Золотая середина

от I-семейства - Indy, Indigo, Impact - к новому поколению своих вычислительных систем - к О-семейству: O2, Octane, Onyx, Origin. Значение данного компьютера для компании SGI и влияние, которое он оказал своим появлением на расстановку сил, - вот тема данной статьи.

В зависимости от конфигурации Octane может включать один или два процессора R10000 с частотой 175 или 195 МГц с кэшем 1 Мбайт. В стандартную конфигурацию систем Octane входят средства сетевого соединения 10Base-T/100Base-TX Ethernet, аналоговый и цифровой аудиоввод/вывод, оперативная память 64 или 128 Мбайт (наращиваемая до 2 Гбайт), диск 2-4 Гбайт (расширяемый до 27 Гбайт), 20-дюймовый монитор и одна из трех графических подсистем. Стоимость базовой конфигурации по каталогу в США составляет 25 тыс. долл.; минимальная же стоимость двухпроцессорной модели - 34 тыс. долл. Возможно подключение дополнительных модулей цифровой видеокарты Octane Digital Video, предназначенной для работы с текстурой и трехмерными спецэффектами, видеокарты Octane Personal Video, предоставляющей средства для видеоконференций, и модуля для компрессии видеофайлов - Octane Compression.

Технические особенности

Несмотря на то что станция Octane использует процессоры R10000 и графические подсистемы от Indigo2 IMPACT, благодаря новым архитектурным решениям по своей производительности она значительно превосходит свою предшественницу - станцию Indigo2.

Отличительными особенностями архитектуры Octane являются симметричное мультипроцессирование; матричный коммутатор вместо разделяемой шины; синхронная память DRAM вместо асинхронной памяти, используемой в Indigo2. Двухпроцессорная система повышает производительность, обеспечивая возможность параллельного и независимого счета двух отдельных задач.

Однако главные преимущества Octane обусловлены применением перекрестного, или матричного, коммутатора (crossbar switch), который роднит его с компьютерами более высокого класса.

Традиционно архитектура ПК и средних рабочих станций строилась на основе разделяемой шины данных, когда каждый элемент - центральный процессор, диск, видео, графические устройства и др.- передает данные по отдельным линиям шины. Рост числа одновременных запросов к шине приводит к коллизиям, а следовательно - и к уменьшению реальной производительности.

Матричный коммутатор Octane имеет 7 высокоскоростных управляемых портов. Скорость передачи данных через каждый порт в нормальном режиме составляет 1,2 Гбайт/с, а в пиковом - 1,6 Гбайт/с. Скорость обмена данных в памяти 1 Гбайт/с.

Матричный коммутатор позволяет подключить каждый элемент (ЦП, графическое устройство, устройства ввода/вывода) через отдельный порт. Это означает, что когда, например, ЦП передает данные графическому устройству, оно использует выделенный канал и не конфликтует с другими устройствами, передающими данные. Пропускная способность такой прямой связи огромна. Для сравнения, шина PCI, на которой работают все устройства обычных NT-платформ, имеет максимальную пропускную способность 266 Мбайт/с, а матричный коммутатор Octane каждому устройству предоставляет порт, обеспечивающий скорость передачи данных в 1,6 Гбайт/с.

Прямая связь означает, что после того как передача данных инициирована, система гарантирует предоставление необходимой полосы пропускания, и ни одно событие в системе не прервет начатый процесс. Прикладная программа может назначить соответствующий приоритет потоку данных, и тогда система предоставит ему требуемый канал передачи. Когда приложение загружает большую модель или текстуру из памяти на графическое устройство, данные будут обязательно поступать на графический конвейер без прерываний, и графическая система не будет простаивать. Это позволяет обеспечить более гладкое переключение изображений, повысить устойчивость кадра и оптимизировать работу графического оборудования.

Шесть из семи портов матричного коммутатора Octane обслуживают три категории внешних устройств: базовый ввод/вывод, PCI и XIO. Один порт используется специально для подключения базовых устройств, еще один для PCI-шины; оставшиеся четыре предназначены для подключения высокопроизводительной графики, видео, сетевых плат и другого дополнительного периферийного оборудования. Наличие слотов XIO для высокоскоростных устройств приближает ее к системам более высокого уровня Origin и Onyx.

Матричный коммутатор выполняет функции маршрутизатора пакетов данных. Каждый порт имеет специальное оборудование для разрешения конфликтов, которое отвечает за размещение имеющихся в наличии пакетов на семи портах коммутатора. При этом используется схема квантования по времени. Приоритетные потоки данных гарантированно получают необходимое количество временных квантов или пакетов данных. Однако замечательной особенностью этой схемы является то, что в случае, если приоритетный поток данных не использует всех выделенных ему временных квантов или пакетов, последние могут быть задействованы другим процессом с более низким приоритетом. Таким образом, видно, что приоритетный ввод/вывод в Octane является достаточно гибким и позволяет оптимизировать распределение системных ресурсов.

Octane использует синхронную память DRAM (SDRAM); ранее в системах Indigo2 применялась асинхронная память. При использовании асинхронной памяти неизвестен точный момент готовности данных, поэтому задержка ЦП осуществляется по максимуму. В SDRAM память имеет свои часы, которые синхронизированы с часами ЦП, поэтому данные из памяти в ЦП поступают сразу по мере готовности, что увеличивает общую производительность компьютера за счет экономии времени на выполнении команд и передачи данных. (Отметим, что сегодня уже достаточно распространены случаи перевода ПК на SDRAM, что неизбежно - и достаточно скоро - приведет к снижению цен на память этого типа.)

Архитектура Octane, разработанная с учетом особенностей процессоров R10000, позволяет высвободить значительные вычислительные мощности для ускорения работы приложений. По сравнению с другими процессорами преимущества новой архитектуры особенно ощутимы при работе с большими моделями, которые не могут быть полностью размещены в кэше. В этом случае требуется нестандартная обработка, связанная с частыми обращениями к памяти, - в R10000 предусмотрен механизм устранения простоев памяти по передаче данных, что значительно ускоряет процесс обработки в целом.

Первые итоги

В условиях острой конкуренции на рынке рабочих станций и стремительного сокращения дистанции между ПК и настольными системами среднего класса появление новой высокопроизводительной системы Octane - несомненно, рывок вперед.

Революционное изменение архитектуры может оказаться не по зубам производителям мощных ПК с их жесткой регламентацией аппаратного обеспечения. Это дает SGI неплохие шансы в противостоянии наступлению ПК на рынок рабочих станций среднего класса. Рост производительности даже при некотором снижении цен, модульность, позволяющая легко наращивать конфигурацию как по мере усложнения решаемых задач, так и в связи с появлением нового периферийного оборудования, - все это привлекает к продукции SGI новых покупателей.

Сейчас, в зависимости от конфигурации графической подсистемы, выделяются три модели Octane/SI, SSI и MXI, каждая из которых допускает модернизацию. Графическая система Octane/SI включает графический процессор и специальные средства растеризации. Эта модель оптимальна для обычных инженерных и технических приложений. Станция Octane/SSI имеет два графических процессора и вдвое превышает SI по скорости выполнения графических операций. Она ориентирована на выполнение задач трехмерного твердотельного моделирования, проведение механического анализа, разработку систем подготовки и анализа данных для научных приложений и трехмерную анимацию без использования текстуры.

Система Octane/MXI - наиболее мощная модель; наряду с графическими процессорами и специальными средствами растеризации она включает устройства для обработки текстур и память для их хранения емкостью 4 Мбайт. Это прекрасный инструмент для профессиональной работы с графикой, будь то анимация, видео, сложное трехмерное моделирование или виртуальная реальность.

MIPS на современном рынке микропроцессоров

Новая станция подтвердила перспективность процессоров MIPS. В этой связи интересно проанализировать некоторые тенденции, наблюдаемые сегодня на рынке RISC-процессоров. Как отмечают аналитики, темпы роста доходов от продаж RISC-систем в прошлом году существенно снизились: отмечено увеличение лишь на 24% по сравнению с 40% в 1995 году. Этого, однако, было достаточно, чтобы общие доходы от продаж RISC-систем перешли рубеж 50 млрд. долл., составив 51,7 млрд., что приблизительно на 10 млрд. больше показателей 1995 года. Динамика развития четырех лидирующих RISC-архитектур, производители которых фактически сохранили свою долю на рынке сбыта, соответствовала общим рыночным тенденциям роста доходов (диаграмма).

Доход от продаж систем на процессоре Alpha вырос почти на 50%. Примечательно, что в общие результаты прошлого года по продажам таких систем компания SGI внесла свою долю за счет компьютеров TD3, разработанных Cray Research. Так будет продолжаться до тех пор, пока в течение пары лет процессоры Alpha не будут заменены следующим поколением старших моделей MIPS. Доходы от продаж систем на основе процессоров MIPS (их производят компании NEC, Pyramid/SNI, Tandem и т. д.), за вычетом систем SGI, падали быстрее, чем происходил рост продаж самой SGI. Как результат, MIPS-архитектуры отдали половину процента системам на базе SPARC. Что касается NEC, Pyramid/SNI и Tandem, то, очевидно, их все больше привлекает новейшее поколение процессоров Intel, тогда как рабочие станции NT "атакуют" рынок средних моделей SGI, составляющий две трети всех доходов компании. Ожидается, что текущий год будет более жестким для затевающих между собой конкуренцию станций Sun и NT при общем возрастающем давлении со стороны клона UltraSPARC. Однако Sun уже обрел статус производителя недорогих RISC/Unix-систем и поэтому сейчас находится в более выгодном положении по сравнению с Wintel. Остальные категории продолжали испытывать существенное сокращение доходов.

Анализируя рынок самих RISC-микропроцессоров, следует отметить, что темпы роста их продаж в прошлом году замедлились, составив 50,7% Это существенно меньше показателей 1995 года (123%) и ниже годового прироста предыдущих лет - 51 млн. проданных микропроцессоров составляет 45,4% общего итога, что значительно отстает от исторически сложившейся величины в 50%. Картина продаж продолжала интенсивно меняться в сторону существенного увеличения продаж MIPS-процессоров (Таблица 1).

Таблица 1.

Объемы продаж микропроцессоров RISC (в млн. шт.)

Несмотря на снижение доходов от продаж систем на основе MIPS-архитектуры, доля продаж собственно MIPS-микропроцессоров удвоилась, а их общий объем продаж вырос втрое. Каково бы ни было будущее архитектуры компьютерных систем, ясно, что MIPS-архитектура безусловно будет играть существенную роль на рынке. Сегодня MIPS успешно конкурирует с архитектурой Hitachi SH на рынке электронных игр. Так, прошедший год для SH SEGA был тяжелым, а MIPS Sony PlayStation и Nintendo 64 имели огромный успех. Успешное продвижение MIPS-архитектуры - это результат тесного взаимодействия Silicon Graphics c ее партнерами-производителями элементной базы Integrated Device Tech; LSI Logic; NEC; NKK; Philips Semiconductor и Toshiba.

Распределение доходов от продаж RISC-станций

Позиционирование станции Octane