В последние годы мы привыкли к успехам микропроцессоров этой компании в тех сферах, где ранее им приходилось испытывать жесткую конкуренцию, и даже в тех, которые многие годы оставались закрытыми для процессоров архитектуры x86.
Сегодня никого уже не удивляет доминирующее положение этой архитектуры на серверном рынке – в 2009 году, по данным IDC, доля систем на базе x86-совместимых процессоров здесь превысила 55% в денежном выражении и 96% в штучном. Еще более впечатляет прогресс Intel в области высокопроизводительных вычислений (High Performance Computing, HPC) – в 34-й по счету редакции Top 500 (ноябрь 2009 года) 396 систем классифицированы как выполненные на основе процессоров Xeon, а ведь в июне 2002 года в этом рейтинге значилась лишь одна машина на этой платформе.
В начале 2000-х суперкомпьютеры на базе архитектуры x86 воспринимались уже не как нонсенс, но еще и не как мэйнстрим. А вот летом 1993 года, когда была обнародована первая версия Top 500, никаких процессоров Intel и близко не было к этому списку, кроме... i860. В то время еще не утихли споры о плюсах и минусах архитектур RISC и CISC, о том, что можно назвать классическим RISC-процессором и чем он отличается от жалкой пародии. Представленный в 1989 году i860 был самым настоящим RISC-процессором – «очень быстрый и не совместимый ни с чем», как напишет впоследствии о нем Энди Гроув в своей знаменитой книге «Выживают только параноики». А еще в 1989 году был выпущен процессор i486, в котором впоследствии начнут находить элементы RISC-технологии. Иные даже станут называть его «процессором с гибридным ядром, совмещающим в себе элементы CISC и RISC», что вызовет очередную волну споров.
Фактически для Intel это была попытка одновременно поставить и на красное, и на черное. В корпорации были еще не уверены в перспективах CISC-архитектуры x86, а RISC-технологию тогда многие, в том числе и в Санта-Кларе, считали более прогрессивной. Но на рынке RISC-процессоров у Intel не было преимуществ перед конкурентами, поэтому через некоторое время это направление в корпорации перевели в разряд нишевых, а потом и вовсе от него избавились. Зато по мере пополнения семейства x86 новыми процессорами в них стали находить все больше архитектурных элементов RISC. А расширение наборов инструкций RISC-процессоров в свою очередь привело к тому, что их стало даже как-то неловко называть «сокращенными» – в сравнении, допустим, с CISC-процессорами предыдущих поколений.
По мере сближения процессорных архитектур все очевиднее становилось, что главным его бенефициаром является корпорация Intel. Семейство x86, прибавив в надежности и производительности, сохранило свои главные козыри – низкие цены, совместимость и удобство в использовании. И именно оно в итоге утвердилось на рынке серверов и приступило к освоению рынка HPC-систем, где прежде не хотели даже слышать о процессорах x86. А рынок настольных ПК, напротив, так и остался недоступным для RISC-процессоров.
Архитектурная школа RISC в целом оказалась не готова к натиску со стороны Intel, что и подтвердил «сход с дистанции» процессорных семейств, олицетворявших собой ее золотой фонд (Alpha, MIPS, PA-RISC). Но с дистанции сошли не все. Среди тех, кто остался, лучше других держалась корпорация IBM со своей архитектурой Power, которая постепенно превратилась в главного оппонента для x86-совместимых процессоров как на рынке серверов, так и в области HPC-систем.
Последний бастион?
Успехи Unix-серверов IBM на базе процессоров Power вывели корпорацию в бесспорные лидеры в этом рыночном сегменте. В 2001–2002 годах доля IBM на рынке Unix-серверов в денежном выражении составляла около 20%, что соответствовало третьему месту после Sun Microsystems и HP. А в четвертом квартале 2009 года, по данным IDC, она достигла 47,9%. При этом доля Unix-систем в общем объеме продаж на серверном рынке составила чуть менее 27%.
В рейтинге Top 500 процессоры Power присутствуют с самой первой его редакции – в июне 1993 года в нем было три машины на их платформе (лучшая – на 257-м месте). Правда, некоторые источники указывают, что все эти три системы, разработанные в немецкой компании Parsytec, на самом деле были построены на базе транспьютеров Inmos T805, а уже потом их вычислительный ресурс мог быть расширен за счет процессоров PowerPC. Всего же системам на основе различных RISC-процессоров в первом Top 500 принадлежало свыше 120 позиций, а доминирующее положение в нем занимали векторные системы. Расцвет популярности архитектуры Power в Top500 пришелся на 2000-й год, когда в ноябрьской редакции списка значилось уже 214 машин на ее основе, а первую строчку занимала система ASCI White (8192 процессора Power3/375 МГц), установленная в Национальной лаборатории им. Э. Лоуренса в Ливерморе.
За 17 лет существования рейтинга Top500 системы на основе архитектуры Power в общей сложности 13 раз значились в нем под №1, причем с ноября 2004 года по июнь 2009 года они непрерывно находились на вершине. Однако общее количество систем на базе процессоров Power в Top500 после 2000 года стало сокращаться. Поначалу это падение не связывали с компьютерами на базе Intel Xeon – тех еще вообще не было в списке. Затем темпы падения снизились, и в какой-то момент доля Power даже чуть выросла, а Xeon – немного уменьшилась. Но последовал очередной рывок Xeon, и всем остальным вновь пришлось отступить. В нынешней редакции Top500 архитектура Power представлена 52 системами, причем, помимо этих машин, лишь у четырех процессоры основного типа вычислительных узлов несовместимы с инструкциями x86.
Что обычно ожидает тех, кто бросает вызов корпорации Intel, хорошо известно. Отсюда и опасения за судьбу архитектуры Power вообще и Power7 в частности, высказывавшиеся до официальной премьеры Power7 и особенно усилившиеся после того, как в ноябре 2009 года появились сведения (чуть позже опровергнутые) о возможном прекращении работ над процессорами Cell. Могут ли эти опасения оправдаться? И не станет ли действительно Power7 последним представителем семейства Power? Когда в мае 2007 года дебютировал Power6, тоже, казалось бы, могли быть поводы для подобных волнений, но в итоге все обошлось.
Правда, общая картина тогда для производителей RISC-процессоров выглядела получше: еще не прекратились поставки серверов на базе PA-RISC, в Top500 фигурировала почти сотня систем на базе Power и даже три – на основе Alpha, и, хотя ситуация на рынке Unix-серверов была непростой – рынок стагнировал, мало кто предполагал, что объемы поставок RISC-систем к 2009 году могут сократиться на треть по сравнению с 2006-м. И тем не менее нельзя сказать, чтобы это заметно отразилось на разработке следующего поколения архитектуры Power.
Строго говоря, Power7 и сейчас не в одиночестве представляет RISC-процессоры в борьбе против тотальной экспансии x86 – по-прежнему, например, существуют вариации на тему SPARC, а в Oracle недавно подтвердили, что планы по созданию 16-ядерного процессора под кодовым названием Rainbow Falls пока остаются в силе. Так что окончательно списывать со счетов это направление процессорной школы пока преждевременно. Кроме того, есть архитектура ARM – одно из наиболее ярких явлений последнего времени в процессорной индустрии. Процессорам на ядре ARM все еще нет равных на рынке мобильных телефонов. А с недавних пор им прочат блестящее будущее и на рынке мини-ноутбуков, где они неизбежно столкнутся с Intel Atom.
В свою очередь Atom уже предлагали использовать в серверах, пусть и для домашних сетей. Глядишь, со временем и в сообществе ARM могут возникнуть такие идеи. Да и не собираются в IBM ставить во главу угла конкуренцию с Intel на процессорном рынке – во всяком случае, на словах. Напротив, в качестве потенциальных «жертв» в корпорации видят HP и Oracle. И недаром недавние колкие комментарии старшего вице-президента IBM Рона Адкинса в адрес HP, Sun и Dell соседствовали с заявлениями о полноте портфеля серверных решений IBM. Полнота эта, естественно, была бы невозможна без наличия в нем серверов на базе Intel Xeon. Не забывают в компании напоминать и о том, что их доля рынка x86-серверов в последние несколько кварталов росла практически непрерывно.
Динозавром здесь не пахнет
В IBM сделали немало, чтобы развеять опасения за судьбу процессоров Power, оформив их дебют непривычно агрессивной маркетинговой кампанией. «Мы все находимся под впечатлением от технических характеристик Power7 и деловой хватки, продемонстрированной IBM», – подчеркнул президент консалтинговой компании Sageza Group Клей Райдер. Однако вне маркетинга встает вопрос: а что может принести новое поколение архитектуры Power самой корпорации IBM? И первое, что приходит на ум, это рекорды производительности. С технологической точки зрения, по словам Райдера, Power7 можно считать формальным извещением конкурентам, что «почтенной архитектуре Power» никоим образом не угрожает в скором времени превратиться в вялого динозавра.
На сайте SAP, к примеру, был обнародован результат теста Sales and Distribution, имитирующего обработку заказов в ERP-системе в рамках типового сценария поставки товаров, имеющихся в наличии у продавца, для четырехпроцессорной системы IBM Power 750 (Power7 3,55 ГГц, AIX 6.1, СУБД DB2 9.7, пакет расширения SAP enhancement package 4 для приложения SAP ERP 6.0). Этот результат – 15 600 стандартных имитированных клиентов. Ни одному другому четырех- либо восьмипроцессорному серверу до конца февраля не удалось показать ничего подобного. На более высокие показатели выходили уже 32-процессорные RISC-серверы (на основе Power6 и SPARC64 VII) и 64-процессорные на основе двухъядерных Itanium 2, а для архитектуры x86 подобных результатов, сертифицированных SAP, не было вообще.
Примерно так же к началу марта 2010 года выглядела ситуация и с тестами SPEC CPU2006: лишь одну из многочисленных систем на основе процессоров Intel Xeon, показатели которых фигурировали в официальном списке, можно было сопоставить с четырехпроцессорными серверами на базе Power7. Для виртуального SMP-сервера, объединившего четыре двухпроцессорные системы Supermicro SuperServer 6026T-NTR+ на базе четырехъядерных Intel Xeon X5570 (Nehalem, частота 2,93 ГГц,) с помощью шины InfiniBand и ПО vSMP Foundation компании ScaleMP, индексы производительности SPECint_rate_base2006 и SPECfp_rate_base2006 составили соответственно 830 и 666. Показатели для сервера IBM Power 750 под управлением ОС AIX 6.1 в том же списке – 991 и 750. Превысить эти результаты оказалось под силу лишь 96- и 128-процессорным конфигурациям на базе Xeon X5570.
На фоне Power7 не особо блещут в тестах SPEC CPU2006 и процессоры Intel Itanium, и чтобы превзойти показатели IBM Power 750, требуются системы на основе Itanium 2, в которых установлено как минимум 32 двухъядерных процессора с 24 Мбайт кэш-памяти L3. А единственный обнародованный к марту 2010 года результат для системы на основе четырехъядерного процессора Itanium 9350, пусть и всего лишь двухпроцессорной, меркнет на фоне индексов производительности Power7, даже если предположить, что при увеличении в четыре раза суммарного количества вычислительных ядер в системе ее производительность вырастет тоже в четыре раза.
Как известно, процессоры серии Itanium 9300 (прежнее кодовое название – Tukwila), выполненные по технологии 65 нм, были представлены практически одновременно с Power7 (45 нм), и если их лобовое соперничество по производительности представляется сейчас маловероятным, то по соотношению цена/производительность они все же могут схлестнуться. Во всяком случае, некоторые из тех, кто поначалу с изрядной долей пренебрежения отзывались о процессорах Itanium 9300 как о «дорогих и горячих», теперь стали к ним более толерантными.
Максимальное расчетное тепловыделение (TDP) для Itanium 9350 составляет 185 Вт, а для новых Intel Xeon (Nehalem-EX, Westmere-EP) и AMD Opteron (Magny-Cours), по предварительным данным, этот параметр значительно ниже. К сожалению, в IBM предпочитают без особой надобности не указывать TDP для Power7, что затрудняет сопоставление с другими процессорами, и делают упор на энергопотреблении всей системы в целом. В частности, корпорация приводит данные тестов, согласно которым для «типичной» конфигурации двухпроцессорного сервера IBM Power 750 (процессоры Power7 с тактовой частотой 3,3 ГГц), включающей 16 модулей памяти DDR3-1067 и четыре 2,5-дюймовых SAS-винчестера, при «полной нагрузке» в ходе выполнения теста Linpack среднее энергопотребление составило 702 Вт при достижении производительности 363,9 GFLOPS.
С такой производительностью до июня 1996 года можно было занимать первое место в рейтинге Top 500, опережая лучшие системы того времени, в том числе – содержащие 2-3 тыс. процессоров. И в наши дни процессорам, выпущенным до марта 2010 года, тоже трудно тягаться по производительности с восьмиядерными Power7 – их технические характеристики оставляют процессорам предыдущих поколений призрачные шансы. По количеству вычислительных ядер и возможностям многопоточной обработки достойную конкуренцию Power7 могли бы составить разве что 65-нанометровые UltraSPARC T2 и T2 Plus, но они значительно уступают по тактовой частоте и объемам кэш-памяти. Кроме того, у Power7 имеется два четырехканальных контроллера памяти DDR3, а кэш-память L3 выполнена по технологии eDRAM, что позволяет в первую очередь экономить на размерах кристалла и энергопотреблении, но в данном случае, как уверяют в IBM, способствует и повышению производительности.
Вряд ли вызовет большое удивление, если, например, через некоторое время в IBM вновь выйдут на лидирующую позицию по результатам тестов TPC-C. Верхняя строчка в этом рейтинге до ноября прошлого года принадлежала 32-процессорному серверу IBM Power 595 (двухъядерные Power6/5 ГГц), и смещен на второе место он был кластерной системой из 12 четырехпроцессорных серверов Sun SPARC Enterprise T5440 (восьмиядерные UltraSPARC T2 Plus/1,6 ГГц).
Есть у IBM и надежда на возвращение первенства в Top 500, правда, не в ближайшее время: сдача в эксплуатацию системы Blue Waters намечена на 2011 год. Этот суперкомпьютер будет использоваться в Университете Урбана-Шампейн (шт. Иллинойс), и, как ожидается, его теоретическая пиковая производительность на первых порах должна составить около 10 PFLOPS, что в четыре раза выше, чем у суперкомпьютера Jaguar, занимающего сегодня первое место в Top 500. По предварительным данным, в качестве основного типа вычислительных узлов планируют использовать системы формфактора 2U с водяным охлаждением, выполненные на базе многокристальных модулей с четырьмя восьмиядерными Power7/4 ГГц. Материнские платы для них, возможно, будет производить компания Hitachi. Кроме того, в ходе ноябрьской конференции SC09 в Портленде представители IBM заинтриговали экспертное сообщество новой высокоскоростной технологией межузловых соединений, не вдаваясь, впрочем, в детали ее реализации.
Чудеса по отдельной смете
Сможет ли Power7 изменить расстановку сил на рынке? На это счет имеются некоторые сомнения. Трудно вообразить, что рынок Unix-серверов вдруг начнет быстро расти, и, каким бы выдающимся ни был Power7 с точки зрения архитектуры и производительности, прогнозировать по этой причине сколь-нибудь значительное ухудшение позиций Intel на рынке серверных процессоров возьмутся немногие, кто адекватно оценивает события в ИТ-индустрии. Чудеса в ней, конечно, бывают, но в данном случае на них уповать не стоит.
«Если заявленные характеристики будут подтверждены и не вскроются какие-либо проблемы при строительстве систем на основе Power7, можно предположить, что у процессора неплохое будущее на рынке», – считает старший аналитик IDC по корпоративным системам Александр Загнетко. По его мнению, говорить о том, что RISC-системы могут окончательно уйти с рынка, пока рано: существует пласт задач (в частности, у заказчиков из ряда государственных и оборонных отраслей), для которых архитектура x86 не может рассматриваться как реальная альтернатива RISC. И здесь, по словам аналитика, расклад сил определяют не cтолько технические характеристики решений, сколько экономическая составляющая.
За пределами этой ниши, однако, продолжается вытеснение RISC-систем, хотя теоретически они могли бы еще побороться на растущем рынке Linux-серверов. Кстати, работая под управлением SUSE Linux Enterprise Server, системы на основе Power7 порой демонстрируют более высокие результаты эталонных тестов, чем в тех же конфигурациях, но с ОС AIX. Однако ценовой фактор будет играть против такого сценария, в частности по той причине, что производители RISC-систем едва ли захотят отсечь своих собственных разработчиков ПО от одного из важнейших источников их доходов.
Ценовой фактор вообще традиционно играет против RISC-производителей – исключения из этого правила крайне редки. В противовес ему обычно выступает производительность, в случае с Power7 – не только сама по себе, но и в соотношении с энергопотреблением, об экономии которого сейчас в ИТ-индустрии говорится очень много. К тому же на сей раз и со сроками выпуска нового процессора у IBM все вышло очень даже неплохо.
Еще в сентябре прошлого года известный сингапурский ИТ-консультант и регулярный колумнист The Inquirer Небожа Новакович, предвкушая очередной виток процессорных войн и отдавая должное вычислительной мощи Power7, предполагал, что Intel опередит IBM и представит свой 45-нанометровый восьмиядерный Xeon 7500 для четырехпроцессорных конфигураций (Nehalem-EX) на полгода раньше, а в действительности вышло иначе. Но, появившись на рынке прежде одного из соперников, Power7 практически тут же получает двух новых – 32-нанометровый шестиядерный Xeon 5600 (Westmere-EP) и 45-нанометровый 12-ядерный AMD Opteron 6100 (Magny-Cours). Так, что если через какое-то время (скажем, в начале лета текущего года) вновь сравнить по производительности Power7 со всеми остальными процессорами, доступными на рынке, картина может оказаться уже не такой контрастной, как в начале марта.
* * *
Тем не менее, как бы ни сложилась дальнейшая судьба Power7, в одном можно быть уверенным совершенно точно – архитектура Power твердо стоит на ногах, и с очередным ее представителем другим фигурантам серверного сегмента рынка как минимум придется считаться. Чудеса при этом проходят по отдельной смете, но пока не доказано, что они в принципе невозможны.
Хроники Pentium
Главный архитектор микропроцессоров Pentium II, III и 4 рассказывает об организации работы конструкторских подразделений Intel и перипетиях вокруг CISC. http://www.osp.ru/os/2006/02/1156499
Power6 – итог сорокалетней эволюции
Инженерия – это сочетание научных знаний со знаниями, накопленными эмпирическим путем. Справедливость этого утверждения доказывает пример микропроцессора Power6, воплотившего в себе новейшие изобретения и опыт разработчиков, аккумулированный ими на протяжении десятилетий. http://www.osp.ru/os/2007/06/4337849
