Les processeurs basés sur l'architecture ARM fonctionnent en extrayant et en exécutant des instructions depuis la mémoire. L'architecture RISC simplifie ce processus. Chaque instruction exécute une opération de base, et les tâches complexes sont réalisées par le biais d'une séquence de ces instructions simples. Cette approche simplifiée permet de réduire la consommation d'énergie, car moins de transistors sont actifs à chaque cycle d'instructions. Les processeurs modernes basés sur l'architecture ARM intègrent des fonctionnalités avancées telles que le pipelining (exécution d'instructions en parallèle), l'exécution superscalaire (exécution de plusieurs instructions simultanément) et la prédiction de branche sophistiquée pour améliorer les performances tout en préservant l'efficacité énergétique.

Le paysage des processeurs inclut plusieurs architectures clés. Voici une comparaison mettant en avant les processeurs basés sur l'architecture ARM :

Par rapport à l'architecture x86 traditionnelle, les processeurs basés sur l'architecture ARM ont toujours privilégié l'efficacité énergétique. Toutefois, les progrès réalisés dans l'architecture ARM, comme la série Neoverse, réduisent l'écart de performances dans les environnements de serveurs. Les processeurs x86 dominent depuis longtemps le calcul hautes performances grâce à leur écosystème logiciel mature et à leur puissance de traitement brute pour certaines charges de travail. Toutefois, les processeurs basés sur l'architecture ARM offrent une alternative intéressante avec leurs avantages énergétiques et leurs performances de plus en plus compétitives.

Google Cloud reconnaît l'importance et les capacités croissantes des processeurs basés sur Arm. C'est le cas des processeurs Google Axion, des CPU conçus sur mesure par Google et basés sur l'architecture Arm Neoverse. Les processeurs Axion sont conçus pour offrir des performances et une efficacité énergétique exceptionnelles pour un large éventail de charges de travail cloud.

Dans Google Cloud, les processeurs basés sur Arm, en particulier Google Axion, peuvent apporter des avantages significatifs à divers services:

• Compute Engine : les instances Axion sur Compute Engine offrent aux utilisateurs des machines virtuelles hautes performances et économes en énergie, adaptées aux charges de travail exigeantes telles que le service Web, les serveurs d'applications et les microservices.
• Google Kubernetes Engine (GKE) : l'exécution d'applications conteneurisées sur des nœuds Axion dans GKE peut contribuer à la rentabilité et à la durabilité potentielles grâce à l'efficacité énergétique des processeurs, sans compromettre l'évolutivité et les performances requises par les environnements conteneurisés. GKE prend en charge les clusters multiarchitectures, ce qui permet de déployer des applications sur des nœuds x86 et Arm sans problème.
• Dataproc : pour le traitement et l'analyse de big data, l'exécution de charges de travail Spark et Hadoop sur des instances basées sur Axion dans Dataproc peut vous aider à trouver un équilibre entre performances et économies potentielles, en particulier pour les tâches de traitement à l'échelle.
• Dataflow : les charges de travail de traitement de flux dans Dataflow peuvent exploiter les performances efficaces des processeurs Axion, ce qui peut réduire les coûts opérationnels liés à l'ingestion et à l'analyse de données continues.
• Traitement par lot : les tâches de calcul hautes performances (HPC) et de traitement par lot peuvent bénéficier de la densité de cœurs et des performances par watt offertes par Axion sur Batch, ce qui en fait une option viable pour les tâches nécessitant beaucoup de ressources de calcul.
• Cloud SQL : l'exécution d'instances Cloud SQL sur Compute Engine à l'aide de processeurs Axion peut constituer une solution économique et performante pour les charges de travail de base de données relationnelles.
• AlloyDB : AlloyDB est compatible avec PostgreSQL et peut exploiter les performances et l'efficacité des processeurs Axion pour les applications transactionnelles exigeantes, ce qui peut améliorer les performances et réduire le TCO.

L'architecture Arm englobe différentes familles de processeurs conçues pour des applications spécifiques :

• Série Cortex-A : processeurs hautes performances généralement utilisés dans les smartphones et les tablettes, et de plus en plus dans les ordinateurs portables et les serveurs. Ces cœurs sont conçus pour les systèmes d'exploitation complexes et les applications exigeantes.
• Série Cortex-M : processeurs de type microcontrôleur optimisés pour une faible consommation d'énergie et les applications en temps réel, couramment utilisés dans les systèmes intégrés et les appareils IoT.
• Série Cortex-R : processeurs en temps réel conçus pour les applications nécessitant des réponses déterministes et à faible latence, comme les systèmes automobiles et les systèmes de contrôle industriel.
• Série Neoverse : processeurs de niveau serveur conçus pour les charges de travail de centre de données, axés sur un nombre élevé de cœurs, l'évolutivité des performances et l'efficacité énergétique. Les processeurs Google Axion sont basés sur l'architecture Neoverse.

Malgré leur popularité croissante, les processeurs basés sur Arm doivent encore relever certains défis :

Historiquement, l'écosystème logiciel pour les serveurs basés sur Arm et le calcul hautes performances était moins mature que l'écosystème x86. Cette situation évolue rapidement, avec une meilleure prise en charge par les systèmes d'exploitation, les compilateurs et les développeurs d'applications. Toutefois, certaines applications anciennes peuvent nécessiter une recompilation ou ne pas être disponibles pour les architectures Arm.

Bien que les processeurs basés sur Arm deviennent de plus en plus puissants, certaines charges de travail très spécialisées qui ont été optimisées pour les architectures x86 pendant de nombreuses années peuvent encore présenter un avantage en termes de performances sur ces plates-formes. Toutefois, cet écart se réduit à chaque nouvelle génération de processeurs de serveurs basés sur Arm.

L'efficacité énergétique et les performances croissantes des processeurs basés sur Arm les rendent intéressants pour diverses applications professionnelles :

• Cloud computing : des fournisseurs comme Google Cloud utilisent des processeurs basés sur Arm (Axion) pour proposer des instances de calcul potentiellement économes et durables pour diverses charges de travail.
• Edge computing : la faible consommation d'énergie et le petit facteur de forme des processeurs Arm sont idéaux pour les appareils de périphérie qui doivent effectuer un traitement local avec des ressources énergétiques limitées.

Google Cloud prévoit que l'architecture Arm jouera un rôle de plus en plus important dans l'exécution de diverses charges de travail. L'introduction des processeurs Google Axion témoigne d'un engagement à long terme envers cette architecture, offrant aux clients une alternative intéressante en termes de performances et d'efficacité.

Bien que l'architecture Arm ait été conçue pour les appareils mobiles, elle a considérablement évolué. Arm Neoverse, la base des processeurs Axion conçus sur mesure par Google, démontre sa capacité à offrir des performances de serveur de pointe. Axion est spécialement conçu pour gérer les charges de travail exigeantes des centres de données, y compris le calcul hautes performances (HPC), et offre des gains de performances et d'efficacité considérables sur Google Cloud. Cette hypothèse est corroborée par le noyau Neoverse V2 d'Axiom et les benchmarks de performances que nous avons observés.

L'écosystème logiciel pour Arm se développe rapidement. Google Cloud soutient activement cette croissance en assurant la compatibilité avec un large éventail de compilateurs, comme Arm Compiler pour Linux, et de bibliothèques scientifiques, y compris les bibliothèques Arm Performance. De plus, de nombreux outils Open Source et applications d'éditeurs indépendants sont désormais disponibles et optimisés pour Arm. Sur Google Cloud, les utilisateurs bénéficient d'images d'OS compatibles sur Compute Engine, de conteneurs multi-architectures dans GKE et des contributions constantes de Google à la communauté de développement de logiciels Arm. Nous fournissons également des ressources et des outils pour faciliter le processus de migration.

Google Cloud vous aide à vous lancer avec Arm pour le calcul hautes performances. Les utilisateurs peuvent lancer rapidement des machines virtuelles Arm optimisées par Axion dans Compute Engine ou déployer des conteneurs basés sur Arm dans GKE à l'aide d'outils et de workflows familiers. Les développeurs et les étudiants peuvent ainsi acquérir des compétences utiles et adaptées à l'avenir sur une plate-forme cloud leader. Nous étudions également les possibilités d'intégrer Arm à nos programmes et ateliers éducatifs.