В феврале крупнейшие производители RISC-серверов компании IBM и Sun Microsystems раскрыли некоторые детали планов по дальнейшему развитию своих платформ.
Интересно, что обе они связывают будущее с чипами, обладающими несколькими процессорными ядрами и поддерживающими многопоточность.
Г. Пападопулос рассказал о
ближайших планах Sun в области
процессоров и операционных систем
По словам Грега Пападопулоса, директора по технологиям (CTO) Sun Microsystems, важнейшие задачи, стоящие перед его компанией на ближайшие годы, - развитие процессорной архитектуры UltraSPARC и дальнейшее совершествование операционной системы и сопутствующего ПО, призванного значительно снизить стоимость владения центрами обработки данных.
Главным отличием процессоров UltraSPARC четвертого поколения, ожидаемых во второй половине этого года, является наличие двух процессорных ядер на одной подложке. Хотя подобные процессоры уже более года выпускает IBM, для Sun эта технология новая; она была разработана фирмой Afara Websystems, поглощенной Sun летом прошлого года.
Дэвид Йен, вице-президент компании по процессорам и сетевым продуктам, утверждает, что в UltraSPARC IV найдут применение и некоторые другие новшества, предложенные Afara Websystems. Первоначальный дизайн перспективного процессора Niagara, предложенный этой компанией, предусматривал не только наличие восьми (!) процессорных ядер на чипе (действующих в симметричном многопроцессорном режиме, SMP), но и поддержку технологии разделения потоков внутри каждого ядра (chip multithreading, CMT), во многом аналогичной технологии Hyperthreading компании Intel. Каждое ядро Niagara способно обрабатывать до четырех независимых потоков и с точки зрения операционной системы выглядит как четыре процессора, а чип в целом представляется 32-процессорной системой. Версия Hyperthreading, реализованная Intel в новейших процессорах Pentium IV и Xeon, ограничивается обработкой лишь двух потоков, хотя в недалеком будущем планируется выпуск четырехпотоковых процессоров. Таким образом, процессор UltraSPARC IV станет первым чипом, одновременно имеющим несколько процессорных ядер и снабженным технологией обработки нескольких потоков. В этом компании Sun удалось далеко обойти Intel - там многоядерный процессор (один из обновленных Itanium) предполагают выпустить лишь в 2005 г., да и то неизвестно, будет ли в нем реализована многопоточность.
Д. Йен остановился на деталях
архитектуры новых UltraSPARC
Детали описанной архитектуры (получившей труднопереводимое название Throughput Computing) еще неясны, а пока приходится довольствоваться информацией, прозвучавшей в выступлениях руководителей Sun, и довольно общими презентациями, появившимися на сайте компании.
Интересно, что сама Sun не готова применять “многоядерные” процессоры в мощных серверах и ориентирует UltraSPARC IV на системы начального уровня (часто позиционируемые в Sun как “серверы одной задачи”) и blade-серверы. А вот с выходом новых UltraSPARC V и VI использование описанной технологии будет расширяться, так что к 2005-му можно ожидать появления процессоров, соответствующих по своим параметрам перспективным спецификациям Niagara. Не исключено, что через год процессоры Sun станут быстрее нынешних “легких” UltraSPARC IIi раз в 15, а еще через год - в 30 раз быстрее уже “тяжелых” UltraSPARC III.
Широкое применение многопотоковых многоядерных процессоров может потребовать заметного изменения в программном обеспечении. Прежде всего понадобится операционная система, способная эффективно использовать большое число процессоров. С этим у Sun проблем нет - ее ОС Solaris успешно работает на серверах со многими десятками и даже сотнями процессоров, а вот у Microsoft с ее Windows дела с масштабированием обстоят не столь радужно. Далее будет необходимо соответствующим образом переработать прикладное и промежуточное ПО. В этом может помочь объявленная одновременно с технологией throughput computing программа Project Orion. Наконец, придется пересмотреть даже систему тестов на производительность систем, поскольку при существующих способах испытаний нельзя оценить эффективность выполнения задач в сложившихся сегодня распределенных вычислительных средах.
Скотт Макнили, исполнительный директор Sun Microsystems, говоря о перспективах развития рынка, поставил программу Project Orion в один ряд с Throughput Computing. Project Orion прежде всего предусматривает поставку вместе с ОС Solaris различных дополнительных программных компонентов, первым из которых станет среда разработки и исполнения программ Sun Open Network Environment (Sun ONE). Предполагается, что такие компоненты можно будет получать и модернизировать по подписке при помощи специального автоматизированного сервиса. В результате реализации Project Orion должны заметно упроститься создание и особенно администрирование и поддержка сложных программных систем (в том числе и реализующих все преимущества многопроцессорных систем нового поколения) и, как следствие, резко снизиться стоимость владения ими. Немаловажно и то, что Project Orion изначально позиционируется как открытая программная платформа, это должно привлечь к участию в проекте и сторонних производителей серверного ПО.
С Project Orion тесно связана и объявленная несколько ранее инициатива N1, направленная на построение “сетевой операционной системы”, которая позволит эффективно перераспределять (в том числе и по требованию) ресурсы центра обработки данных.
Не стоит сбрасывать со счетов и еще одну инициативу Sun (кодовое название Kevlar), направленную на выделение в Solaris относительно изолированных блоков кода. В результате для поддержки на сервере одного программного сервиса будут использоваться лишь необходимые блоки, что даст более компактную и стабильную среду исполнения, а при работе нескольких сервисов каждый из них получит изолированную “виртуальную систему”, что должно привести к увеличению производительности и надежности сервера в целом. Впрочем, IBM и HP подобные возможности в своих процессорах и операционных системах уже реализовали.
Макнили упоминул и еще одно перспективное (хотя далеко не новое) направление развития вычислительных систем. Имеются в виду терминалы семейства Sun Ray, позволяющие получить доступ к центру обработки данных. Правда, в речи прозвучали и новые нотки - было рассказано о похожем устройстве WAN Ray, использующем для подключения к серверу широкополосные WAN-каналы. Похоже, очередной круг развития концепции Интернет-терминала замкнулся. В будущем ожидается появление подобных же беспроводных устройств.
Интересно, что общее направление развития микропоцессоров Sun теперь все более напоминает концепцию IBM, хотя имеются и некоторые отличия.
Как известно, в настоящий момент IBM разрабатывает два “тяжелых” процессора - POWER5 и POWER6. Пожалуй, самой интересной особенностью этих чипов станет появление в них технологии Fast Path, позволяющей заметно ускорить выполнение наиболее часто встречающихся в серверных вычислениях задач. POWER5 оптимизируется для быстрой обработки сетевого трафика, а POWER6 пойдет дальше и научится ускорять еще и операции баз данных и приложений электронной коммерции. Кстати, в Sun считают оптимизацию процессоров под определенные приложения бесперспективной - тем интереснее будет сравнить будущие процессоры IBM и Sun.
Как и в POWER4, в POWER5 мы увидим два процессорных ядра на чипе, однако в POWER5 будет осуществлен переход на норму 0,13 мкм с техпроцессом SOI (выпускавшийся до последнего временени POWER4 изготавливался по норме 0,18 мкм). Кроме того, намечена оптимизация структуры процессора, в результате чего внедрение описанных ниже новшеств не приведет к росту числа транзисторов. Можно ожидать заметного снижения тепловыделения, площади кристалла и цены, что открывает перед POWERE5 совершенно новые рыночные ниши. В частности, планируется использовать POWER5 в blade-серверах, что предполагает снижение энергопотребления с нынешних 126 Вт у POWER4 до характерных для этого сегмента рынка 20-40 Вт.
Кроме упомянутой выше технологии Fast Path, в POWER5 появится возможность выявления, локализации и устранения сбоев, лежащая в русле долговременной инициативы eLiza по созданию саморемонтирующихся серверов. Конечным результатом eLiza должно стать создание RISC-серверов, уровень надежности которых вплотную приближается к соответствующим показателям мэйнфреймов.
Еще одно отличие POWER5 от предшественника - поддержка многопоточности, правда, в самом простом варианте (поддерживается всего два потока). По словам представителей компании, многопоточность удалось реализовать без заметного увеличения числа элементов и связей между ними, за счет простого изменением алгоритмов работы подсистем процессора.
Существенно улучшены возможности архитектуры по разбиению одного физического сервера на несколько логических (так называемый “partitioning”), теперь при использовании POWER5 число таких “партиций” может достигать нескольких сотен.
По некоторым данным, в процессоры POWER5 и POWER6 будет интегрирован SIMD-модуль, разработанный IBM для процессора PowerPC 970.
Интересно, что в IBM не считают Sun’овскую идею помещения в один чип очень большого числа процессорных ядер плодотворной. По мнению специалистов IBM, при превышении некоторого порога многоядерные системы сталкиваются с проблемой низкой эффективности шины памяти и подсистемы кэширования данных, так что при нынешнем уровне технологий достаточно остановиться на двух процессорных ядрах, но при этом интегрировать в чип объемный кэш третьего уровня и обеспечить возможность построения из таких относительно простых чипов систем с массовым параллелизмом.
Предполагается, что первым компьютером на базе POWER5 станет 64-процессорный сервер, носящий кодовое название Squadron (ранее известный как Armada) и ожидаемый в 2004 г. Впрочем, POWER5 будет использоваться и в более мощных системах; в частности, Lawrence Livermore National Laboratory для моделирования ядерного оружия намерена установить у себя компьютер ASCI Purple, в котором будут работать 12 544 процессора POWER5. К концу 2004 г. ожидается перевод всей серверной линейки IBM на POWER5.
Систем на базе POWER6 мы ранее 2006 г. не увидим.
Недавно IBM поделилась новостью - первый “живой” лабораторный прототип процессора POWER5 уже действует, более того, он способен исполнять некоторые тестовые программы низкого уровня. Было обещано, что в течение месяца прототип POWER5 сможет загружать операционные системы AIX и Linux. То есть вероятность того, что Squadron появится на свет раньше, чем мы ожидаем, достаточно велика.
А чтобы ожидание не показалось долгим, IBM анонсировала очередную модификацию UNIX-сервера младшего класса pSeries 630, снабженную четырьмя процессорами POWER4+ и обгоняющую (по данным IBM) своих “одноклассников” производства Sun и HP на Web- и файл-серверных задачах в 2, а то и в 3,5 раза.
Процессоры POWER4+ в первом приближении есть не что иное, как старые добрые POWER4, но выполненные по норме 0,13 мкм. Результатом перехода на новые нормы стало уменьшение площади кристалла с 414 до 267 мм^2, снижение энергопотребления более чем на треть и повышение тактовой частоты (для сервера p630 - с 1,0 до 1,45 ГГц). Предельная тактовая частота для POWER4 считалась равной 1,3 ГГц, а POWER4+ уже в ближайшее время достигнет 1,7 ГГц. Кроме того, немного увеличился встроенный в чип кэш второго уровня (с 1,4 до 1,5 Мб), что привело к увеличению числа транзисторов со 174 до 184 млн.
По данным IBM, прирост производительности в однопроцессорных системах при переходе на новый процессор практически совпадает с ростом тактовой частоты. А учитывая традиционно высокое для процессоров POWER соотношение производительность/частота, рекордные результаты новых чипов особого удивления не вызывают.
Вероятно, с ноября, когда POWER4+ впервые появились в восьмипроцессорных p650, шла отладка техпроцесса, теперь началось их широкое внедрение во все серверы IBM и в первую очередь - в относительно недорогие и поэтому более распространенные системы.
И еще одна приятная особенность - системы при переходе с POWER4 на POWER4+ становятся дороже всего процентов на 15, что с лихвой перекрывает 30-40%-ный рост производительности.
