Новые технологии Intel для высокопроизводительных компьютеров
По материалам корпорации Intel.
В преддверии выставки Supercomputing 2006 корпорация Intel (http://www.intel.com) обнародовала информацию о своей новой продукции и технологических компонентах для производителей систем, интеграторов и разработчиков ПО. Эти новинки призваны упростить создание более мощных и компактных суперкомпьютеров: в частности, новая серверная продукция корпорации способна совершить настоящий прорыв в области сложных технических вычислений. Примерно десять лет назад пиковая производительность суперкомпьютера на базе 9000 процессоров Pentium Pro составляла 1,80 TFLOPS; при этом он занимал площадь 160 кв. м. и потреблял около 800 кВт электроэнергии. Сегодня такой же уровень производительности обеспечивает серверный кластер на базе 44 четырехъядерных процессоров Intel Xeon серии 5300 (кодовое наименование Clovertown), массовые поставки которых уже начались. Однако для размещения такого кластера требуется менее 2 кв. м, а его потребляемая мощность не превышает 10 кВт.
По мнению экспертов Intel, благодаря последним технологическим инновациям корпорации появились новые модели использования и форм-факторы, которые раньше не были доступны в сегменте высокопроизводительных вычислений. Это, в свою очередь, способствовало научным открытиям, разработке новой продукции и созданию сложных моделей вычислений во всем мире. За последний год мы стали свидетелями появления первых персональных суперкомпьютеров, плотность размещения серверов в стойках удвоилась, при этом увеличилось количество самых мощных в отрасли систем с высокой степенью масштабирования на базе двухъядерных процессоров Intel Itanium и Intel Xeon.
Многоядерные процессоры
Можно сказать, что многоядерные процессоры стали своего рода двигателями, лежащими в основе разнообразных платформ Intel — для цифрового дома и офиса, для мобильных и корпоративных пользователей. Эти процессоры расширяют возможности многозадачности и многопоточности, поддерживают одновременную работу нескольких пользователей и предоставляют другие преимущества. Многоядерные процессоры выступают как интегральный компонент платформ Intel, включающих наборы микросхем, беспроводные сетевые адаптеры, процессоры ввода-вывода, программные и другие направленные на повышение комфортности работы пользователей аппаратные инновации в области виртуализации, управляемости, информационной безопасности, 64-разрядных вычислений, технологии XD, ускорения работы сети и т. д.
Многоядерные процессоры Intel расширяют вычислительные возможности компьютеров и позволяют создавать серверы с более высокой плотностью вычислительных ресурсов. Еще во II квартале 2005 г. корпорация начала выпуск двухъядерного процессора Intel Pentium Extreme Edition, предназначенного для компьютерных энтузиастов, и двухъядерного же Intel Pentium D — для массовых ПК (Pentium D был известен под кодовым названием Smithfield). Процессор Pentium Extreme Edition также поддерживал технологию Hyper-Threading и мог обрабатывать четыре потока инструкций одновременно — по сравнению с одним или двумя потоками, выполнявшимися одно- или двухъядерными процессорами. В январе 2006 г. Intel представила новую модель Pentium D, изготовленную по 65-нм производственной технологии. В этом процессоре (кодовое название Presler) был удвоен объем кэш-памяти второго уровня, что сокращает задержки при доступе к наиболее часто используемым данным. В настоящее время корпорация выпускает процессоры Core 2 Duo (кодовое название Conroe) на базе новейшей микроархитектуры Intel Core с улучшенными показателями энергоэффективной производительности. Та же самая микроархитектура послужила основой и для первого четырехъядерного процессора для настольных ПК — Intel Core 2 Extreme QX6700, который появился в IV квартале 2006 г.
[Фото]Двухъядерный процессор Intel.
В начале января 2006 г. корпорация представила Intel Core Duo — свой первый двухъядерный процессор, оптимизированный для мобильных ПК. Процессор Intel Core Duo (кодовое название Yonah) составляет часть платформы Intel Centrino Duo для мобильных ПК (кодовое название Napa). Этот процессор изготавливается по 65-нм производственной технологии, поддерживает многопоточные вычисления и оснащен оптимизированной по энергопотреблению интеллектуальной кэш-памятью; кроме того, в нем реализованы новые функции управления питанием. В настоящее время корпорация поставляет процессор Core 2 Duo для мобильных ПК (кодовое название Merom), также созданный на базе микроархитектуры Intel Core.
Двухъядерные процессоры Intel Core 2 Duo и Intel Xeon 5100 основаны на микроархитектуре Intel Core и обеспечивают более высокую производительность при сниженном энергопотреблении. Благодаря мощным вычислительным возможностям двух ядер эти процессоры могут параллельно выполнять две задачи, справляясь с ними быстрее. Они также обеспечивают более стабильное и производительное функционирование системы при одновременной работе нескольких приложений (например, работа с электронной почтой, загрузка музыкальных или видеофайлов, антивирусная проверка). Эти двухъядерные процессоры улучшают выполнение таких задач, как просмотр или воспроизведение видео высокой четкости, защита ПК и его активов при обработке транзакций в системах электронной коммерции, а также продлевают срок автономной работы от батарей, позволяя создавать более тонкие и легкие модели ноутбуков.
Микроархитектура Intel Core — это фундамент для достижения более высокой энергоэффективной производительности. Новая микроархитектура развивает принципы энергоэкономичности, впервые предложенные в микроархитектуре Intel для мобильных ПК (кодовое название Banias), и значительно расширяет заложенный в ней потенциал благодаря множеству инноваций, дополняющих возможности микроархитектуры NetBurst. Ключевые возможности новой микроархитектуры обеспечиваются рядом новых технологий, таких, как Intel Wide Dynamic Execution, Intel Intelligent Power Capability, Intel Advanced Smart Cache, Intel Advanced Digital Media Boost и Intel Smart Memory Access.
Серверные процессоры
В IV квартале 2005 г. Intel начала поставки своих первых двухъядерных процессоров Intel Xeon: для двухпроцессорных серверов (кодовое название Paxville) и для серверов с четырьмя и более процессорами (Paxville MP). Кроме того, Intel выпустила двухъядерный процессор Intel Xeon LV (кодовое название Sossaman), предназначенный для двухпроцессорных серверов с пониженным энергопотреблением. Платформы с кодовым названием Bensley и Blackford (для серверов и рабочих станций соответственно) появились на рынке во II квартале 2006 г. вместе с двухъядерными процессорами Intel Xeon серии 5000 (кодовое название Dempsey). Вскоре после этого Intel выпустила первые серверные процессоры на базе новой микроархитектуры Intel Core. Энергопотребление этих двухъядерных процессоров (кодовое название Woodcrest) существенно сократилось, при этом производительность возросла почти на 80%, что обеспечило Intel бесспорное лидерство по производительности и производительности на 1 Вт потребляемой мощности.
Четырехъядерный процессор Intel Xeon серии 5300 (кодовое название Clovertown), — аналог процессора Woodcrest, появился в IV квартале 2006 г., еще больше упрочив технологическое лидерство Intel. Двухъядерные процессоры Intel Itanium 2 серии 9000 (кодовое название Montecito) были выпущены в III квартале 2006 г. Эти процессоры, впервые преодолевшие отметку в 1 млрд транзисторов на кристалле (они содержат 1,72 млрд транзисторов), являют собой наглядное свидетельство достижений Intel в области производственных технологий.
В 2006 г. корпорация также приступила к выпуску двухъядерных процессоров Intel Xeon серии 7100 (кодовое название Tulsa), ориентированных на рынок многопроцессорных серверов. Появление серии 7100 ознаменовало завершение «серверного лета» Intel, когда было полностью обновлено все семейство серверных процессоров.
Четырехъядерные процессоры
На осеннем Форуме Intel для разработчиков 2006 г. в Сан-Франциско президент и главный исполнительный директор корпорации Intel Пол Отеллини (Paul Otellini) впервые рассказал о новом семействе продуктов Intel, построенных на четырех ядрах (четырехъядерных процессорах). Эти процессоры, также основанные на микроархитектуре Intel Core, найдут применение в двухпроцессорных серверах и высокопроизводительных настольных ПК, позволяя реализовать преимущества многопоточных приложений, ориентированных на эти сегменты рынка, в том числе современных многопоточных серверных сред и высокопроизводительных настольных систем для работы с мультимедиа. Благодаря тесному взаимодействию Intel и разработчиков ПО при создании многопоточных приложений компьютерные игры и офисные приложения следующего поколения смогут полностью раскрыть потенциал четырехъядерных процессоров.
Intel планирует поставить миллионы многоядерных процессоров и активно сотрудничает с компаниями отрасли и разработчиками ПО в целях стимулирования перехода к многоядерным вычислениям. По прогнозам корпорации, к концу 2006 г. доля двух- и многоядерных процессоров должна была составлять более 75% от общего числа выпускаемых ею процессоров для высокопроизводительных и массовых настольных систем, 90% — от общего числа высокопроизводительных процессоров для мобильных систем и более 85% — от числа серверных процессоров. Планируется, что к концу 2007 г. доля многоядерных процессоров для высокопроизводительных настольных и мобильных ПК превысит 90%, а для серверов будет близка к 100%.
Линейки четырехъядерных процессоров Intel
|
Стоит отметить, что четырехъядерный процессор для мультимедийных приложений Intel Core 2 Extreme QX6700 превосходит по производительности нынешний процессор Intel Core 2 Extreme X6800 на величину до 80%. Это первый в мире четырехъядерный процессор для настольных ПК, обеспечивающий очень высокую эффективность выполнения многопоточного кода. Прекрасно подходящий для ресурсоемких компьютерных игр, Intel Core 2 Extreme QX6700 выпускается с тактовой частотой 2,66 ГГц и системной шиной, работающей на частоте 1066 МГц. Этот процессор рассчитан на использование вместе с наборами микросхем семейства Intel 975X Express.
[Фото]Процессор Intel Core 2 Extreme.
Четырехъядерный процессор для массового рынка корпорация Intel планирует представить в I квартале 2007 г. под торговой маркой Intel Core 2 Quad. Этот процессор будет хорошим решением для выполнения ресурсоемких многопоточных программ.
Четыре представленных процессора Intel Xeon работают с тактовой частотой от 1,60 до 2,66 ГГц, имеют системную шину с частотой от 1066 до 1333 МГц и выделяют от 80 до 120 Вт (для высокопроизводительной модели) тепла. В I квартале 2007 г. корпорация выпустит еще два четырехъядерных процессора Intel Xeon: модель со сниженным энергопотреблением (будет выделять всего лишь 50 Вт тепла) для систем со сверхвысокой плотностью размещения компонентов и процессор для однопроцессорных рабочих станций и серверов.
Укрепляя лидерство, достигнутое благодаря двухъядерным процессорам Intel Xeon серии 5100, новые четырехъядерные процессоры Intel Xeon серии 5300 уже установили ряд мировых рекордов в стандартных отраслевых тестах производительности. Так, сервер Dell PowerEdge 2950, на котором была запущена виртуальная машина Java BEA JRockit, показал в тесте SPECjbb2005 рекордный результат, равный 210 065 бизнес-операциям в секунду, превысив следующий за ним результат на 61%.
В тесте SPECint_rate_base2000, который оценивает эффективность выполнения операций над целыми числами, сервер Fujitsu Siemens Primergy TX300 S3 установил новый мировой рекорд, равный 200 баллам, что примерно на 63% лучше предыдущего рекорда. В тесте TPC-C, оценивающем эффективность работы СУБД, сервер HP ProLiant ML370 G5 улучшил предыдущий рекорд на целых 42%, показав результат 240 737 tpmC при стоимости транзакции 1,85 долл./tpmC.
Сервер IBM System x3650 установил новый рекорд производительности одноузловых систем в тесте LS-DYNA с моделированием столкновения трех автомобилей — ведущем тесте для высокопроизводительных вычислительных систем.
Кроме того, OEM-производители опубликовали рекордные результаты, показанные в тестах SAP-SD 2-Tier, SPECWeb 2005, SPECfp _rate_base2000, Fluent и SPECapc 3dsmax Rendering. Новые процессоры Intel до 2,5 раз превосходят по производительности самый мощный процессор конкурентов, позволяя создавать высокопроизводительные и энергоэффективные серверы общего назначения с высокой плотностью размещения вычислительных ресурсов.
Серверы на базе четырехъядерных процессоров Intel Xeon серии 5300 обеспечивают больший запас ресурсов для виртуализации, чем любая другая двухпроцессорная стандартная массовая серверная платформа. Новые процессоры существенно (до 50%) превосходят по производительности двухъядерные процессоры Intel Xeon серии 5100 при сопоставимом тепловыделении и такой же стоимости.
Инструментальное ПО и компоненты
Появление в 2002 г. технологии Intel Hyper-Threading и связанных с нею программ и сервисов для разработчиков приложений привело к созданию многопоточных массовых ОС и приложений. Тем не менее предстоит сделать еще многое. Intel направляет усилия многотысячного сообщества разработчиков ПО и решений, а также создает программы, сервисы и инструментальные средства, чтобы стимулировать переход отрасли на использование многопоточных программных кодов.
Напомним, что еще в середине 2005 г. Intel запустила масштабную программу оценки двухъядерных корпоративных платформ тысячами разработчиков ПО и корпоративными клиентами. В конце прошлого года корпорация объявила также о доступности новых инструментальных средств для разработки ПО, которые упростят создание, отладку и оптимизацию параллельных приложений для серверных кластеров. Среди этих новых продуктов — Intel Cluster Toolkit 3.0 и Intel Cluster OpenMP для компиляторов Intel, которые предназначены для разработчиков высокопроизводительных приложений и призваны ускорить распространение серверных кластеров на базе многоядерных процессоров. Инструментальный пакет Intel Cluster Toolkit включает новые версии следующих программ и утилит: Intel MPI Library, Intel Math Kernel Library Cluster Edition, Intel Trace Analyzer и Collector. Инструментальное средство Cluster OpenMP для компиляторов Intel позволит расширить применение стандарта OpenMP для кластеров с распределенной памятью. Это должно сделать OpenMP методом программирования, который будет одинаково хорошо подходить для двухъядерных и четырехъядерных процессоров, а также для кластеров.
Двухъядерные и четырехъядерные технологии Intel позволяют производителям систем создавать монтируемые в стойку компактные серверы для различных ценовых категорий, обладающие высокой производительностью и хорошим соотношением «производительность на один ватт потребляемой энергии». Для сектора недорогих систем Intel разработала серверную плату S3000PT — мощную специализированную компактную системную плату с низким энергопотреблением, предназначенную для высокопроизводительных серверов с высокой плотностью монтажа. Она поддерживает двухъядерные процессоры Intel Xeon серии 3000 и совместима с четырехъядерными процессорами. Эта компактная (15×33 см) плата хорошо подходит для создания персональных кластеров для отдельных пользователей и рабочих групп, а также для центров обработки данных с высокой плотностью размещения оборудования, например, в компаниях, занимающихся разработкой ПО или предоставляющих услуги Web-хостинга. Так, компания Ciara Technologies использует платы S3000PT в своем персональном кластере Nexxus 4000, предназначенном для исследовательских и инженерных расчетов. Производительность этого кластера составляет 340 GFLOPS, а его размеры сопоставимы с размерами обычного настольного ПК при цене порядка 12 тыс. долл.
Компании Intel, Supermicro и Mellanox разработали первую в мире крупносерийную компактную системную плату для высокопроизводительных двухпроцессорных серверов (кодовое наименование Atoka). Плата с высокой плотностью монтажа и низким энергопотреблением поддерживает четырехъядерные процессоры Intel Xeon серии 5300 и двухъядерные Intel Xeon серии 5100. Важнейшее преимущество ее форм-фактора — возможность гибкого конфигурирования. В корпус высотой 1U помещаются две такие платы с четырехъядерными процессорами, при этом плотность монтажа вырастает практически в четыре раза (16 ядер и 32 потока). В плату Atoka встроено сетевое решение InfiniBand и два гигабитных адаптера Ethernet, что обеспечивает огромную пропускную способность для операций ввода-вывода. Эта плата служит хорошей основой для построения кластеров уровня рабочей группы, подразделения или предприятия, подходящих для решения задач различных отраслей и для самых разнообразных моделей использования.
Корпорации Intel и Microsoft совместно с компаниями Tyan и Mellanox создали персональный суперкомпьютер следующего поколения Typhoon 600 — на базе четырехъядерных процессоров Intel Xeon серии 5300. Typhoon 600 — это полностью готовая к эксплуатации система с производительностью 256 GFLOPS, для электропитания которой достаточно обычной розетки (американский стандарт — 110 В/15 А). Эта система предназначена для инженеров и ученых, которым требуется вычислительная мощность суперкомпьютера, «упакованная» в стандартный корпус ПК.
За период с 2000 г. капитальные затраты корпорации Intel на развитие производственных технологий составили более 40 млрд долл. Сейчас у Intel 14 заводов (или фабрик) по всему миру; кроме того, в настоящее время строится еще два. На пяти заводах уже выпускаются подложки диаметром 300 мм — пластины, из которых изготавливаются полупроводниковые устройства. На этих более крупных подложках удается разместить примерно в 2,5 раза больше процессоров, чем на выпускавшихся ранее подложках диаметром 200 мм. Кроме того, издержки снижаются благодаря уменьшению затрат на производство отдельного компонента примерно на 30%. Серийный выпуск процессоров по 65-нм производственной технологии налажен на трех заводах Intel, где уже выпущены десятки миллионов микропроцессоров. Постоянные инвестиции и передовые технологии позволяют корпорации удовлетворять растущий по всему миру спрос на ее продукцию, а также создавать новые ее виды, такие, как мощные энергосберегающие многоядерные процессоры.