美光 DDR5 内存配合第四代 AMD EPYC 处理器，提升高性能计算工作负载

美光与AMD联手为客户及数据中心平台提供一流的用户体验。双方在奥斯汀建立联合服务器实验室，以减少服务器内存验证时间，在产品验证和发布期间共同进行工作负载测试。目前美光适用于数据中心的DDR5内存和第四代AMD EPYCTM^TM（霄龙）处理器均已出货，我们对其进行了一些常见的高性能计算（HPC）工作负载基准测试。

长期以来，超级计算机承担着高性能计算工作负载。此类大规模的数据密集型工作负载需要运行TB级的数据量以进行数百万个并行操作，以解决人类世界的难题，如天气和气候预测；地震建模；化学、物理和生物分析等。

随着计算机架构的进步，此类工作负载往往托管在超大型“可横向扩展”的高性能服务器集群中。这些服务器集群需要集合最强大的算力、架构、内存和存储基础设施，以满足关键工作负载对可扩展性、低延迟和高性能的需求。然而随着服务器CPU的性能和吞吐量不断增长，DDR4无法提供足够的内存带宽，来满足不断增长的高性能内核。

为缓解这一瓶颈，美光DDR5内存与采用了Zen 4服务器架构的第四代AMD EPYC处理器强强联合，使服务器CPU能够更好地匹配内存产品，满足数据密集型工作负载对性能和效率的需求。美光DDR5内存可帮助企业从本地和云端数据中更快获取洞察。我们对最新的AMD Zen 4 96核CPU和美光DDR5进行了行业内高性能计算工作负载基准测试，所有结果均显示性能提升了两倍。

美光DDR5搭配第四代AMD EPYC处理器，在STREAM测试中实现内存带宽翻倍

STREAM¹是常见的基准测试工具，用于测量高性能计算机的内存带宽，可捕获高性能计算系统的峰值内存带宽。

该工作负载使用的软件堆栈

·Alma 9 Linux kernel 5.14

·STREAM.f，2021年11月29日发布版本

测试设置

·DDR4系统搭配第三代64核3.7 GHz AMD EPYC处理器；DDR4 3200 MHz系统²的RDIMM内存槽插满，共64GB

·DDR5系统搭配第四代96核3.7 GHz AMD EPYC处理器；DDR5 4800 MHz系统³的RDIMM内存槽插满，共64GB

测试结果

·DDR5系统每插槽内存带宽翻倍，达到378 GB/s

·该结果意味着客户能运行更大规模的人工智能/机器学习（AI/ML）项目，或利用DDR5增加的内存带宽进行更多高性能计算。

美光DDR5，助力天气研究和预报（WRF）⁴速度提升2倍

此次测试使用的高性能计算工作负载代码针对天气和气候。WRF模型在一些支持高性能浮点处理、高内存带宽、低延迟网络等传统高性能计算架构中表现良好，测试对象为横向分辨率为2.5公里的美国大陆地区（CONUS）。

该工作负载使用的软件堆栈

·Alma 9 Linux kernel 5.14 

·WRF 2.3.5 & 4.3.3 

·Open MPI v4.1.1

测试设置

·DDR4系统搭配第三代64核3.7 GHz AMD EPYC处理器；DDR4 3200 MHz系统²的RDIMM内存槽插满，共64GB

·DDR5系统搭配第四代96核3.7 GHz AMD EPYC处理器；DDR5 4800 MHz系统³的RDIMM内存槽插满，共64GB

测试结果

·美光DDR5搭配第四代AMD EPYC处理器，可实现1.3567时间步/秒VS DDR4系统的2.8533时间步/秒

·速度更快意味着可使用更大的数据库或运行更多模型以进行天气预测，进而改善预测的准确度。

美光DDR5，助力OpenFOAM⁵速度提升2倍

OpenFOAM是一种计算流体动力学（CFD）的开源高性能计算工作负载，广泛应用于多个行业，有助于缩短开发时间并降低成本。从消费类产品设计到航空航天设计，OpenFOAM能够模拟不同应用中的物理互动，包括摩托车风挡湍流。在该模拟中，OpenFOAM能够计算摩托车和骑手周围的稳定气流。OpenFOAM能够根据用户指定的进程数进行负载均衡计算，以此将网格分解成多个部分并分配给不同的进程求解。求解完成后，再将网格和解重新组合为单个域。

该工作负载使用的软件堆栈

·OpenFOAM CFD软件（版本8），其中摩托车网格尺寸为：600 x 240 x 240

·Alma 9 Linux kernel 5.14 

·Open MPI v4.1.1

测试设置

·DDR4系统搭配第三代64核3.7 GHz AMD EPYC处理器；DDR4 3200 MHz系统²的RDIMM内存槽插满，共64GB

·DDR5系统搭配第四代96核3.7 GHz AMD EPYC处理器；DDR5 4800 MHz系统³的RDIMM内存槽插满，共64GB

测试结果

测试结果表明美光DDR5产品组合将OpenFOAM性能提高了2.4倍。OpenFOAM为五大高性能计算软件平台之一，拥有大型开源社区。该软件广泛应用于大学和研发中心，可利用高带宽内存和拥有密集内核的高性能CPU，实现高度的并行操作。

美光DDR5，助力分子动力学⁶速度提升2倍

CP2K是一款开源量子化学工具，适用于许多应用，包括固态生物系统模拟。CP2K能够为不同的建模方法提供通用的框架。此次测试对象为水（H₂O）的密度泛函理论（DFT），模拟盒子中共包含6,144个原子（2,048个水分子）。

该工作负载使用的软件堆栈

·H₂O-DFT-LS.NREP4及H₂O-DFT-LS

·Alma 9 Linux kernel 5.14

测试设置

·DDR4系统搭配第三代64核3.7 GHz AMD EPYC处理器；DDR4 3200 MHz系统²的RDIMM内存槽插满，共64GB

·DDR5系统搭配第四代96核3.7 GHz AMD EPYC处理器；DDR5 4800 MHz系统³的RDIMM内存槽插满，共64GB

测试结果
测试结果表明美光DDR5产品组合将分子动力学性能提高了2.1倍。随着内核数和内存带宽增加，此类工作负载的性能也显著提升。

总结

目前我们只针对少量高性能计算工作负载进行了测试，因此以上只是我们的初步成果。将高性能高带宽内存与最新的服务器处理器（如第四代AMD EPYC处理器）相结合，可为高性能计算客户创造新的可能。我们期待更多企业数据中心和云服务商，能够在新平台上应用美光DDR5产品，解锁更高的性能与能效。

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¹我们在STREAM基准测试中配置了25亿个向量的STREAM Benchmark——运行在一台单AMD CPU系统上
²AMD DDR4系统为一台64核AMD EPYC 7763处理器，DDR4-3200 MHz的RDIMM内存槽插满，共64GB
³AMD DDR5系统为一台96核AMD EPYC 9654处理器，DDR5-4800 MHz的RDIMM内存槽插满，共64GB
⁴横向分辨率为12.5公里CONUS的WRF在DDR4系统上的运行时间为929秒，在DDR5系统上的运行时间为287秒（均包括存储器的输入/输出时间）。该测试中WRF配置为2.5公里CONUS，测试结果为1.3567时间步/秒，相比之下DDR4的运行时间为2.8533时间步/秒。
⁵针对OpenFOAM，我们运行了三种变体：
5a：1004040 runtimes，DDR4系统运行时间为1,144秒，DDR5系统运行时间为478秒
5b：1084646 runtimes，DDR4系统运行时间为1,633秒，DDR5系统运行时间为698秒
5c：1305252 runtimes，DDR4系统运行时间为2,522秒，DDR5系统运行时间为1,091秒
⁶分子动力学工作负载在DDR4系统上的运行时间为2,519秒，在DDR5系统上的运行时间为1,242秒

作者

Krishna Yalamanchi

Krishna担任美光生态系统高级开发经理，专注于研发DDR5和CXL解决方案。他曾在英特尔IT部门任职，领导SAP HANA的迁移工作，通过与SI、OEM和云服务提供商共同搭建的合作伙伴生态系统，推出了用于SAP工作负载的第三代与第四代Intel Xeon处理器。

Sudharshan Vazhkudai

Sudharshan S. Vazhkudai博士担任美光系统架构和工作负载分析总监。他领导一支位于奥斯汀和印度海得拉巴的团队，致力于研究内存和存储（DDR、CXL、HBM和NVME）产品中层次结构的可组合性，并优化与数据中心工作负载相关的系统架构。