automobilbranche oder Kommunikationsnetzwerke. STMicroelectronics ersetzt seine F&E-Rechenzentrumsserver rollierend alle 27 Monate, weshalb die AMD EPYC Flotte fortlaufend erweitert wird. Bis Ende Mai hatte das Unternehmen 550 Einzelsockel-HPE-Server mit AMD EPYC CPUs der 3. Generation mit 64 Kernen in seinem Rechenzentrum bereitgestellt. Seitdem hat die Gesamtzahl 1.000 CPUs schon überstiegen, wobei viele Tausende auch über Microsoft Azure eingesetzt werden.

Das Unternehmen war auch in der Lage, seine Nachhaltigkeitsziele zu erreichen. Der steigende Energieverbrauch der Server-CPUs mit hoher Kerndichte wird durch eine deutlich höhere Performance ausgeglichen. Die AMD EPYC CPUs und HPE-Server sind auch für den Betrieb bei höheren Temperaturen ausgelegt, weshalb die Klimatisierung im Rechenzentrum sparsamer eingesetzt werden kann. „Wir erzielten durch den Einsatz von AMD EPYC Prozessoren der 3. Generation eine Senkung des Stromverbrauchs um 33 Prozent“, erklärt Joubert. STMicroelectronics lizenziert seine Software auf einem Zeitmodell. Die höhere Performance der AMD EPYC Prozessoren bedeutet, dass mehr Jobs innerhalb dieser Zeit ausgeführt werden können, was Geld einspart.

STMicroelectronics testet nun AMD EPYC Prozessoren der 4. Generation – mit vielversprechenden Ergebnissen. „Wir können mit AMD EPYC CPUs der 4. Generation mindestens 25 Prozent mehr Performance als bei der vorherigen Generation erzielen“, so Joubert. „Das ist wesentlich besser als jedes Konkurrrenzprodukt auf dem Markt. Unserer Erfahrung nach verbrauchen Konkurrenzprodukte selbst im Vergleich mit AMD EPYC Prozessoren der 3. Generation 50 Prozent mehr Strom pro Kern, und die CPUs kosten 75 % mehr bei weniger Performance. Deshalb werden AMD EPYC der 4. Generation noch weiter voraus sein. Es gibt vier Aspekte, die wir bei AMD EPYC Prozessoren schätzen. Erstens, die Fähigkeit von AMD, die Roadmap termingerecht umzusetzen. Zweitens, Lieferung ohne Halbleiterknappheit. Drittens, AMD arbeitet mit dem Ökosystem und unterstützt so unseren Stack. Viertens, die bevorzugten Partner sind aufeinander abgestimmt. HPE und Microsoft Azure haben folglich dieselbe Technologie.“ Von diesen Vorteilen ermutigt, denkt STMicroelectronics nun darüber nach, AMD GPUs seiner Rechenzentrumsflotte hinzuzufügen. „Wir sind sehr glücklich, eine Alternative zu den anderen CPUs auf dem Markt und einen Partner wie AMD zu haben.“