Was macht ein Prozessor in einer Cloud?

Ein Prozessor bzw. CPU ist eine essenzielle Komponente in einem Rechner. Viele kennen zwar den Begriff und wissen, dass eine CPU in ihrem Smartphone oder Computer steckt, aber im Business und gerade für die Cloud spielt die CPU eine entscheidende Komponente. Erfahren Sie, was eine CPU ist, welche Aufgaben sie erfüllt, welche Faktoren wichtig sind und wie sie in einer Cloud arbeitet.

Definition

Ein Prozessor oder CPU (Central Processing Unit) ist der zentrale Schaltkreis eines Computers. Er ist der wichtigste Bestandteil eines Rechners. Die CPU ist für die Interpretation und Ausführung von Befehlen im Computer verantwortlich. Sie führen die meisten grundlegenden arithmetischen und logischen sowie Eingang-Ausgang-Operationen aus. Zudem sind Prozessoren der Botschafter zwischen den verschiedenen anderen Chips und Komponenten des Systems.

Im Allgemeinen wird der Prozessor automatisch dem Begriff CPU gleichgestellt. Wenn man es jedoch genau nimmt, ist nicht jeder Prozessor eine CPU, aber jede CPU ein Prozessor. Andere Prozessorarten sind bspw. Grafikprozessoren, aber auch andere Komponenten in einem Rechner können unabhängig voneinander Prozesse durchführen.

Heute sind in fast allen Geräten CPUs in irgendeiner Art verbaut, sogar Waschmaschinen oder Backöfen haben heute teilweise Prozessoren. Am häufigsten finden sich CPUs jedoch in Laptops, Tablets, Computern und Smartphones. Die beiden bekanntesten Hersteller sind hierbei Intel und AMD.

Komponenten

Zu den wichtigsten Bestandteilen einer CPU gehören:

• Die Recheneinheit in einer CPU sind die jeweiligen Kerne. Diese berechnen und führen die eintreffenden Befehle aus. Hier wird im bekannten Binärsystem in Nullen und Einsen die Operation berechnet.
• Die Steuereinheit eines Prozessors sorgt für die Kommunikation zwischen den einzelnen Komponenten innerhalb der CPU. Zudem sorgt sie für das Einziehen der zu berechnenden Befehle in den Cache aus dem Arbeitsspeicher des Computers. Dadurch werden auch die Ein- und Ausgaben der Peripherie verarbeitet.
• Der Taktgeber in einem Prozessor sorgt für das Vorgeben einer Taktfrequenz, nach dem die CPU die einkommenden Befehle berechnet und ausgibt.
• Das Register in einer CPU stellt den kleinsten, aber auch schnellsten Speichertyp dar. Er ist in unmittelbarer Nähe zum Rechenwerk und an der Spitze der Speicherhierarchie. Er ist somit die letzte Station von Daten, die von einem Laufwerk an den RAM und schließlich an den Cache übergeben werden.

Allgemein gefasst bedeutet eine höhere Taktfrequenz eine schnellere CPU. Allerdings spielen eine Vielzahl an Faktoren eine Rolle, die die Geschwindigkeit eines Prozessors beeinflussen. Wie bereits erklärt, berechnet ein Prozessor Anweisungen in einem gewissen Takt. Dieser wird heute meist in Gigahertz gemessen, das heißt, dass die CPU bei 4 GHz pro Sekunde 4 Milliarden Takte ausführt.

Hierbei können innerhalb eines Taktes mehrere Anweisungen durchgeführt werden, oder aber in anderen Fällen über mehrere Takte hinweg. So sind moderne Prozessoren effizienter in der Abarbeitung der Anweisungen und können somit mehr Befehle pro Takt ausführen als ältere Modelle.

Aber auch die Menge an Kernen in einer CPU ist wichtig, da diese es ermöglichen, die jeweiligen Anweisungen auf diese Kerne aufzuteilen. Dadurch ist eine höhere Arbeitslast möglich. Hierbei spielt auch ein großer und schneller Cache-Speicher eine wichtige Rolle, der die Daten aus dem Arbeitsspeicher zieht und an den Registerspeicher weitergibt.

Ist ein zu kleiner Cache bereits gefüllt, können keine weiteren Befehle entgegengenommen werden. Somit kommt es zu einem Flaschenhals in der Bearbeitung von Anweisungen und das System wird ausgebremst. Für eine Cloud werden daher häufig Prozessoren der Intel Xeon und AMD EPYC Reihe verwendet.

In einem modernen Rechenzentrum mit Cloudfunktion werden physisch existierende und sogenannte vCPU’s verwendet. Für eine optimale Verwendung der Cloud ist die physisch existierende Prozessorleistung in Verbindung mit vCPU’s unverzichtbar. Aber wie genau hängen CPU und vCPU zusammen?

CPU vs. vCPU

Eine CPU funktioniert in einem Serversystem wie in einem privaten Rechner. Die CPU ruft Anweisungen aus dem Speicher ab, decodiert die Anweisungen, führt sie aus und speichert die Ausgabedaten. Der Prozessor berechnet also vorhandene Befehle wie eine herkömmliche CPU.

Der Begriff "vCPU" steht für "virtuelle CPU" und bezieht sich auf eine virtuelle Zentraleinheit oder einen Prozessor, der von einer Virtualisierungssoftware bereitgestellt wird.

Virtualisierung ermöglicht es, mehrere virtuelle Maschinen auf einem einzigen physischen Computer auszuführen. Jede virtuelle Maschine wird als eigenständiges Betriebssystem behandelt und hat ihren eigenen Satz an Ressourcen einschließlich der Prozessorzeit. Das ist besonders wichtig für ein effektives Cloud-Computing.

Die vCPU ist eine virtuelle Aufspaltung der physischen CPU und wird von einer Virtualisierungssoftware verwaltet, um sicherzustellen, dass jede virtuelle Maschine eine angemessene Menge an Prozessorzeit erhält. In der Regel wird die Leistung der vCPU auf der Grundlage der zugewiesenen physischen CPU-Leistung berechnet. So kann beispielsweise ein Server mit acht physischen CPU-Kernen in acht virtuelle Maschinen aufgeteilt werden, wobei jede virtuelle Maschine einen virtuellen Prozessor mit einem Kern erhält.

Insgesamt ermöglicht die Verwendung von vCPUs bei dem Einsatz einer Cloud eine effektivere Nutzung der physischen Ressourcen und eine bessere Skalierbarkeit von Systemen in virtualisierten Umgebungen.

Die Wahl der richtigen vCPU hängt von vielen Faktoren ab: Wie ist der Workload, der in der Cloud bearbeitet wird und wie viele Daten werden in der Cloud gespeichert etc. Eine leistungsfähige und vielfältige Nutzung der vCPU benötigt einen starken physischen Prozessor. Wir verwenden hierfür Intel Xeon Prozessoren, die durch eine hohe Leistung und ausgeklügelte Architektur brillieren. Durch das Intel Hyper Threading sind wir in der Lage, mehrere Workloads aufzuteilen und über eine zweite Instruktions-Pipeline zu schicken.

Es ist wichtig, vorab zu wissen, welche Art von Workload auf der CPU und den virtuellen Maschinen ausgeführt werden soll. Vor allem in einer Cloud von großem Maßstab ist dies ein essenzieller Faktor. Er bestimmt, wie die Anzahl der vCPUs auf jeder VM aufgeteilt werden muss, um keine Ressourcen zu verschwenden, aber auch nicht überfordert zu sein.

Dementsprechend muss auch für jede vCPU eine ausreichende Menge an Speicher vorhanden sein, um genügende Ressourcen für einen passenden Workload abzuspeichern.

Insgesamt sollten Sie sicherstellen, dass die Anzahl der vCPUs, die Sie auswählen, ausreichend ist, um die Workloads auszuführen, aber nicht so hoch ist, dass sie unnötig Ressourcen verbrauchen. Es ist auch wichtig, die Workloads im Laufe der Zeit zu überwachen und gegebenenfalls Anpassungen vorzunehmen.

TelemaxX hilft hier nicht nur bei der Auswahl der passenden CPU für ihre Cloud, sondern überwacht diese und optimiert die Konfiguration für maximale Effizienz. Vom Einbau, dem Anschluss und der Konfiguration deckt TelemaxX für Sie alle Bereiche ab. Bei der Nutzung der TelemaxX Cloud können Sie jederzeit Ad-hoc Veränderungen an Ihrer CPU-Leistung vornehmen und somit Ihre Kosten bedarfsgerecht steuern. Das Ganze erfolgt in unserem Cloud-Service-Portal.