Arm 기반 프로세서는 메모리에서 명령을 가져와 실행하는 방식으로 작동합니다. RISC 아키텍처는 이 프로세스를 간소화합니다. 각 명령어는 기본 작업을 수행하며, 복잡한 작업은 이러한 단순한 명령어의 시퀀스를 통해 달성됩니다. 이처럼 간소화된 접근 방식은 각 명령 주기 동안 활성화되는 트랜지스터 수가 적기 때문에 전력 소비를 줄일 수 있습니다. 최신 Arm 기반 프로세서는 파이프라이닝(중복 명령어 실행), 슈퍼 스칼라 실행(여러 명령어를 동시에 실행), 정교한 브랜치 예측과 같은 고급 기능을 통합하여 에너지 효율성을 유지하면서 성능을 향상시킵니다.

프로세서의 환경에는 몇 가지 주요 아키텍처가 포함됩니다. Arm 기반 프로세서를 비교한 내용은 다음과 같습니다.

Arm 기반 프로세서는 기존 x86 아키텍처에 비해 전력 효율에 초점을 맞춰 왔습니다. 하지만 Neoverse 시리즈와 같은 Arm 아키텍처의 발전으로 서버 환경에서의 성능 격차가 줄어들고 있습니다. x86 프로세서는 성숙한 소프트웨어 생태계와 특정 워크로드에 대한 원시 처리 성능 덕분에 오랫동안 고성능 컴퓨팅 분야에서 우위를 점해 왔지만 Arm 기반 프로세서는 에너지 이점과 점점 더 경쟁력 있는 성능으로 매력적인 대안을 제공합니다.

Google Cloud는 Arm 기반 프로세서의 중요성과 기능이 점점 더 커지고 있음을 인지하고 있습니다. 이는 Arm Neoverse 아키텍처를 기반으로 Google이 커스텀 설계한 CPU인 Google Axion 프로세서에서 분명히 드러납니다. Axion 프로세서는 다양한 클라우드 워크로드에 탁월한 성능과 에너지 효율성을 제공하도록 설계되었습니다.

Google Cloud 내에서 Arm 기반 프로세서, 특히 Google Axion을 통해 다양한 서비스에 큰 이점을 제공할 수 있습니다.

• Compute Engine: Compute Engine의 Axion 인스턴스는 사용자에게 웹 서빙, 애플리케이션 서버, 마이크로서비스와 같은 까다로운 워크로드에 적합한 고성능의 에너지 효율적인 가상 머신을 제공합니다.
• Google Kubernetes Engine(GKE): GKE의 Axion 노드에서 컨테이너화된 애플리케이션을 실행하면 컨테이너화된 환경에 필요한 확장성과 성능을 저하시키지 않으면서도 프로세서의 전력 효율성 덕분에 비용 효율성과 지속 가능성을 높일 수 있습니다. GKE는 멀티 아키텍처 클러스터를 지원하므로 x86 및 Arm 노드 모두에 애플리케이션을 원활하게 배포할 수 있습니다.
• Dataproc: 빅데이터 처리 및 분석을 위해 Dataproc의 Axion 기반 인스턴스에서 Spark 및 Hadoop 워크로드를 실행하면 특히 수평 확장 처리 작업의 경우 성능과 잠재적인 비용 절감의 균형을 맞출 수 있습니다.
• Dataflow: Dataflow의 스트림 처리 워크로드는 Axion 프로세서의 효율적인 성능을 활용할 수 있으므로 지속적인 데이터 수집 및 분석을 위한 운영 비용을 낮출 수 있습니다.
• Batch: 고성능 컴퓨팅(HPC) 및 일괄 처리 작업은 Batch의 Axion에서 제공하는 코어 밀도와 와트당 성능의 이점을 누릴 수 있어 컴퓨팅 집약적인 작업에 적합한 옵션입니다.
• Cloud SQL: Axion 프로세서 기반 Compute Engine에서 Cloud SQL 인스턴스를 실행하면 비용 효율적이고 성능이 우수한 솔루션을 통해 관계형 데이터베이스 워크로드를 처리할 수 있습니다.
• AlloyDB: AlloyDB는 PostgreSQL 호환 설계를 통해 까다로운 트랜잭션 애플리케이션에 Axion 프로세서의 성능과 효율성을 활용할 수 있으므로 성능이 향상되고 TCO가 낮아질 수 있습니다.

Arm 아키텍처는 특정 애플리케이션을 위해 설계된 다양한 프로세서 계열을 포괄합니다.

• Cortex-A 시리즈: 일반적으로 스마트폰, 태블릿에 사용되며 최근에는 노트북과 서버에서도 사용되는 고성능 프로세서입니다. 이러한 코어는 복잡한 운영체제와 까다로운 애플리케이션을 위해 설계되었습니다.
• Cortex-M 시리즈: 저전력 소비 및 실시간 애플리케이션에 최적화된 마이크로컨트롤러급 프로세서로, 일반적으로 임베디드 시스템 및 IoT 기기에 사용됩니다.
• Cortex-R 시리즈: 자동차 시스템 및 산업 제어와 같이 지연 시간이 짧고 결정론적 응답이 필요한 애플리케이션을 위해 설계된 실시간 프로세서입니다.
• Neoverse 시리즈: 높은 코어 수, 성능 확장성, 전력 효율성에 중점을 두고 데이터 센터 워크로드를 위해 설계된 서버급 프로세서입니다. Google Axion 프로세서는 Neoverse 아키텍처를 기반으로 구축됩니다.

Arm 기반 프로세서의 중요성이 커지고 있음에도 불구하고 여전히 다음과 같은 문제가 있습니다.

역사적으로 Arm 기반 서버 및 고성능 컴퓨팅을 위한 소프트웨어 생태계는 x86 생태계에 비해 성숙도가 낮았습니다. 운영체제, 컴파일러, 애플리케이션 개발자의 지원이 증가하면서 이 상황은 빠르게 변화하고 있지만 일부 기존 애플리케이션은 재컴파일이 필요하거나 Arm 아키텍처에서 바로 사용할 수 없을 수 있습니다.

Arm 기반 프로세서가 점점 더 강력해지고 있지만 수년 동안 x86 아키텍처에 맞게 최적화된 고도로 전문화된 특정 워크로드는 여전히 해당 플랫폼에서 성능 이점을 누릴 수 있습니다. 하지만 새로운 세대의 Arm 기반 서버 프로세서가 출시될 때마다 이 격차는 줄어들고 있습니다.

Arm 기반 프로세서의 에너지 효율성과 성능 향상은 다양한 비즈니스 애플리케이션에 매력적인 요소입니다.

• 클라우드 컴퓨팅: Google Cloud와 같은 제공업체에서 Arm 기반 프로세서(Axion)를 사용하여 다양한 워크로드에 비용 효율적이고 지속 가능한 컴퓨팅 인스턴스를 제공할 수 있습니다.
• 에지 컴퓨팅: Arm 프로세서의 저전력 소비와 소형 폼 팩터는 제한된 전력 리소스로 로컬 처리를 수행해야 하는 에지 기기에 적합합니다.

Google Cloud는 Arm 아키텍처가 다양한 워크로드의 지원에 점점 더 중요한 역할을 하는 미래를 그려보고 있습니다. Google Axion 프로세서의 도입은 이 아키텍처에 대한 장기적인 노력을 의미하며, 고객에게 성능과 효율성을 위한 매력적인 대안을 제공합니다.

Arm 아키텍처는 모바일에서 시작되었지만 크게 발전했습니다. Google의 커스텀 설계 Axion CPU의 기반인 Arm Neoverse는 고성능 서버급 처리를 위한 역량을 보여줍니다. Axion은 HPC를 비롯한 까다로운 데이터 센터 워크로드를 처리하도록 특별히 설계되어 Google Cloud에서 상당한 성능과 효율성 향상을 제공합니다. Axion의 Neoverse V2 코어와 Google에서 관찰한 성능 벤치마크가 이를 뒷받침합니다.

Arm의 소프트웨어 생태계가 빠르게 확장되고 있습니다. Google Cloud는 Linux용 Arm 컴파일러와 같은 광범위한 컴파일러 및 Arm 성능 라이브러리를 포함한 과학 라이브러리와의 호환성을 보장하여 이러한 성장을 적극적으로 지원합니다. 또한 Arm에 최적화된 많은 오픈소스 도구와 ISV 애플리케이션을 사용할 수 있습니다. Google Cloud에서 사용자는 Compute Engine의 호환 가능한 OS 이미지, GKE의 멀티 아키텍처 컨테이너 지원, Arm 소프트웨어 개발 커뮤니티에 대한 Google의 지속적인 기여의 혜택을 누릴 수 있습니다. 또한 마이그레이션 프로세스를 용이하게 해주는 리소스와 도구도 제공합니다.

Google Cloud는 HPC용 Arm을 시작하는 데 도움을 드립니다. 사용자는 익숙한 도구와 워크플로를 사용하여 Compute Engine에서 Axion 기반 Arm 가상 머신을 빠르게 실행하거나 GKE에 Arm 기반 컨테이너를 배포할 수 있습니다. 이를 통해 개발자와 학생에게 업계를 선도하는 클라우드 플랫폼에서 미래에 대비한 유용한 기술을 습득할 수 있는 접근 가능한 경로를 제공합니다. 또한 Arm을 교육 프로그램과 실습에 통합할 기회를 모색하고 있습니다.