Хроника взлетающего микропроцессора

Серверы DEC AlphaServer 4000/4100

На одном из рекламных плакатов фирмы DEC, который всегда привлекал мое внимание, изображен современный истребитель с двумя мощными двигателями, продуваемый в аэродинамической трубе. Эта картинка всегда ассоциируется у меня с мощью микропроцессора DEC Alpha 21164. Его стремительно нарастающая скорость грозит через несколько лет приблизиться к "космической" величине 1 ГГц.

Это одна из основ успеха Digital на рынке компьютеров. Обратимся к хронике событий недавнего времени. В мае текущего года DEC объявила о поставке мощных серверов серии 8000 с процессорами 21164, имеющими тактовую частоту 437 МГц (AlphaServer 8x00 5/440). В начале июня фирма представила рабочие станции AlphaStation 500/400 на базе 400-мегагерцевых процессоров, которые затем могут модернизироваться с переходом к микропроцессору 21164 (EV56) с частотой 500 МГц.

В июле DEC опубликовала оценки SPECint95/fp95 для новых версий микропроцессоров с частотами 433 МГц (13.3/18.4) и 500 МГц (15.4/21.1). В сентябре фирма сообщила о выпуске компьютеров AlphaServer 4000, использующих 300- и 400-мегагерцевые микропроцессоры.

Можно по-разному относиться к идее увеличения производительности микропроцессоров в первую очередь за счет роста тактовой частоты.

Но факт остается фактом: версия 21164 с частотой 350 МГц, работающая в AlphaServer 8x00, опережает на тестах Linpack (при N=100 и N=1000) все другие микропроцессоры, применяемые в имеющихся на рынке компьютерах. По целочисленной производительности на тестах SPECint95 процессоры Alpha 21164 лидируют, начиная с тактовой частоты 400 МГц. Перспективы Alpha выглядят наиболее стабильно и с точки зрения дальнейшего роста производительности микропроцессора.

Оценки эффективности работы всего компьютера в целом не определяются исключительно производительностью процессоров, важна архитектура всей системы. В данной статье мы рассматриваем архитектуру и технические характеристики компьютеров AlphaServer 4000/4100, представленных DEC несколько месяцев назад.

Архитектура AlphaServer 4000/4100

Общая идея, приведшая к выпуску относящихся к среднему классу систем AlphaServer 4000/4100, может быть сформулирована следующим образом. Традиционно имеются компьютеры "высшего" класса (если угодно, масштаба предприятия) - AlphaServer 8200/8400 в данном случае. Они имеют быстродействующие микропроцессоры и высокоскоростную системную шину. Есть серверы среднего класса, например AlphaServer 2100. В них используются те же микропроцессоры Alpha 21164, что и в серии 8х00, правда, с несколько более низкими тактовыми частотами, и системные шины с существенно меньшей пропускной способностью. Производительность микропроцессоров постоянно растет, и системная шина так или иначе должна "подтягиваться", чтобы не стать узким местом, приводящим к дисбалансу производительности различных частей компьютера. Поэтому идея существенно поднять пропускную способность системной шины серверов среднего класса достаточно естественна. Она и была реализована в компьютерах AlphaServer 4000/4100. В качестве другого примера сервера среднего класса с высокопроизводительной системной шиной PowerPath 2 можно упомянуть SGI Challenge DM.

Нельзя не отметить своевременность и прозорливость этого шага DEC. Самой быстродействующей системной шиной SMP-серверов стала, как известно, шина Gigaplane фирмы Sun, используемая в серверах Ultra Enterprise 6000 (CWR, #28, 1996). Анонсированные в сентябре новые компьютерные системы SGI также отличаются высокой пропускной способностью. Даже дешевые однопроцессорные рабочии станции О2 этой фирмы имеют скорость шины, равную 2,1 Гбайт/с. Пропускная способность коммутатора гиперузла, который является аналогом системной шины, должна быть увеличена и в новых системах SPP2000 от Convex/HP. Так что мы можем стать свидетелями не только войны микропроцессоров, но и войны шин.

В смысле архитектуры системы AlphaServer 4000/4100 не отличаются. Их основные отличия проистекают из того, что в AlphaServer 4000 просто меньше слотов системной шины. Она имеет 128 разрядов для данных и 40 разрядов для адресов и команд, работает в синхронном режиме и защищена от ошибок кодами ЕСС. Тактовая частота шины увязана с тактовой частотой процессора и памяти. Для 300-мегагерцовых процессоров пиковая пропускная способность шины составляет 1 Гбайт/с, для 400 МГц - 1,1 Гбайт/с.

Задержка при обращении в оперативную память (ОП) составляет всего 120 нс, что позволяет использовать преимущества синхронной технологии памяти. Пиковая производительность ОП в режиме чтения составляет 948 Мбайт/с, в режиме записи - 853 Мбайт/с; поддерживаемая производительность на операциях чтения и записи - 750 Мбайт/с.

Всего в AlphaServer 4100 имеется 9 слотов системной шины: 4 для процессоров, 4 для ОП и 1 для подсистемы ввода/вывода. В AlphaServer 4000 число слотов для процессоров и памяти в 2 раза меньше. ОП в этих системах строится из пар модулей памяти, имеющей один и тот же тип и размер. При этом разные пары могут отличаться по емкости. Максимальная емкость ОП для серии 4000 составляет 2 Гбайт, 3100 - 4 Гбайт. В ноябре текущего года планируется увеличить ее в 2 раза. ОП защищена кодами ECC.

Подсистема ввода/вывода AlphaServer 4000/4100 имеет пропускную способность 500 Мбайт/с и использует два 64-разрядных канала PCI. Всего имеется 8 слотов PCI, в т.ч. 3 разделяемых с EISA. Взаимодействие подсистемы с шиной AlphaServer 4x00 происходит через мосты и также отличается низкими задержками для режима DMA.

В процессорных платах применяются микропроцессоры Alpha 21164. Они имеют, как известно, 8 Кбайт кэш команд, 8 Кбайт кэш данных, 96 Кбайт кэш L2 плюс внешний кэш. Для процессоров с частотой 300 МГц последний может отсутствовать (4100 5/300E) или иметь емкость 2 Мбайт; 400-мегагерцевые процессоры комплектуются кэшем L3 емкостью 4 Мбайт.

Конфигурации и производительность

В таблице 1 приведены основные характеристики конфигураций AlphaServer 4x00. Их главным конструктивным элементом является так называемый системный ящик. Это наименование сразу напоминает о "ящичном" строении другой системы, отличающейся высокой модульностью, - IBM SP2. Основной системный ящик содержит средства поддержки охлаждения и электропитания, системную шину и подсистему ввода/вывода. В системном ящике AlphaServer 4100 размещается до 4 процессоров, AlphaServer 4000 - до 2 процессоров. Возможна модернизация AlphaServer 4000 до 4100.

Компьютеры 4х00 выпускаются в двух исполнениях: стоечном и типа "пьедестал". В первом имеется место для инсталляции до 4 системных ящиков, соответственно до 8 корпусов StorageWorks, каждый из которых может содержать до 7 дисков (итого 56 дисков на систему). Поддерживается RAID 0, 1, 0+1, 5 уровня. Соответственно вероятна горячая замена. В "пьедестальном" исполнении может разместиться 3 StorageWorks, т.е. до 21 диска на систему. Стандартные комплектации включают диски емкостью 4,3 Гбайт.

О надежности компьютеров говорит трехгодичная гарантия. Для повышения надежности возможна комплектация избыточными блоками питания. Хорошая система вентиляции обеспечивает работоспособность в офисных условиях.

Есть одно практически непреложное правило: когда фирмой не приводятся какие-либо типовые характеристики, отражающие производительность их систем (или их частей), то значит, эта характеристика недостаточно хороша или вовсе плоха. Понятно, что некоторые величины либо вообще приводятся редко (например данные тестов производительости NAS parallel benchmark), либо их получение требует больших затрат времени и денег (в частности тесты TPC-C и TPC-D). В последнем случае, если системы реально ориентированы на OLTP, бывают определенные задержки с объявлением данных в связи с необходимостью подготовки и проведения сложных испытаний. DEC приводит практически все мыслимые оценки производительности своих компьютеров на базе микропроцессоров Alpha. И неудивительно: их системы являются лидерами производительности. В таблице 2 приведены различные данные о производительности AlphaServer 4x00. Собственно говоря, не видно, какие серверы других фирм могли бы составить им сегодня конкуренцию по производительности при равном числе процессоров.

До последнего времени не было устоявшихся тестов, характеризующих пропускную способность подсистемы ОП. В нашей рубрике публиковались данные так называемых тестов STREAMS. Эти тесты выражают достигаемое быстродействие ОП на фортранных циклах, включающих пересылки больших массивов. За последний год эти тесты стали практически стандартом. Соответствующие данные для AlphaServer 4x00 приведены в таблице 3. Они показывают, что тракт процессор-память в AlphaServer 4x00 имеет хорошую пропускную способность. При тактовой частоте 400 МГц однопроцессорные AlphaServer 4100 опережают Sun Ultra Enterprise 6000, двухпроцессорные - близки к ним, и лишь четырехпроцессорные системы Enterprise 6000 заметно опережают AlphaServer 4100, что определяется, видимо, быстродействием шины Gigaplane. А ведь Enterprise 6000 относятся не к среднему, как AlphaServer 4х00, а к высшему классу серверов! AlphaServer 4x00 опережают и мэйнфреймы IBM 3090-VF. Правда, по эти показателям AlphaServer 4x00 сильно уступают рабочим станциям RS/6000 mdl 590 и 990. Последние, вообще, знамениты необычайно высокой пропускной способностью данного тракта. Интересным представляется другой факт: производительность AlphaServer 4x00 на тестах STREAMS понижается при добавлении кэша L3. Это видно из сопоставления данных для 4100 5/300E (без кэша) и 5/300 (с кэшем).

Конечно, важнее всего - интегральные показатели производительности, более приближенные к реальными приложениям. На тестах TPC-C четырехпроцессорный сервер 4100 5/400 с 3 Гбайт ОП, работающий с Sybase SQL Server System 11 под ОС Digiatl Unix, показал значение 7598 tpmC, лучшее среди всех четырехпроцессорных SMP-серверов, работающих с ОС Unix.

Системы AlphaServer 4x00 поставляются с ОС Windows NT, Open VMS и Digital Unix. Digital совмсетно с Oracle предлагает для этих систем технологию VLM (сверхбольшой памяти), существенно улучшающей производительность при работе с очень большими БД.

Стартовая цена AlphaServer 4000 5/300 c ОС Windows NT, 128 Мбайт ОП и диском объемом 4,3 Гбайт составляет 33450 долл.; для системы с тактовой частотой 400 МГц - 44500 долл. (цены для США). Конечно, цена поставки с ОС Digital Unix, тем более в России, заметно выше. За хорошую продукцию приходится платить!