Что ожидает архитектуру IA-64, которая все еще не может выйти на массовый рынок? Появление своеобразной «вилки» в продуктовой линейке Intel окрашивает связанные с UltraSPARC IV объявления совершенно в иные цвета. Разбираться с тем, каким теперь предстанет 64-разрядный пейзаж, аналитикам еще предстоит, но теперь степень доверия будет ниже, чем прежде. Все ведущие аналитики в равной степени ошибались, еще несколько лет назад дружно предрекая архитектуре SPARC незавидную участь Alpha
Скотт Макнили, глава компании Sun Microsystems, представил на недавней встрече с аналитиками в Сан-Франциско 64-разрядные процессоры — Opteron от AMD и UltraSPARC IV производства Sun

Ежеквартальное представление новинок Sun Microsystems с начала 2003 года превратилось в установившуюся традицию. 10 февраля по соответствующему поводу была устроена конференция в Сан-Франциско, а спустя неделю новые продукты были представлены в Москве. Казалось бы, сдвиг по времени совсем не велик, но благодаря ему московская акция прошла синхронно, буквально день в день, с другим регулярным мероприятием — форумом разработчиков Intel, состоявшимся в том же Сан-Франциско. На этот раз два события оказались в одной логической цепочке: в обоих случаях в центре внимания оказались 64-разрядные процессоры. Sun выставляла новый процессор UltraSPARC IV, а также серверы корпоративного уровня на его основе. IDF удивил неожиданным объявлением: в середине текущего года появится Nacona, 64-разрядное расширение Pentium 4 Xeon для двухпроцессорных серверов, позже будет выпущена 64-разрядная версия Prescott для однопроцессорных серверов и высокопроизводительных рабочих станций, а на 2005 год обещан 64-разрядный Xeon с многопроцессорными возможностями. Без сомнения, в позиции Intel на 64-разрядном фронте происходят стратегические подвижки. Что ожидает архитектуру IA-64, которая все еще не может выйти на массовый рынок? Появление своеобразной «вилки» в продуктовой линейке Intel окрашивает связанные с UltraSPARC IV объявления совершенно в иные цвета.

Разбираться с тем, каким теперь предстанет 64-разрядный пейзаж, аналитикам еще предстоит, но теперь сиепень доверия будет ниже, чем прежде. Все ведущие аналитики в равной степени ошибались, еще несколько лет назад дружно предрекая архитектуре SPARC незавидную участь Alpha. Однако ошибались не только они, но и видные ученые. Так, в октябре 2001 года в Москву приезжал Джастин Раттнер, директор исследовательской лаборатории систем Intel Microprocessor Research Lab, деятельный участник разработки стандартов архитектур IA-32 и IA-64 и серверных технологий Intel. Встречаясь тогда с журналистами, Раттнер отметил, что спектр 64-разрядных архитектур сжимается до IA-64, SPARC и Power; вместе с этим сохранение двух последних архитектур он охарактеризовал как искусственное, объяснив его лишь своеобразными личными качествами руко?водителей и корпоративными амбициями Sun и IBM. На вопрос о том, не пугает ли его, что Intel рискует оказаться в одиночестве на рынке 64-разрядных процессоров, Раттнер дал уклончивый ответ. Прошло менее трех лет, и архитектура SPARC демонстрирует вполне четко прорисованные перспективы.

RISC сегодня

Сейчас UltraSPARC IV с тактовыми частотами 1,05 и 1,3 ГГц изготавливается по 130-нанометровой технологии, на 90 нм планируется перейти в 2005-м или в 2006 году, а на 45 нм — в 2008 году

Дебют четвертого поколения процессоров UltraSPARC состоялся минувшей осенью на ежегодном Микропроцессорном форуме. Этот процессор, получивший известность под кодовым наименованием Jaguar, представляет собой первую ласточку инициативы Throughput Computing («производительные вычисления»). Идеи Throughput Computing удивительно прозрачны. Действительно, для того чтобы выполнить некий объем работы за заданное время, можно поступить двояко — использовать одно высокопроизводительное устройство или же несколько менее производительных. В Intel избрали первый подход, что, конечно же, дает желаемый результат, но ведет к чрезвычайно сложной системотехнике и создает барьеры на пути совместимости снизу вверх, вызывая необходимость разного рода эмуляций и других ухищрений. В Sun, в определенном смысле следуя логике RISC, предприняли попытку создать высокопроизводительную систему из более простых элементов.

Новый подход к созданию процессоров, названный CMT (Chip Multithreading — «многопотоковость на кристалле»), на поверку является ни чем иным, как переносом идей симметричных многопроцессорных систем внутрь чипа. Реализация данного подхода стала возможной благодаря имеющимся собственным заготовкам, однако не малое значение оказало и вливание «новой крови» благодаря приобретению в 2002 году Afara Websystems, начинающей компании, делавшей свои собственные разработки, связанные со SPARC.

И еще, проектировщики Sun очень точно осознали два обстоятельства. Прежде всего, они проявили более тонкое понимание закона Мура, который в оригинале гласит о возрастании плотности, а отнюдь не производительности или частоты. Следовательно, задача на перспективу состоит не в достижении рекордной производительности для одного типа процессора, а в создании технологии, которая позволит использовать постоянно возрастающий массив полупроводников на подложке, не переусложняя сверх меры отдельное процессорное ядро. Второе наблюдение состоит в следующем: скорость работы процессора, построенного по схеме фон Неймана, ограничивает так называемая задержка в памяти; несмотря ни на какие ухищрения скорость доступа к памяти растет медленнее, чем производительность процессоров. Эти два наблюдения помогают прийти к несложному выводу. На одной подложке можно разместить несколько не слишком усложненных процессорных ядер, которые могут быть объединены в одну систему без потери производительности, разделить между ними потоки данных и таким образом восполнить задержку при обращении к памяти. Если в дополнение к этому обеспечить еще и коммутацию, которая позволит суммарной производительности расти линейно (а подобный опыт, основанный на проектировании SMP-серверов, имеется), то задача развития процессоров «квадратно-гнездовым» способом будет решена. В качестве процессорного ядра можно использовать хорошо отработанный процессор UltraSPARC III, а для управления всем комплексом — операционную систему Solaris с хорошо отработанными механизмами поддержки многопроцессорности. Путем наращивания количества ядер можно увеличивать производительность сервера, не сталкиваясь с проблемой бинарной совместимости (ядра-то не меняются). В Sun такую бинарную совместимость называют бесшовной, в отличие он тех случаев, когда для ее обеспечения используются те или иные формы эмуляции, снижающие производительность.

Материализация Throughput Computing

Не следует думать, что простота логики дешево дается. Команда из 1600 инженеров, оснащенная 8 тыс. с лишним процессоров и по численности уступающая только команде инженеров Intel, сосредоточена исключительно на 64-разрядной архитектуре и не связана с производством. Коллектив разработчиков сосредоточен только лишь на логике, технология изготовления отдана другим, Sun Microsystems постоянно называет себя «непроизводственной» (fabless) компанией. Проблемы производства процессоров она решает вместе с Texas Instruments. Это сотрудничество взаимовыгодно: оно позволяет использовать опыт, накопленный TI на выпуске элитной продукции, а в последствии перенести его на массовую продукцию и таким образом компенсировать издержки. Сейчас UltraSPARC IV с тактовыми частотами 1,05 и 1,3 ГГц изготавливается по 130-нанометровой технологии, на 90 нм планируется перейти в 2005-м или в 2006 году, а на 45 нм — в 2008 году.

Реализация программы Throughput Computing связана с решением проблем специфики потоков в двух категориях современных приложений. Первая категория — это приложения, связанные с обработкой больших объемов данных. Подходы к обработке таких данных в многопотоковом режиме существенно отличаются от сетевых приложений. Для второй категории приложений многопотоковость более органична, поскольку речь идет об обработке множества мелких запросов, формируемых сетевыми приложениями.

В связи с этим сохранится деление семейства UltraSPARC на три линейки s, h и i. Модели процессоров будут различаться по количеству ядер и по показателю многопотоковости. Младшие, предназначенные для работы с Internet-приложениями, будут иметь большее число менее изощренных процессорных ядер и смогут обрабатывать большее число потоков, старшие — эффективнее работать с большими массивами данных. Нынешнее объявление UltraSPARC IV и Throughput Computing относится только к линейке s, предназначенной для использования в корпоративных серверах. В первую очередь новыми процессорами были укомплектованы серверы среднего уровня SunFire E2900, E4900 и E6900 с максимальным числом процессоров, равным соответственно 12, 12 и 24. Новыми флагманами стали конструктивно идентичные, различающиеся числом системных плат серверы SunFire E25K и SunFire E20K. Первые три модели уже готовы к поставкам, старшие модели станут доступны потребителям в апреле. Воспользоваться преимуществами технологии CMT смогут и обладатели серверов Sun недавних лет выпуска: система апгрейда позволяет не только произвести замену системных плат и дополнительного оборудования, но и расширить используемые системы новыми компонентами. Sun допускает совмещение в одной стойке процессоров с разными частотами, причем каждый из них может работать на своей максимальной частоте.

В ходе представления новых серверов были приведены первые результаты тестирования, выполненные на отдельных тестовых примерах или на реальных приложениях. Они свидетельствуют о том, что при увеличении вдвое числа процессорных ядер производительность увеличивается вдвое с погрешностью в 1-1,5%. И хотя пока еще никто не устраивал очередных полноценных «паровозных гонок», приведенные данные позволяют предположить, что произошла очередная смена лидеров, и в соревновании производительных Unix-серверов вышли компьютеры Sun.