Это может быть RISC, CISC или и то и другое

утратил былую актуальность", считает Джон Олтсик, аналитик компании Forrester Research. Для менеджеров информационных систем выбор теперь чаще основан на программном обеспечении и операционной системе. Однако микропроцессорная архитектура по-прежнему играет весомую роль в таких областях, как масштабируемость для приложений с высоким уровнем требований, и здесь преимущество по-прежнему остается за RISC.

Сегодня проблемы серверных кристаллов куда более расплывчаты. Computerworld попросил нескольких промышленных аналитиков помочь прояснить эти проблемы и тем самым облегчить процесс принятия решений о покупке той или иной аппаратуры. "Года два назад вы покупали продукцию Intel из-за ее цены, а RISC-процессоры из-за их производительности. Сегодня Intel ликвидировала эту брешь в производительности", - говорит Джим Гарден из компании Technology Business Research. По его словам, покупатели теперь должны сосредоточивать усилия на прикладном программном обеспечении и операционной системе. Им следует уделять внимание микропроцессорной скорости как таковой.

Два подхода

Вычислительная архитектура с сокращенным набором машинных команд (RISC) реализует метод компьютерной обработки, использующий правило 80/20, по которому в 80% работы центрального процессора используется только часть общего набора команд микропроцессора. Создатели RISC-процессоров взяли этот уменьшенный, упрощенный набор команд и объединили его с такими технологиями, как конвейерная обработка, которые позволяют микропроцессору выполнять множество команд за один процессорный цикл. В результате получился процессор, который имеет лучшую производительность для большинства приложений и теоретически стоит меньше, поскольку сам он небольшой и его производство обходится дешевле.

В список основных поставщиков RISC-систем входят компании Hewlett-Packard (PA-RISC), Sun Microsystems Computers (SPARC), Digital Equipment (Alpha), Silicon Graphics - модуль MIPS (R210000) и союз IBM и Motorola (PowerPC).

С другой стороны, семейства Pentium и Pentium Pro компании Intel продолжают реализацию более традиционной вычислительной архитектуры с полным набором машинных команд (CISC). CISC-процессоры содержат в сотни раз больше команд, чем RISC-процессоры, и используют от 8 до 12 способов адресации памяти по сравнению с 2-3 способами в RISC. Однако технические различия между RISC и CISC в последние годы становятся все менее четкими, особенно в том, что касается общей производительности систем. И CISC-, и RISC-системы, например, показывают в тестах обработки транзакций близкие результаты - от 5000 до 8000 транзакций в минуту, в зависимости от особенностей конфигурации. Для некоторых типов задач CISC-системы могут превзойти RISC. Два года назад это было бы неслыханно.

Одна архитектура заимствует хорошие идеи у другой. RISC-процессоры определялись как микропроцессоры с количеством команд меньше 128, сейчас же они имеют 200 команд - сравните с набором из 300 и более команд в CISC. Сегодня CISC-процессоры используют конвейеризацию и суперкамерные технологии. Оба лагеря применяют большую кэш-память для повышения производительности.

Лежащий в основе системы микропроцессор по-прежнему играет определяющую роль при выборе сервера, однако покупателей теперь интересует не только техническая архитектура процессора. Основное внимание уделяется смежным проблемам: производительности приложений, масштабируемости, цене, доступности программного обеспечения, адресному пространству памяти и дизайну подсистем.

Ниже рассматриваются обе категории, дается обзор микропроцессорных архитектур, и анализируются пути решения этих проблем. В плане масштабируемости RISC-системы раньше обладали явным преимуществом благодаря поддержке симметричной многопроцессорности (SMP). Для организаций, которым нужны SMP-серверы среднего и высокого уровня, системы на базе RISC остаются наиболее предпочтительным выбором.

Однако преимущества RISC в основном обусловлены использованием операционной системы Unix, а не какими-либо характерными особенностями RISC-процессора.

Проблема SMP-систем в том, как операционная система распределяет работу между множеством процессоров. И здесь Intel приходится ждать, пока поставщики ОС не справятся с этой задачей. В настоящее время тандем RISC/Unix в этой области пользуется преимуществом.

По словам Гардена, серверы CISC/Intel, оснащенные операционной системой Windows NT производства Microsoft, могут без проблем поддерживать четыре процессора и даже доводить их число до шести для SMP-систем младшего класса. Как сообщает Джонатан Энис, аналитик компании Illuminata, для систем высокого уровня с массовым параллелизмом, где операционная система в любом случае настраивается на аппаратную архитектуру, компании NCR, Data General, Unisys, Sequent Computer Systems и другие предлагают большие серверы с параллельной обработкой на базе Intel, на которых работают различные реализации Unix. Серверы с параллельной обработкой на базе Intel имеют десятки и даже сотни процессоров.

"Масштабируемость больше не является преградой для CISC/Intel", - говорит Джонатан Энис. Выбор масштабируемости зависит от того, какое масштабирование вы хотите выполнить. CISC подойдет, если вы намерены перейти к сложным системам с массовым параллелизмом, в которых десятки, если не сотни процессоров. Но в менее сложных SMP-системах, с числом процессоров от четырех до шести, предпочтительнее иметь RISC.

Производительность приложений

Сегодня разница в производительности между RISC и CISC наиболее очевидна в вычислениях с плавающей точкой, где на микропроцессор падает большая математическая нагрузка. Высокая производительность RISC в вычислениях с плавающей точкой используется в финансово-торговых системах и сложных инженерных приложениях. Однако для большинства приложений бизнес-серверов высокой производительности вычислений с плавающей точкой не требуется. Им нужна производительность усложненных вычислений. "Процессор Intel Pentium по уровню производительности усложненных вычислений вполне конкурентоспособен", - говорит Рич Партридж, научный аналитик компании B.H. Brown Associates. Целые вычисления работают с целыми числами, для представления которых требуется меньшее число бит. Следовательно, они требуют меньше процессорных действий. Большинство бизнес-приложений, которые обеспечивают число заказанных изделий или вычисляют количество товаров на складе, используют главным образом усложненные вычисления.

В многопроцессорных системах производительность процессора вызывает меньше проблем. При объединении множества процессоров в бизнес-сервере, именуемом Falcon важнейшими факторами, влияющими на производительность, являются способ распределения системой работы между процессорами и то, как система справляется с узкими местами, а отнюдь не скорость отдельных процессоров. В этой области выбор процессора определяется "природой" ваших приложений. Если в них преобладают целочисленные вычисления, стоит выбрать CISC. Если у вас много приложений, требующих обширных вычислений с плавающей точкой, предпочтение следует отдать RISC.

Стоимость

В индустрии микропроцессоров фактор стоимости преобладает над технологией. Например, альянс Apple Computer/IBM/Motorola с помощью процессора RISC PowerPC намеревалось достичь такой же экономии, как и Intel. Идею не удалось реализовать, поэтому PowerPC остается дорогим процессором по сравнению с процессором Intel.

Серьезной проблемой становится жизнеспособность продукта в будущем, а не соотношение цена/производительность. "PowerPC отстал на отрезке цена/производительность. Время для них ушло", - отмечает Энис. "Я не уверен, что есть основания продолжать это дело. Если Apple примет процессор Intel, это будет конец для PowerPC", - считает Гарден. Тем, кто покупает серверы с PowerPC, нужно убедиться, что их поставщик и процессор будут жизнеспособными в течение срока существования продукта.

Тем временем Intel продолжает прикладывать усилия к тому, чтобы повысить производительность процессоров и при этом обеспечить товарный уровень цен. Организации, которым нужно наилучшее соотношение цена/производительность для бизнес-серверов младшего и среднего класса, выберут CISC/Intel. В этом секторе рынка RISC устроит только тех, кому нужна производительность вычислений с плавающей точкой или максимальный уровень масштабируемости SMP (а здесь RISC сильнее), либо тех, кто просто предпочитает RISC-реализации Unix.

Конструкция подсистем

Сегодняшний бизнес-сервер - это сложная система, состоящая из множества взаимосвязанных частей. Процессор - лишь одна из таких частей и не обязательно самая важная. В среде бизнес-сервера дисковый ввод/вывод, память, кэш, коммуникационная шина и коммутаторы - все это имеет большое значение, равно как и операционная система, промежуточное ПО и система управления базой данных. Когда используется множество процессоров, конструкция и реализация этих подсистем критичны для ликвидации узких мест, которые могут свести к нулю любые преимущества производительности ЦПУ.

С Pentium Pro Intel предлагает поставщикам не только процессоры, но целые четырехпроцессорные SMP-подсистемы. Из этих подсистем, как из строительных блоков, поставщики начинают создавать бизнес-серверы младшего класса с SMP на базе процессоров Pentium Pro по вполне приемлемым ценам. RISC- и CISC-системы обеспечивают сопоставимое качество интеграции. Различие только в цене. По словам Эниса, поставщиков систем на базе Intel намного больше, а их цены гораздо ниже. В системах старшего класса архитектура и интеграция подсистем становятся значительным фактором дифференциации между поставщиками.

Доступность программного обеспечения

"Прежде всего выбирайте прикладное ПО. Это поможет вам принять решение относительно операционной системы. Затем выбирайте платформу, на которой она будет работать", - советует Энис.

Последовав этому совету, вы, скорее всего, остановитесь на RISC, если пользуетесь ОС Unix, - как считает Олтсик, - поскольку именно здесь сосредоточены усилия основных поставщиков Unix. Такие ведущие поставщики Unix-систем, как Sun (Solaris), HP (HP-UX) и IBM (AIX), - используют RISC-процессоры. Если вы приобретаете Windows NT, у вас есть возможность выбрать процессор Intel или Alpha компании Digital. "Однако 90% NT-серверов используют Intel", - говорит Олтсик. Те покупатели NT, которые предпочли RISC-процессор Alpha, обычно работают с приложениями с большой вычислительной нагрузкой. "Шумное явление Windows NT в 1994 году несколько затруднило процесс выбора процессоров", - вспоминает Энис. Основные поставщики приложений, такие как SAP AG, переносят свои продукты на Windows NT, которая поднимает CISC/Intel на уровень общецелевого бизнес-сервера среднего класса.

Адресное пространство памяти

С появлением приложений классов хранилищ данных и добычи данных выбор между RISC и CISC, возможно, будет определяться 64-разрядной обработкой, для которой в настоящее время требуется RISC. CISC-процессоры 32-разрядные, но Intel сообщает о разработке 64-разрядного процессора, хотя пока это дело будущего. Выбор между RISC и CISC зависит от того, какой объем памяти вам необходим. В 64-разрядном процессоре адресное пространство памяти составляет 15 эксабайт (эксабайт больше мегабайта в 100 в четвертой степени раз).

Объем адресного пространства памяти в 32-разрядных процессорах составляет 4 Гбайт. Intel "выжимает" из своего процессора 64-гигабитное адресное пространство, используя нестандартные расширения микропроцессорной архитектуры, но операционные системы, работающие на Intel, еще не могут даже близко подойти к таким размерам адресации. По словам Эниса, даже самые большие 64-разрядные RISC-системы в общем случае обеспечивают только от 10 до 12 Гбайт памяти.

Если вы работаете с сложными приложениями баз данных или добычи данных, наличие 64-разрядного адресного пространства и 64-разрядных данных может обеспечить значительные преимущества в производительности. "64-разрядные процессоры позволяют вам использовать больше памяти, делая доступ к данным в 100 раз быстрее", - объясняет Олтсик.

Добавление в RISC-систему гигабайт памяти в результате приводит к дорогому серверу, но даже для критичных приложений, которым необходимо стократное повышение производительности, лучшего выбора, видимо, не существует.

Основные выводы

Используйте RISC/Unix для высокоскоростных серверов с интенсивной вычислительной нагрузкой, для 64-разрядного адресного пространства памяти и для SMP-масштабируемости.

С другой стороны, системы старшего класса с массовым параллелизмом переходят к CISC/Intel. Для среднего уровня выбирается RISC или CISC с ОС Unix или Windows NT. Системы младшего класса безраздельно принадлежат Intel.

С практической точки зрения, большинство пользователей выберут ту операционную систему, Unix или NT, с которой они чувствуют себя комфортно, и тот частный диалект Unix, который они использовали раньше. Если эти решения приняты, то выбор процессора осуществится сам собой.

Intel агитирует независимых поставщиков поддержать MMX

Как сообщили представители компании Intel, первые три месяца производства мультимедиа-процессоров MMX завершатся выпуском ориентированного на MMX программного обеспечения. Это ПО должно быть создано независимыми производителями.

"Уже создано 15-20 приложений, - отметил Стив Кони, менеджер по программе процессоров Pentium группы настольных систем компании Intel. - Это игровые, справочные, деловые приложения и средства обучения".

Деловые приложения будут включать в себя коммуникационное программное обеспечение, ориентированное на MMX, такое как ProShare VideoPhone самой Intel и Juggler компании Purespeech.

Juggler позволит ПК читать и реферировать сообщения электронной почты, а также воспроизводить голосовые сообщения по телефону. Выпуск этого ПО запланирован на первый квартал 1997 года. Juggler будет работать на ПК под Windows 95, с оперативной памятью емкостью 16 Мбайт, процессором Pentium с функциями MMX и модемом с поддержкой голосовой почты. Стоимость продукта составит 149 долл.

Хотя большая часть мультимедиа-приложений первого поколения предназначена для домашних пользователей, руководство Intel ожидает ко второму кварталу следующего года бурный рост объема выпуска бизнес-приложений, особенно распознавания речи и для работы с изображениями. Intel не жалеет средств для быстрого распространения MMX-приложений.

Предполагается, что первые версии таких приложений от независимых поставщиков программного обеспечения появятся в неанглоязычных странах Европы и Азии, в том числе Японии и Китае.

Приложения, соответствующие спецификациям набора операторов MMX, обеспечат увеличение производительности систем, работающих на процессорах Pentium MMX, более чем на 60% по сравнению с версиями, не ориентированными на MMX, работающими на системах Pentium с той же тактовой частотой.

В январе Intel представит свои первые процессоры Pentium MMX, имеющие тактовую частоту до 200 МГц, как для настольных систем, так и для мобильных компьютеров.

Некоторые производители, в том числе Acer America, Digital Equipment, IBM и NEC Technologies, продемонстрировали прототипы систем MMX, которые планируется реализовать, как только Intel представит свои процессоры.

В феврале, вслед за январским выпуском Pentium MMX, Intel намерена представить следующее поколение мультимедиа-процессоров Pentium Pro, получивших название Klamath.

Первый Klamath с тактовой частотой 233 МГц будет поставляться на процессорной плате с кэш-памятью 2 уровня емкостью 512 Кбайт.

Первые системы Pentium Pro/MMX будут предназначены для корпоративного рынка, но вскоре появятся и в высокоуровневых домашних офисах.

- Терхо Уимонен

Что день грядущий нам готовит

Большинство RISC-процессоров будут 64-разрядными

В ближайшие 18-24 месяца появление 64-разрядного микропроцессора CISC/Intel не ожидается
CISC/Intel по-прежнему будет задавать тон в соотношении цена/производительность
RISC сосредоточит основное внимание на производительности для систем старшего класса
PowerPC будет переналаживаться и усовершенствоваться для систем старшего класса, что приведет к появлению разнообразных, настроенных на пользовательские нужды вариантов PowerPC
Неуклонное повышение производительности процессоров благодаря постоянным техническим усовершенствованиям, однако резких прорывов в производительности не ожидается.