Byte Россия - ИТ

Покорение McKinley в России

Андрей Борзенко

Как известно, 64-разрядные вычислительные системы присутствуют на рынке уже несколько лет. Однако до недавних пор область применения подобных технологий ограничивалась узким кругом дорогостоящих корпоративных решений, а влияние их на серверный рынок было незначительным из-за цен и ограниченного выбора. До появления в мае 2001 г. систем на базе процессора Itanium покупатели 64-разрядных систем были вынуждены приобретать процессор, систему, в которой он будет работать, ОС, а также услуги технической поддержки у одного и того же поставщика. Все это приводило к росту затрат и, что не менее важно, привязывало корпоративного заказчика к фирменной нестандартизованной архитектуре, ограничивавшей как возможности будущего технического развития, так и свободу вложения средств.

Новое, что привнесла в данный сегмент корпорация Intel (http://www.intel.com),
— это основанная на стандартах 64-разрядная архитектура и соответственно лучшее
соотношение цена/производительность для пользователей. По опубликованным данным,
в разработку семейства процессоров Itanium было вовлечено более 60 тыс. человек
из сотен фирм, создавших "общеотраслевое поле 64-разрядных технологий", на котором
может работать практически любая заинтересованная компания. Фактически можно
говорить о демократизации высокоуровневых вычислительных технологий, сделавшей
их доступными более широкому кругу пользователей.

 

По имеющейся информации, на тестирование систем с архитектурой Itanium
корпорация Intel затратила примерно 500 тыс. человеко-часов. До 200 человек
в течение нескольких лет занимались планированием и исполнением программ
тестирования.

Конечно, пройдет еще много лет, прежде чем все компьютеры станут 64-разрядными.
Но с точки зрения корпоративных заказчиков 64-разрядная архитектура обладает
двумя колоссальными преимуществами перед 32-разрядной. Во-первых, она позволяет
работать с огромными объемами данных, что важно для операций с большими базами
данных и требовательными к ресурсам корпоративными приложениями. Во-вторых,
она позволяет значительно расширить объем адресуемой памяти компьютера. Возможность
держать в памяти целые базы данных многократно ускоряет работу СУБД и столь
необходимых всем защищенных Интернет-приложений. В настоящее время 64-разрядные
системы ориентированы в первую очередь на корпоративные бизнес-приложения, решения
для электронной коммерции и электронных каталогов, а также на инфраструктурные
технологии Интернета (например, службы каталогов, службы безопасности, прокси-серверы,
кэш- и Web-серверы).

По оценкам компании Aberdeen Group, к 2005 г. на продажи процессоров семейства Itanium будет приходиться более 40% всех доходов серверного рынка. Gartner Group более консервативна в своих прогнозах, но и она полагает, что к 2006 г. продажи процессоров семейства Itanium превзойдут продажи любого из остальных известных 64-разрядных процессоров.

Вообще говоря, 64-разрядные вычислительные системы — это совершенно отдельный мир. Здесь архитектурные решения принимаются на годы и даже десятилетия вперед. Именно такой уровень защиты инвестиций должен обеспечить процессор Intel Itanium и его наследники. В будущем системы на базе процессора Intel Itanium будут сосуществовать с 32-разрядными серверами на базе процессора Intel Xeon и дополнять их. Это связано с тем, что от перехода на 64-разрядные технологии сильнее всего выигрывают приложения, работающие с очень большими массивами данных или требующие очень большой адресуемой памяти.

Существует и фактор цены. Для компаний, которым нужны именно 64-разрядные технологии, системы с процессором Itanium значительно более привлекательны по соотношению цена/производительность, чем RISC-системы на основе фирменных архитектур. Специалисты Intel полагают, что процессоры семейства Itanium привнесут на этот рынок такую же экономию за счет массового характера производства и такое же снижение цен за счет открытой конкуренции, как другие процессоры Intel — на рынок настольных ПК.

Аналитики компаний Gartner и IDC полагают, что процессоры Intel Itanium и конкурирующие процессоры с 64-разрядными архитектурами некоторое время будут сосуществовать, однако в конечном счете именно Itanium станет решением для массовых систем. Причина в том, что процессоры семейства Intel Itanium предоставляют возможности выбора на каждом этапе: от поставщика компьютера и ОС до промежуточного ПО, приложений, обслуживания и технической поддержки, — и все это в сочетании с гибкостью и доступными ценами. В более долгосрочной перспективе компании, планирующие развитие своей ИТ-инфраструктуры, при выборе серверных платформ будут неизбежно принимать во внимание и производительность как таковую, и соотношение цена/производительность. Специалисты Intel уверены, что в сравнении с конкурирующими архитектурами процессоры Itanium будут выглядеть убедительно по обоим параметрам.

"Пик McKinley", или Itanium 2

В начале июля корпорация Intel официально объявила о начале поставок процессора Itanium 2 (рис. 1), ранее известного под кодовым названием McKinley. Этот кристалл — второй представитель семейства процессоров уровня предприятия. Архитектура Itanium в самой своей основе построена с учетом наиболее жестких требований корпоративных приложений — обработки огромных объемов данных, непрерывности работы, масштабируемости и безопасности. Эти микросхемы должны обеспечивать высокую производительность программных систем анализа бизнес-информации, баз данных, систем планирования ресурсов предприятия, управления цепочкой поставок, компьютерного проектирования, а также средств осуществления защищенных транзакций.

Fig.1 Рис. 1. Процессор Itanium 2.


Технические особенности

По имеющейся информации, площадь поверхности чипа в окончательной версии составляет 421 кв. мм — примерно на 10% меньше, чем планировалось вначале. По словам представителя Intel, размер кристалла сократился благодаря усовершенствованиям технологического процесса. Хотя кристалл Itanium 2 все равно остается достаточно большим, уменьшение его размеров оставляет чуть больше свободы для регулирования стоимости и объемов производства. Размеры Itanium 2 зависят от множества различных факторов. Чип, который выпускается с соблюдением проектных норм 180 нм, содержит довольно внушительную сверхоперативную память. Так, кэш-память третьего уровня имеет емкость 3 Мбайт (есть версия кристалла с емкостью кэш-памяти 1,5 Мбайт), второго уровня — 256 Кбайт, а первого уровня — 32 Кбайт. Оригинальный Itanium имел кэш-память третьего уровня в 4 Мбайт, которая располагалась на отдельном кристалле, а емкость кэш-памяти второго уровня составляла у него всего 96 Кбайт.

К тому же У Itanium 2 больше внутренних подсистем, чем у его предшественника. Всего он содержит 221 млн транзисторов. На момент выхода на рынок Itanium 2 имел тактовые частоты 900 МГц и 1 ГГц.

Процессоры Intel Itanium 2 совместимы на уровне кодов с ПО, скомпилированным для процессора Itanium первого поколения. Производительность большинства приложений на системах с новым процессором Intel Itanium 2, как ожидается, будет выше на 50-100% без перекомпиляции. Оптимизация же программного кода позволит поднять производительность еще выше. В новом процессоре предусмотрен также ряд архитектурных усовершенствований, в частности, более высокая внутренняя пропускная способность и более быстродействующая кэш-память. Дополнительные блоки исполнения команд также повышают пропускную способность процессора. В новом кристалле по сравнению с процессором Itanium первого поколения повышена эффективность предсказания потребностей приложений, что позволит значительно снизить потери процессорного времени из-за ошибочного прогнозирования.

В процессоре Itanium 2 реализован ряд ключевых функций повышения надежности и готовности. Архитектура Machine Check Architecture (MCA) и широкое применение технологии обнаружения и исправления ошибок (ECC) позволяют обнаруживать ошибки на уровне единичных разрядов и предотвращать потери данных. В сочетании с возможностями уровня системы (такими, как горячая замена компонентов) новый процессор позволяет создавать серверы и рабочие станции высокой надежности и готовности.

Ближайшие планы

Процессор Itanium 2 совместим на аппаратном уровне с двумя будущими поколениями процессоров этого семейства, а это значит, что кристаллы будущих поколений будет легко установить в существующие системы на базе процессора Itanium 2. Данная конструктивная особенность значительно увеличивает ценность и долговечность инвестиций OEM-производителей и пользователей в платформы на базе этого процессора.

В настоящее время в Intel разрабатываются еще пять процессоров семейства Itanium. Как планируется, все они появятся на рынке до конца текущего десятилетия. В 2003 г. компания представит Madison — усиленную версию Itanium 2, которая будет изготавливаться с соблюдением проектных норм 130 нм (а не 180 нм, как Itanium 2). Это позволит повысить быстродействие чипа и увеличить емкость кэш-памяти третьего уровня с 3 до 6 Мбайт. Кристалл будет основан на той же конструкции, что и Itanium 2, несмотря на меньшие габариты. Планируется также выпуск малопотребляющей версии процессора Itanium с кодовым названием Deerfield с кэш-памятью меньшего размера. По некоторым данным, в 2004 г. Intel планирует выпустить последователя Madison — Montecito, а в 2005-2006 гг. — Chivano.

Серверная платформа

Помимо нового процессора Intel также предложила фирмам-сборщикам компьютерной техники и интеграторам продукции структурообразующую компонентную платформу на базе Itanium 2. Платформа SR870BN4 (кодовое название Tiger) поддерживает четыре процессора, имеет модульную конструкцию и рассчитана на использование в высокоплотных средах для высокопроизводительных вычислений уровня предприятия.

Многие из функций уровня будущей платформы реализуются новым набором микросхем
Intel E8870 (рис. 2), предназначенным не только для Itanium 2, но и для следующих
процессоров этого семейства. Чипсет Intel 8870 предназначен для четырехпроцессорных
серверов, но в сочетании с высокоскоростным коммутатором Scalability Port Switch
превращается в чипсет E9870, способный обслуживать до четырех групп по четыре
процессора. Однако представители Intel считают, что большинство фирм-производителей
остановятся на двух таких группах. Используя коммутаторы других компаний, конструктивные
блоки 8870 можно составлять в системы, обслуживающие до 512 процессоров. Одну
такую гибридную систему, 16-процессорную, разрабатывает Unisys (http://www.unisys.com),
а Bull (http://www.bull.com) планирует выпустить
32-процессорную систему. Intel рассчитывает, что чипсет E8870 прослужит долго.
В серверах на его основе можно будет использовать не только Itanium 2, но и
еще более быстродействующие процессоры, в том числе Madison и Montecito.

Fig.2 Рис. 2. Набор микросхем Intel E8870.


Четырехпроцессорные серверы на базе Itanium 2 можно будет создавать и с использованием
чипсетов других производителей. Так, корпорация Hewlett-Packard (http://www.hp.com)
готовит для него чипсет zx1 Pluto, а IBM (http://www.ibm.com)
— чипсет EXA Summit, который позволит создавать 4-, 8-, 12- и 16-процессорные
машины. Набор микросхем ColdFusion-2 для 8-процессорных серверов Itanium 2 разрабатывает
Hitachi, а NEC создает 32-процессорный чипсет на базе своего 16-процессорного
продукта AzusA, поддерживающего первую версию Itanium. Unisys также будет поддерживать
Itanium 2 в своих 32-процессорных системах СМР.

Поддержка индустрии

Ведущие мировые разработчики ПО уже начали создавать коммерческие приложения, специально оптимизированные для систем на базе процессора Intel Itanium 2: например, Weblogic (BEA), Supply Chain и Factory Planner (i2), DB2 и Websphere (IBM), SQL Server 2000 (Microsoft), 9i (Oracle), R/3 (SAP), LiveCache (APO) и v9.0 (SAS).

Процессоры семейства Itanium поддерживаются большим числом ОС, чем другие high-end аппаратные платформы уровня предприятия. В настоящие время поддержка процессора Itanium 2 уже реализована в таких ОС, как Microsoft Windows Advanced Server, Limited Edition; Hewlett-Packard HP-UX; версии Linux компаний Caldera, MSC.Software, Red Hat, SuSE и TurboLinux. Кроме того, Microsoft планирует выпустить версии Windows .NET Datacenter и Enterprise Server под процессор Intel Itanium 2, а Hewlett-Packard намерена в будущем представить версии своих ОС OpenVMS и Non Stop Kernel, оптимизированные под все процессоры этого семейства.

Процессоры семейства Itanium уже внедряют в свою информационно-технологическую инфраструктуру и испытывают сотни организаций во всем мире, в том числе Национальный центр прикладных супервычислений США (NCSA), Тихоокеанская северо-западная национальная лаборатория Министерства энергетики США (PNNL), Европейский центр ядерных исследований (CERN), Сингапурский институт биоинформатики — в сфере высокопроизводительных вычислений; Национальный центр анализа катастроф США (NCAC) и концерн DaimlerChrysler — в сфере компьютерного проектирования и для обслуживания собственных приложений, требующих интенсивных расчетов; компания VTG-Lehnkering — для развертывания ответственных систем планирования ресурсов предприятия; компании Liberty Medical, VeriSign и Reuters — для обслуживания внутренней инфраструктуры и баз данных; Корнельский университет и финансовая компания Wells Fargo — для обслуживания систем анализа бизнес-информации.

Стремление корпорации Intel к обеспечению совместимости процессоров не только гарантирует высокую окупаемость средств, вложенных в компьютерное оборудование, но и упрощает разработку новой продукции для широкого круга поставщиков аппаратно-программного обеспечения. Таким образом, предприятия, принимающие на вооружение решения на основе архитектуры Itanium, могут рассчитывать на дальнейшее наращивание мощи и расширение возможностей этих вычислительных решений благодаря быстрым темпам разработки новых компонентов.

Itanium в России

В отличие от большинства стран мира, в России фирмы — производители серверов занимают не менее 50% местного рынка и поставляют решения как начального уровня, так и масштаба предприятий. Согласно прогнозам компании IDC, в текущем году объем российского рынка серверов превысит 280 млн долл. и составит около 53 тыс. единиц. Основной рост прогнозируется в сегменте серверов стоимостью до 6 тыс. долл., т. е. там, где популярность решений на базе архитектуры Intel традиционно высока. Так, по данным исследования 94 тыс. Web-серверов вида http://www.domain_name.ru, организованного осенью 2001 г. авторами аналитического ресурса о сетевой безопасности Void.Ru, более 95% таких систем работают под управлением различных версий ОС FreeBSD, Linux и Windows. Это означает, что подавляющее большинство российских сайтов управляются системами на базе процессоров Intel, поскольку подобные ОС, за редким исключением, устанавливаются на серверы архитектуры Intel.

О емкости локального рынка серверов говорит и тот факт, что уже несколько российских компаний перешли рубеж ежегодного производства в 1000 серверов на платформе и компонентах Intel. За последние 12 месяцев они поставили более тысячи четырехпроцессорных серверов для нужд российских предприятий, государственных организаций и коммерческих учреждений.

Еще в конце июня компания Kraftway, один из признанных лидеров российского рынка вычислительной техники, объявила о завершении разработки и тестирования нового сервера GEG Express 6402 (рис. 3) на базе процессора Itanium 2. Стоит отметить, что одно из основных направлений развития этой компании связано сейчас именно с "тяжелыми" серверными решениями и 64-разрядной архитектурой. В частности, одним из ключевых направлений стало продвижение Microsoft Datacenter на базе архитектуры Intel как реальной альтернативы RISC-серверам. Kraftway участвует в долговременной программе Intel по продвижению серверов на базе 64-разрядной архитектуры. Причем сотрудничество по Merced началось еще в 2000 г. В настоящее время Kraftway обладает уникальным опытом тестирования и применения новых технологий Intel.

Fig.3 Рис. 3. Сервер GEG Express 6402.


Kraftway

Компания Kraftway (http://www.kraftway.ru)
представляет собой многопрофильный холдинг, основное направление деятельности
которого — компьютерный бизнес. Производство компьютерной техники охватывает
рабочие и графические станции, серверы уровня рабочих групп и уровня предприятия,
сверхнадежные вычислительные системы в индустриальном исполнении, активные
контрольно-кассовые машины. Всего с 1997 г. изготовлено и поставлено заказчикам
около 200 тыс. компьютеров и серверов. Компания ориентирована на корпоративный
рынок, в числе ее постоянных партнеров — более 600 крупных фирм и организаций.
Общее же количество заказчиков превышает несколько тысяч.

Технология производства основана на системе качества, разработанной в
1995 г. специалистами Kraftway совместно с Госстандартом России в соответствии
с международным стандартом ISO 9000, и представляет собой замкнутый технологический
цикл, включающий маркетинговую проработку потребительского рынка, анализ
рынка комплектующих, 100%-ный входной контроль комплектующих, сборку,
100%-ный выходной контроль собранных изделий, организацию продаж и сервисного
обслуживания. У Kraftway имеется более 80 авторизованных сервисных центров
в большинстве регионов России.

На сегодняшний день Kraftway выпускает несколько серий компьютерных систем
под собственной торговой маркой GEG. Все компьютеры имеют сертификаты
соответствия Госстандарта России и гигиенические сертификаты. Серверы
GEG Express имеют подтверждения совместимости с SCO UNIX, Microsoft Windows
NT Server, IBM OS/2 4.0 LAN Server, продуктами Novell.

C января 1998 г. компания имеет официальный статус мастер-интегратора
подразделения микроэлектроники Sun Microsystems. Это позволяет ей выпускать
серверы и рабочие станции GEG на базе процессоров UltraSPARC и ОС Solaris.

Тестирование GEG Express 6402

Новый сервер GEG Express 6402 построен на базе платформы Intel SR870BN4 и представляет
собой компактную, оптимально скомпонованную серверную систему в промышленном
исполнении, которая поддерживает от одного до четырех 64-разрядных процессоров
Itanium 2 и до 32 Гбайт памяти типа DDR SDRAM. В системе использован набор микросхем
Intel 82870, сервер предусматривает горячее подключение адаптеров PCI и PCI-X,
горячую замену модулей блока питания и вентиляторов, а также жестких дисков.
С помощью сигнальных светодиодов постоянно отображается состояние критически
важных системных компонентов. Сервер поддерживает режим SMP (Symmetric Multiprocessing).
Доступ к элементам сервера настолько прост и удобен, что замена любого компонента
осуществляется за считанные секунды без дополнительных инструментов. Конструктивно
сервер предназначен для монтажа в 19-дюймовую стойку и имеет высоту 4U. Масса
сервера не превышает 41 кг.

 

Конфигурация тестируемой системы

Процессоры 4 x 1.0 ГГц Intel Itanium 2 (кэш 3 Мбайт)
Память 4 Гбайт DDR SDRAM (16 x 256 Мбайт DDR PC2100)
Сеть Myrinet + Fast Ethernet
ОС RedHat Linux-64 7.2 (Enigma), kernel 2.4.9-18smp
Используемое ПО и библиотеки GCC 2.96; MPICH 1.2.1_gm; HPL 1.0; ATLAS
v.3.2.1.

Методология тестирования системы была специально разработана с учетом особенностей
задач, решаемых серверами такого класса. Результаты тестирования продемонстрировали
способность процессоров семейства Itanium 2 эффективно работать с ресурсоемкими
приложениями, использовать колоссальные объемы оперативной памяти для различных
требовательных приложений — например, больших баз данных, систем бизнес-аналитики,
систем управления ресурсами предприятия, быстродействующих баз данных, хранящихся
в оперативной памяти, — широко востребованных в банковской, производственной,
инженерной и научно-исследовательской деятельности.

 

Тест Linpack

Тест Linpack был выбран в качестве критерия измерения производительности
по причине его широкого распространения и доступности почти для всех рассматриваемых
систем. Впервые Linpack был введен Джеком Донгаррой (Jack Dongarra) в
1976 г. Тест основан на решении системы линейных уравнений с плотно заполненной
матрицей коэффициентов над полем действительных чисел методом исключения
Гаусса. Вещественные числа, как правило, представляются с полной точностью.
По сути, тест представляет собой широко используемый набор стандартных
программ с особым акцентом на операции сложения и умножения чисел с плавающей
запятой, позволяющих измерять производительность при решении линейных
уравнений, которые часто встречаются в научных и технических расчетах.
Каждый тест Linpack дает несколько результирующих величин (метрик), определяющих
ожидаемую производительность и условия тестирования.

Благодаря большому числу операций над вещественными числами результаты
Linpack могут служить ориентиром при оценке производительности аппаратно-программной
конфигурации в областях, интенсивно использующих сложные вычисления. Первоначально
тест был написан на языке FORTRAN (эта версия и сейчас часто используется),
но существует и версия на C. Основное время теста занимает внутренний
цикл, выполняющий типичную для действий с матрицами операцию

y(i) = y(i) + a*x(i).

Стандартная версия теста оперирует с матрицами 100*100, но есть и версии
для матриц размерами 300*300 и 1000*1000 с различными правилами оптимизации.
Тест Linpack достаточно хорошо векторизуется и распараллеливается на большинстве
систем. Сегодня Linpack широко используется для определения производительности
компьютеров, в том числе мультипроцессорных систем.

Так, на основе Linpack с 1993 г. формируется Top500 — список 500 наиболее
производительных компьютеров. Top500 — это общепризнанная база для статистического
анализа сектора рынка высокопроизводительных систем. Измеряя действительную
производительность для различных задач n-й размерности, пользователь может
получить максимальную достигаемую производительность не только для задачи
размерности Nmax, но также и для задачи размерности N1/2, где достигается
половина производительности Rmax. Для получения согласованных результатов
производительности машин алгоритм, используемый для решения систем уравнений
в процедуре тестирования, должен подтвердить стандартную операцию вычисления
для LU-факторизации с выбором ведущего элемента столбца. В частности,
операция вычисления для алгоритма должна иметь 2/3n3 + O(n2) операций
с плавающей запятой, что исключает использование алгоритма быстрого перемножения
матриц. Это сделано для обеспечения сопоставимого ряда величин производительности
для всех компьютеров. Как правило, результаты теста идеально коррелируют
с расчетной пиковой производительностью.

Так, по данным тестовой лаборатории Kraftway, сервер GEG Express 6402 продемонстрировал
высокую производительность, надежность, масштабируемость и удобство в эксплуатации,
тем самым подтвердив существенные преимущества систем этого типа перед RISC-системами
при работе с ключевыми приложениями корпоративного уровня. Согласно результатам
тестирования, производительность однопроцессорной системы составила 3,25 гигафлоп,
двухпроцессорной — 6,09, а четырехпроцессорной — 11,11 гигафлоп. Особо специалисты
Kraftway отметили высокую надежность сервера, проявляющуюся в особо тяжелых
условиях эксплуатации. Достаточно упомянуть тот факт, что в тестовой лаборатории
сервер, начиная с мая этого года, практически непрерывно функционировал при
температуре окружающего воздуха +37°C.

В таблице приведены результаты измерения скорости работы кластера из двух четырехпроцессорных серверов GEG Express 6402, соединенных сетью Myrinet, на операциях с плавающей точкой с помощью теста High Performance Computing Linpack Benchmark (HPL 1.0) под управлением ОС RedHat Linux 7.2. А на рис. 4 показаны сравнительные данные о производительности различных процессоров без оптимизации.

Fig.4 Рис. 4. Производительность различных процессоров (на один ЦПУ).


Показатели производительности, гигафлоп, полученные в тесте HPL

Nx1000* На одном сервере На двух серверах
1 ЦПУ 4 ЦПУ 2×2 ЦПУ 2×4 ЦПУ
17 2,666 9,653
18 2,681 9,877
20 2,891 10,220 9,548
21 2,908 9,987 9,549 18,500
22 9,987 9,987 19,040
24 10,160 19,390
26 9,801 19,620
28 19,860
30 20,050

Таким образом, по данным тестовой лаборатории Kraftway, сервер GEG Express
6402 продемонстрировал высокую производительность, надежность, масштабируемость
и удобство в эксплуатации, тем самым подтвердив преимущества систем данного
типа по сравнению с RISC-серверами при работе с ключевыми приложениями корпоративного
уровня. Растущая поддержка архитектуры Itanium со стороны всей отрасли в сочетании
с четким графиком выпуска будущих процессоров Intel позволяет надеяться на появление
многочисленных экономичных и высокопроизводительных решений. Уже сейчас пользователи
имеют широкий выбор совместимых ОС и пакетов прикладного ПО. Такая свобода выбора
будет и в дальнейшем расширяться благодаря росту числа поставщиков высокотехнологичных
решений на базе процессоров семейства Itanium.

Вам также могут понравиться