Was sind vier wichtige BIOS-Einstellungen für Intel-CPUs?
Mithilfe von Einstellungen des BIOS können Sie die Leistung Ihres Servers verbessern. Allerdings eignen sich einige Methoden nicht bei Virtualisierungs-Hosts.
Um die Leistung Ihres Servers voll auszunutzen, können Sie Konfigurationen vornehmen, beispielsweise durch die Einstellungen des BIOS. Achten Sie dabei aber unbedingt auf die Betriebstemperatur und einen steigenden Energiebedarf.
Warnungen zu BIOS-Einstellungen
Wenn es möglich ist, die Leistung eines Servers durch einfache BIOS-Einstellungen (Basic Input/Output System) zu verbessern, stellt sich sofort die Frage: Warum hat der Hersteller die Maschine nicht bereits mit den bestmöglichen BIOS-Einstellungen ausgeliefert?
Dafür gibt es mehrere Gründe. In einigen Fällen können Einstellungen zur Leistungssteigerung die Stabilität des Servers beeinträchtigen. In anderen Fällen geht die Leistungssteigerung mit einer höheren Betriebstemperatur, einem höheren Stromverbrauch oder beidem einher. Die Hersteller versuchen in der Regel, die richtige Balance zwischen Leistung, Energieverbrauch und Zuverlässigkeit zu finden. Sie sollten daher immer bedenken, dass eine Feinabstimmung des BIOS unbeabsichtigte Folgen haben kann.
Denken Sie auch daran, dass jeder Server anders ist. Die Marke, das Modell, die Architektur und natürlich auch das Alter eines Servers beeinflussen die verfügbaren BIOS-Einstellungen. Einige der beschriebenen Methoden funktionieren daher möglicherweise nicht auf Ihrem System.
1. Einstellung des Node Interleavings
Die NUMA-Technologie (Non Uniform Memory Access, nicht-konformer Memory-Zugang) verbindet mehrere Knoten (Nodes) über eine Hochgeschwindigkeitsverbindung. Das Konzept besteht darin, dass jede CPU über einen eigenen eingebauten Speicher-Controller verfügt, der direkt auf den für die CPU als lokal betrachteten Memory zugreift.
Eine CPU kann nun den Speicher des eigenen Knotens (lokal) oder den Speicher eines anderen Knotens (remote) anfordern. Der lokale Memory-Zugriff ist schneller als der Fernzugriff, da letzterer zusätzlich den Datentransport über eine NUMA-Verbindung erfordert.
Node Interleaving verteilt Daten über Memory-Controller hinweg und kompensiert die Leistungseinbußen, die mit dem Remote-Speicherzugriff verbunden sind. Einige Systeme aktivieren Node Interleaving automatisch im BIOS. Server, die als Virtualisierungs-Hosts fungieren, bieten jedoch in der Regel eine bessere Leistung, wenn diese Option deaktiviert ist.
Das liegt an der Art und Weise, wie das System lokalen und Remote-Memory einer CPU zuweist. Wenn NUMA Interleaving deaktiviert ist, erstellt das System eine System Resource Allocation Table (SRAT). Diese Tabelle enthält die Information, welcher Memory für die CPU lokal ist.
Das System bevorzugt die Verwendung dieses designierten lokalen Memory, da Interconnects zu mehr Latenz und Ressourcenkonflikten beim Remote-Zugriff führen. Wenn Interleaving aktiviert ist, erzeugt das System keine SRAT. Dadurch wird der Hypervisor von der zugrundeliegenden NUMA-Architektur entkoppelt und nutzt das Memory unabhängig von seinem Speicherort gleichberechtigt.
Bei deaktiviertem Interleaving verwenden moderne Hypervisoren in der Regel einen Best-Effort-Ansatz für die Speicherzuweisung. Der Hypervisor versucht dann, den gesamten Memory einer virtuellen Maschine (VM) von einem einzigen NUMA-Knoten zu beziehen, greift aber auf weitere NUMA-Nodes zurück, wenn er zusätzliches Memory benötigt und die Konfiguration des Hypervisors eine NUMA-übergreifende Nutzung zulässt.
2. Einstellung des Demand-Based Scalings
Nur wenige BIOS-Einstellungen haben einen so großen Einfluss auf die Gesamtleistung wie die Energieverwaltungseinstellungen. Viele dieser Einstellungen sind herstellerspezifisch, daher sollten Sie auf der Website des Hardwareherstellers nach entsprechenden Informationen und Empfehlungen suchen.
Die erste Einstellung, die Sie überprüfen sollten, ist Demand-Based Scaling (DBS). DBS passt den Prozessortakt automatisch an, um entweder mehr Leistung bereitzustellen oder Energie zu sparen.
Viele Server steuern DBS über Energieverwaltungsprofile. In der Standardeinstellung regelt meist das Betriebssystem die Anpassung des Prozessortakts. Das erzeugt jedoch einen gewissen CPU-Overhead. Nicht jedes Betriebssystem unterstützt diese Einstellung. Insbesondere bei Servern mit Low-Level-Hypervisoren kann das zu Problemen führen.
Wenn Sie die Leistung verbessern wollen, sollten Sie die Energiesparprofile vermeiden und stattdessen die Leistungssteigerungsprofile wählen.
3. Einstellung des simultanen Multithreadings (SMT)
Viele Server mit Intel-Xeon-Prozessoren unterstützen simultanes Multithreading (SMT). SMT ist eine Technik von Intel, die dem Betriebssystem die Zahl der Rechenkerne doppelt so hoch erscheinen lässt. SMT behandelt also jeden physischen Rechenkern als zwei logische Rechenkerne (Cores).
Intel gibt an, dass SMT die Leistung um bis zu 30 Prozent steigern kann. Es kann sich aber auch negativ auf die Leistung auswirken, wenn der Server als Virtualisierungs-Host verwendet wird. Das gilt insbesondere für VMs auf nur einem logischen Prozessor und für Infrastrukturen, in denen die CPUs überlastet sind.
Die meisten Server mit SMT-Unterstützung haben diese Funktion standardmäßig aktiviert, Sie können sie jedoch in den BIOS-Einstellungen deaktivieren. Um herauszufinden, welche Einstellung für Sie die beste Leistung bringt, sollten Sie Vergleichstests mit und ohne aktiviertem SMT durchführen.
4. Einstellung des Turbo Boosts
Eine weitere Einstellungsmöglichkeit im BIOS, die sich auf den Server auswirkt, ist die Geschwindigkeit der CPU-Rechenkerne (Cores). Hierfür bieten einige Hersteller eigene Funktionen an. Beispielsweise bietet Intel für viele Xeon Server Turbo Boost an. Turbo Boost ähnelt dem Übertakten, da es den Cores ermöglicht, bei Bedarf mit einem höheren Takt zu arbeiten.
Intel gibt an, dass SMT die Leistung um bis zu 30 Prozent steigern kann. Es kann sich aber auch negativ auf die Leistung auswirken, wenn der Server als Virtualisierungs-Host verwendet wird.
Der Prozessor ist für den Betrieb mit Basistaktrate ausgelegt, obwohl er prinzipiell wesentlich schneller arbeiten kann. Der Basistakt soll helfen, den Energieverbrauch bei geringer Auslastung zu senken. Bearbeitet der Server eine rechenintensive Arbeitslast, erhöht Turbo Boost die Taktfrequenz der CPU bei Bedarf dynamisch bis zur maximalen Turbo-Frequenz.
Turbo Boost ist so eingestellt, dass es die Taktfrequenz nur dann erhöht, wenn der Prozessor unterhalb der angegebenen Last und Temperatur arbeitet. Steigt die Temperatur über einen vordefinierten Grenzwert, wird die Taktfrequenz wieder reduziert, um die Temperatur in den Normalbereich zu bringen.
Die tatsächlich Gesamtleistungssteigerung durch Turbo Boost hängt von der Anzahl der aktiven Rechenkerne ab, liegt aber in der Regel im Bereich von drei bis vier Frequenzschritten.
Wenn Sie Turbo Boost in Erwägung ziehen, stellen Sie sicher, dass das BIOS-Feature C-state deaktiviert ist. C-state ist eine Energiesparfunktion einiger Intel Xeon Server. Sie senkt die Spannung der CPU-Kerne und damit auch deren Taktfrequenz.
Wenn Sie die Geschwindigkeit eines Rechenkerns reduzieren, sorgt das System dafür, dass alle Rechenkerne der CPU entsprechend gedrosselt werden. Um die maximale Leistung aus Ihrem Server herauszuholen, sollten Sie alle Einstellungen vermeiden, die die Rechenkerne auf eine reduzierte Taktfrequenz setzen.
Die Turbo-Boost-Technologie von Intel gibt es mittlerweile in drei Versionen. Die erste erschien 2011. Die Version 3.0 von Intels Turbo Boost vom September 2019 entspricht weitgehend der Version 2.0. Der wesentliche Unterschied besteht darin, dass Turbo Boost 3.0 die Taktfrequenz einzelner Rechenkerne erhöhen kann, während bei Version 2.0 noch alle Rechenkerne die gleiche Taktfrequenz nutzen müssen. Nach Angaben von Intel kann die Turbo-Boost-Technologie 3.0 die Leistung eines Threads um bis zu 15 Prozent steigern.
