ARMベースのCPUをバースト利用できる「T4g」インスタンスの性能をOpenSSLで測定してみた

Graviton2 ARMベースのCPUを搭載した「T4g」ファミリーのCPU性能をOpenSSLで測定してみました。

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suzuki.ryo

2020.09.18

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AWSチームのすずきです。

ARMベースのCPU、Graviton2 を搭載する新しいEC2インスタンスt4g。 OpenSSL の暗号化アルゴリズム速度の測定を実施して、CPU性能の傾向について確認する機会がありましたので、紹介させていただきます。

検証内容

実行環境

リージョン: 東京(ap-northeast-1)
インスタンスタイプ : t4g.nano, t4g.micro, t4g.small, t4g.medium, t4g.large, t4g.xlarge, t4g.2xlarge,
AMI: ami-06b258aac2ae736c2 (64 ビット Arm)
OS: Ubuntu Server 20.04 LTS (HVM)
CPU情報

sh-4.2$ cat /proc/cpuinfo
processor       : 0
BogoMIPS        : 243.75
Features        : fp asimd evtstrm aes pmull sha1 sha2 crc32 atomics fphp asimdhp cpuid asimdrdm lrcpc dcpop asimddp ssbs
CPU implementer : 0x41
CPU architecture: 8
CPU variant     : 0x3
CPU part        : 0xd0c
CPU revision    : 1

OSカーネル情報

uname -a
Linux ip-172-31-13-11 5.4.0-1024-aws #24-Ubuntu SMP Sat Sep 5 06:17:48 UTC 2020 aarch64 aarch64 aarch64 GNU/Linux

openssl情報

sh-4.2$ openssl version
OpenSSL 1.1.1f  31 Mar 2020

検証手順

「openssl」の速度測定を以下の条件で実施、「8192 bytes」の結果を取得しました。

認証暗号アルゴリズム (aes-128-gcm、aes-128-ctr、chacha20)
並列度 (1,2,4,8)

実行コマンド

    openssl speed -elapsed -evp aes-128-gcm -multi 1
    openssl speed -elapsed -evp aes-128-gcm -multi 2
    openssl speed -elapsed -evp aes-128-gcm -multi 4
    openssl speed -elapsed -evp aes-128-gcm -multi 8
    openssl speed -elapsed -evp aes-128-ctr -multi 1
    openssl speed -elapsed -evp aes-128-ctr -multi 2
    openssl speed -elapsed -evp aes-128-ctr -multi 4
    openssl speed -elapsed -evp aes-128-ctr -multi 8
    openssl speed -elapsed -evp chacha20 -multi 1
    openssl speed -elapsed -evp chacha20 -multi 2
    openssl speed -elapsed -evp chacha20 -multi 4
    openssl speed -elapsed -evp chacha20 -multi 8

結果サンプル

sh-4.2$ openssl speed -evp aes-128-ctr
Doing aes-128-ctr for 3s on 16 size blocks: 118012811 aes-128-ctr's in 3.00s
Doing aes-128-ctr for 3s on 64 size blocks: 77677032 aes-128-ctr's in 3.00s
Doing aes-128-ctr for 3s on 256 size blocks: 32788807 aes-128-ctr's in 3.00s
Doing aes-128-ctr for 3s on 1024 size blocks: 9874089 aes-128-ctr's in 3.00s
Doing aes-128-ctr for 3s on 8192 size blocks: 1316195 aes-128-ctr's in 3.00s
OpenSSL 1.0.2k-fips  26 Jan 2017
built on: reproducible build, date unspecified
options:bn(64,64) md2(int) rc4(ptr,char) des(idx,cisc,16,int) aes(partial) idea(int) blowfish(ptr)
compiler: gcc -I. -I.. -I../include  -fPIC -DOPENSSL_PIC -DZLIB -DOPENSSL_THREADS -D_REENTRANT -DDSO_DLFCN -DHAVE_DLFCN_H -DKRB5_MIT -DL_ENDIAN -Wall -O2 -g -pipe -Wall -Wp,-D_FORTIFY_SOURCE=2 -fexceptions -fstack-protector-strong --param=ssp-buffer-size=4 -grecord-gcc-switches   -Wa,--noexecstack -DPURIFY -DSHA1_ASM -DSHA256_ASM -DSHA512_ASM
The 'numbers' are in 1000s of bytes per second processed.
type             16 bytes     64 bytes    256 bytes   1024 bytes   8192 bytes
aes-128-ctr     629401.66k  1657110.02k  2797978.20k  3370355.71k  3594089.81k

「8192 bytes」の値 (3594089.81) を取得しています。

結果

t4gファミリー

「t4g」インスタンス間で「aes-128-gcm」の結果を比較しました。

インスタンス	1並列	2並列	4並列	8並列	vCPU	ベース性能(%)
t4g.nano	965971	1931971	1931816	1929758	2	5
t4g.micro	966104	1930423	1933271	1924093	2	10
t4g.small	966154	1931575	1933077	1926692	2	20
t4g.medium	965717	1930745	1930906	1929431	2	20
t4g.large	965932	1932094	1934366	1927871	2	30
t4g.xlarge	966427	1932714	3864325	3861378	4	40
t4g.2xlarge	966156	1932504	3864379	7728068	8	40

1コアあたりの性能は同等でした。
並列処理によりvCPU数の性能向上が期待できる事が確認できました。

TOP情報

t4g.2xlargeの8並列処理中、8つのCPUが均等に利用されている事が確認できました。

top - 14:20:06 up 3 min,  0 users,  load average: 3.63, 1.56, 0.61
Tasks: 207 total,   9 running, 198 sleeping,   0 stopped,   0 zombie
%Cpu0  :100.0 us,  0.0 sy,  0.0 ni,  0.0 id,  0.0 wa,  0.0 hi,  0.0 si,  0.0 st
%Cpu1  :100.0 us,  0.0 sy,  0.0 ni,  0.0 id,  0.0 wa,  0.0 hi,  0.0 si,  0.0 st
%Cpu2  :100.0 us,  0.0 sy,  0.0 ni,  0.0 id,  0.0 wa,  0.0 hi,  0.0 si,  0.0 st
%Cpu3  :100.0 us,  0.0 sy,  0.0 ni,  0.0 id,  0.0 wa,  0.0 hi,  0.0 si,  0.0 st
%Cpu4  :100.0 us,  0.0 sy,  0.0 ni,  0.0 id,  0.0 wa,  0.0 hi,  0.0 si,  0.0 st
%Cpu5  :100.0 us,  0.0 sy,  0.0 ni,  0.0 id,  0.0 wa,  0.0 hi,  0.0 si,  0.0 st
%Cpu6  :100.0 us,  0.0 sy,  0.0 ni,  0.0 id,  0.0 wa,  0.0 hi,  0.0 si,  0.0 st
%Cpu7  :100.0 us,  0.0 sy,  0.0 ni,  0.0 id,  0.0 wa,  0.0 hi,  0.0 si,  0.0 st
MiB Mem :  15454.1 total,  14618.5 free,    246.8 used,    588.8 buff/cache
MiB Swap:      0.0 total,      0.0 free,      0.0 used.  14985.1 avail Mem

    PID USER      PR  NI    VIRT    RES    SHR S  %CPU  %MEM     TIME+ COMMAND
   2554 root      20   0    6236   1692   1120 R 100.0   0.0   0:07.07 openssl
   2556 root      20   0    6236   1692   1120 R 100.0   0.0   0:07.07 openssl
   2558 root      20   0    6236   1692   1120 R 100.0   0.0   0:07.00 openssl
   2555 root      20   0    6236   1692   1120 R 100.0   0.0   0:07.06 openssl
   2557 root      20   0    6236   1692   1120 R 100.0   0.0   0:07.06 openssl
   2559 root      20   0    6236   1692   1120 R 100.0   0.0   0:07.06 openssl
   2553 root      20   0    6236   1692   1120 R  99.7   0.0   0:07.03 openssl
   2552 root      20   0    6236   1692   1120 R  99.3   0.0   0:07.04 openssl