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.
 |
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.
 |
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.
 |
Рис. 3. Сервер GEG Express 6402.
|
KraftwayКомпания Kraftway (http://www.kraftway.ru) Технология производства основана на системе качества, разработанной в На сегодняшний день Kraftway выпускает несколько серий компьютерных систем C января 1998 г. компания имеет официальный статус мастер-интегратора |
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 LinpackТест Linpack был выбран в качестве критерия измерения производительности Благодаря большому числу операций над вещественными числами результаты y(i) = y(i) + a*x(i). Стандартная версия теста оперирует с матрицами 100*100, но есть и версии Так, на основе Linpack с 1993 г. формируется Top500 – список 500 наиболее |
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.
 |
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.