Компьютеры -> Процессоры -> 64 бита - "народные" и не очень

64 бита - "народные" и не очень

С появлением полноценной 64-битной архитектуры IA-64 рынок серверов обрел нового лидера. Однако, несмотря на это, 32-битные решения не собираются сдавать своих позиций, радуя поклонников новыми расширениями. И потому вопрос, какой сегмент рынка достанется той или иной технологии, сегодня по-прежнему весьма актуален.

С появлением архитектуры х86 создатели первого микропроцессора на ее основе - i8080, и не помышляли об успехе, которого удалось добиться их детищу. Статистика говорит, что порядка 80% всего рынка серверов сегодня принадлежит решениям на базе архитектуры х86. Естественно, рынок серверов с данной архитектурой самый перспективный, и рост продаж здесь один из самых высоких в индустрии, причем стабильный. Идиллию нарушил 64-битный процессор архитектуры х86 компании AMD, в результате и разработчики, и производители устремились к новым высотам. И вот здесь вопрос: какие же именно 64 бита наиболее актуальны? - зазвучал совершенно по-новому. В самом деле, в актуальности 64-битных вычислений сегодня мало кто сомневается, а вот дебаты о пути достижения "новой разрядности" ведутся в последнее время все активнее. И если одним идея эволюционного, "народного" перехода претит, в силу накладываемых ею ограничений, то другие уже успели "обжечься" на экономических аспектах внедрения беспрецедентной производительности. Да и на двух стульях не усидеть. По-видимому, именно этим и осложняется ситуация, ведь недавно главный идеолог "революционного" пути - компания Intel - изменила свою позицию, объявив о поддержке 64-битных регистров в серверных процессорах архитектуры х86 нового поколения (Nocona), которые вот-вот выйдут на рынок.

Ну а если посмотреть на рынок повнимательнее, не трудно увидеть еще ряд архитектур. Впрочем, их перспективы невелики. Достаточно сказать лишь, что многие компании, изначально слывшие приверженцами RISC-концепции, объявили о своих планах делать ставки на новые идеи, иными словами - на post-RISC-процессоры. Речь идет, в первую очередь, о компаниях Sun и HP, которые анонсировали новые RISC-процессоры для своих серверов, но говорить о каком бы то ни было качественном прогрессе этих архитектур не приходится. Дело в том, что в новых процессорах предполагается не только использовать предыдущие шасси, но и включить в них все предыдущие разработки, за минимальным числом нововведений. Главная черта современных RISC-процессоров - двухъядерность - хотя и даст весьма ощутимый рост производительности, путь "идейного" развития названных архитектур вряд ли продлит. По сути, выпуск новых реализаций "старых" RISC-архитектур лишь подтверждает их близкую кончину. Кроме этого, HP - активный участник создания архитектуры IA-64, а Sun делает крупные ставки на процессоры AMD Opteron, отводя им главенствующую роль в спектре своих предложений на рынке решений среднего и нижнего ценовых диапазонов.

Об архитектуре MIPS в последнее время тоже ничего конкретного не слышно. Компания SGI, ее владелец, сегодня (как и HP) предлагает немало решений на базе Intel Itanium 2, разрабатывая для последнего собственные наборы логики. В итоге из "старой гвардии" остается только IBM со своей архитектурой Power. Однако сфера ее применения - верхний сегмент серверного рынка и мейнфреймы, так что о какой-либо "массовости" речи не идет.

Словом, в этой связи уместно лишь напомнить, что в 2003 году, ставшего рекордным для процессоров Intel Xeon и Itanium, доля мировых продаж серверов на базе архитектуры Intel впервые превысила долю серверных RISC-систем как по валу, так и в денежном выражении.

64 и ни битом меньше!

Итак, где же сегодня наиболее востребованы 64-битные платформы? На этот вопрос мы попытаемся ответить, обратившись к официальной информации производителей.

Конечно же, такая вычислительная мощность в первую очередь востребована в научных кругах. К примеру, серверы на базе процессора Intel Itanium 2 активно использует Институт вычислительной математики Российской академии наук (ИВМ РАН). Согласно оценкам специалистов института, новые компьютеры, тем более с учетом их кластеризации, способны сократить время, затрачиваемое на вычислительные расчеты, а также позволяют перейти к решению ранее недоступных задач. В ИВМ РАН применяется кластер с пиковой производительностью около 80 Гфлопс, который состоит из восьми двухпроцессорных вычислительных узлов rx2600 (изготовитель - HP) на базе процессора Itanium 2 с тактовой частотой 1,3 ГГц. Каждый узел располагает оперативной памятью емкостью 2 Гбайт и дисковой подсистемой емкостью 36 Гбайт. В качестве интерконнекта используется технология Myrinet2000.

Главной особенностью постановки и проведения научных разработок в институте является синтез математических и физических исследований. Продолжительность счета одного "модельного" года на однопроцессорной системе на базе Itanium 2 составляет двое суток. Таким образом, на один экспериментальный расчет на период до 100 лет затрачивается 200 суток реального времени. При использовании 16-процессорного кластера на базе Itanium 2, состоящего из восьми двухпроцессорных узлов, счет по распараллеленной версии программы дает ускорение примерно в 10 раз, то есть один столетний эксперимент может быть сосчитан примерно за 20 дней.

Другой пример, где использование систем на базе процессоров Intel Itanium 2 стало обычным явлением, - биллинговые системы операторов мобильной связи, а также энергетических и транспортных компаний. Самый свежий пример из этой области - телекоммуникационная компания "ПетерСтар", запустившая в эксплуатацию серверные системы на базе процессора Intel Itanium 2. Обе системы оснащены четырьмя процессорами Intel Itanium 2 с тактовой частотой 1,5 ГГц и оперативной памятью объемом 8 Гбайт, а также дисковыми подсистемами емкостью 3x73 Гбайт и 2x73 Гбайт соответственно. Они были поставлены компанией "АМТЭЛ". По словам директора отдела информационных технологий компании "ПетерСтар" Александра Федотова, "платформа на базе Itanium 2 удовлетворяет самым современным требованиям, предъявляемым к аппаратному обеспечению телекоммуникационной компании: демонстрирует высокие показатели стабильности и надежности работы, что особенно важно для операторов связи, реализующих услуги семь дней в неделю 24 часа в сутки, обладает отличной масштабируемостью. Данная платформа может быть использована и как сервер баз данных (Oracle), и как сервер приложений".

Третья группа заказчиков, для которой 64-битные вычисления наиболее востребованы, - финансовые учреждения. Например, недавно Альфа-Банк интегрировал в свою IТ-инфраструктуру платформу на базе процессора Intel Itanium 2. По словам представителей компании, внедрение серверов на основе Itanium 2 позволило ликвидировать проблемы, возникшие в банке в связи с резко возросшими требованиями к работе критически важных финансовых приложений, и достигнуть при этом значительной экономии средств. Являясь крупной многофилиальной структурой, Альфа-Банк располагает мощной IТ-службой, выполняющей функции поддержки всех бизнес-процессов банка. Одной из базовых систем управления инвестиционными потоками Альфа-Банка является профессиональная система OPICS, разработанная английской компанией Misys. Изначально OPICS была построена на основе СУБД MS SQL2000, ОС MS Windows Server 2000 и поддерживалась двумя четырехпроцессорными серверами на базе Intel Xeon. Рост инвестиционного бизнеса банка привел к тому, что система в имеющейся конфигурации перестала справляться с возрастающей нагрузкой: задержки в обслуживании пользователей временами достигали критической отметки, и это нужно было исключить. Анализ ситуации показал, что узким местом системы является не собственно производительность процессоров, а ограничения, присущие 32-разрядной архитектуре в части подсистемы памяти, не позволяющей эффективно использовать больше 4 Гбайт адресного пространства сервера. Объем базы данных системы превышал 9 Гбайт, ее использование было весьма интенсивным, что приводило к критической загрузке подсистемы ввода-вывода и, как следствие, к снижению общей производительности комплекса. В итоге Альфа-Банк принял решение о закупке кластера из двух четырехпроцессорных серверов HP rx5670 на базе Itanium 2 с тактовой частотой 1,3 ГГц и 3 Мбайт кэш-памяти L3 (объем оперативной памяти - 12 Гбайт). Это решение позволило банку обеспечить необходимый уровень надежности и отказоустойчивости системы, а также достаточный запас масштабирования при прогнозируемом возрастании нагрузки.

Конечно, эти примеры лишь небольшая часть, они описывают решения распространенных проблем. На сегодняшний момент в России в стадии реализации находятся свыше 60 крупномасштабных проектов по внедрению высокопроизводительных серверных систем на базе процессора Intel Itanium 2.

Плюс-минус 32 бита

Существуют диаметрально противоположные взгляды на варианты миграции к 64 битам, и до консенсуса, особенно в масштабах всей отрасли, еще очень далеко. К примеру, Олег Изумрудов, директор по развитию бизнеса MaxSelect считает, что, несмотря на ряд положительных результатов внедрения Intel Itanium 2, в том числе и на отечественных предприятиях, системы на базе 64-разрядной архитектуры Intel не популярны в России. "Причин здесь несколько, - говорит он, - первая - это неудачный опыт с первым поколением чипов, семейством Itanium. Крайне низкая производительность, программная эмуляция 32-битного режима и совершенно неадекватная стоимость обусловили неудачу Intel. Второе поколение обещает стать более удачным шагом Intel на 64-битном поле. Но пока говорить об этом рано. В тоже время AMD Opteron является более продуманным решением (прежде всего, из-за аппаратной совместимости с громадным количеством существующего программного обеспечения и одновременно превосходящей производительностью в грядущих 64-битных приложениях). Мы вывели на рынок серию серверов Advantage на базе процессоров AMD Opteron 2xx - это 1U-решения, предназначенные для монтажа в стандартные стойки. В новой серии Solo мы представили 5U-решения класса Pedestal, c великолепной масштабируемостью и возможностью монтажа в стандартные стойки 19 дюймов. Так же мы планируем представить серверы форм-фактора 2U. На наш взгляд, это весьма перспективные решения, которые обеспечат заказчику максимальную производительность на всем спектре задач уже сегодня и не потребуют дополнительных инвестиций при переходе к 64-битным приложениям". По мнению Олега Изумрудова, уникальность архитектуры AMD64 (x86-64) в том, что она обеспечивает плавный переход к формату 64-битных вычислений, при этом сразу используется вся текущая программная база, и в ближайшей перспективе на одном сервере смогут одновременно выполняться как существующие 32-битные приложения, так и 64-битные. "Продуманность серверной архитектуры AMD, ее масштабируемость, внушает оптимизм касательно перспектив платформы AMD64 в целом", - резюмирует он. Впрочем, не будем забывать: на рынке серверов, особенно среди систем среднего и высокого уровня, репутация производителя - главенствующий фактор при выборе решения. И здесь, несмотря на все инженерные и технологические достоинства, компания AMD для многих остается не более чем "новичком". Однако после того как серверы Sun перешли в нижнем и среднем ценовых сегментах на процессоры линейки Opteron, для компании AMD открылась дорога к вершинам А-бренд. Ведь сегодня даже Dell - важнейший партнер Intel - в частном порядке предлагает своим клиентам серверы на базе Opteron. Есть серверные решения на базе процессоров AMD и в линейках компаний IBM и HP. Что уж тут говорить об отечественных производителях? Например, Дмитрий Гриневич, технический директор ЗАО ТРИНИТИ считает, что перспективы серверной платформы AMD достаточно высоки, так как в силу русского менталитета хочется получить как можно больше, потратив как можно меньше. "Я не склонен прогнозировать скачкообразный рост продаж AMD Opteron, пока не буду уверен в высокой надежности таких систем и пока в нашей компании не появится серийного производства, - говорит он. - Естественно, от таких заказов мы отказываться не будем, но предупредим всех заказчиков о возможных проблемах".

Вопросы производительности

Как верно подметил технический директор DESTEN Computers Игорь Слепцов, хотя процессор AMD Opteron имеет 64-разрядную архитектуру, конкурентами данного процессора являются процессоры Intel Xeon, а не семейство Itanium: "Именно поэтому процессор Itanium 2 - продукт нишевый, в то время как Opteron - массовый, а значит, сравнивать уровень их производительности просто нелепо. Разумеется, провести измерения скорости обработки тех или иных видов вычислений, конечно же, можно, но что это даст? И AMD Opteron, и Intel Itanium 2 сегодня находятся на той стадии развития, что говорить о стабильном положении обеих платформ не приходится. Обе они пока еще молоды, методы их продвижения на рынок существенно разняться, да и сама ситуация на рынке подталкивает производителей действовать активно и агрессивно. Как следствие, проведенное нами стандартное тестирование покажет скорее "направление ветра" на рынке серверов, нежели реальную "метеорологическую сводку". Ведь если взять любую классическую серверную 64-битную архитектуру, которая годами доводилась разработчиками буквально до совершенства (подсистема памяти, принципы мультипроцессорного взаимодействия, оптимизация формата команд и т. д.), то, зная различия между разными поколениями решений на ее базе, можно с высокой вероятностью говорить о размере прироста быстродействия одного решения относительно другого. Но давайте обратимся к сравнению результатов быстродействия процессоров Itanium и Itanium 2, и вы сразу поймете, что не уместно сравнивать не только "неконкурентов", но и, казалось бы, родственные процессоры, разница между которыми "потянет" на новое маркетинговое имя.

Впрочем, от сравнения общепринятых показателей быстродействия мы все же не смогли отказаться, хотя и заранее знали, что выигрыш от использования post-RISC-архитектуры проявляется в расчетах, интенсивно использующих операции с плавающей точкой".

"По результатам наших внутренних испытаний, - утверждает Олег Кукушкин, управляющий директор группы компаний Arbyte, - системы на базе AMD Opteron не могут даже близко подойти к тому, что удается получить от Intel Itanium в инженерных и геофизических расчетах. Однако системы на Intel Itanium очень критичны к тому, насколько тщательно проведена оптимизация программного кода под IA-64".

Подтверждают это и испытания, проведенные независимыми экспертами мирового уровня, в профессионализме которых сомневаться не приходится. Так, Совет инженерных и физических наук Великобритании (Engineering and Physical Sciences Research - ERSRC) провел тестирование базовых широкодоступных образцов вычислительной техники, выполненных лидерами IТ-рынка. В качестве тестовых задач применялись числовые расчеты задач молекулярной динамики методом Монте-Карло, а также решения многомерных нелинейных уравнений. При этом за "единицу вычислительной мощности" была выбрана Unix-система IBM pServer 690 (Power 4+ 1,3 ГГц). Измерения показали, что сегодня наиболее мощным из широкодоступных коммерческих систем является сервер HP Integrity RX5670 на базе Itanium 2 1,5 ГГц, продемонстрировавший производительность на уровне 1,7 относительно точки отсчета. Другие системы на базе Itanium 2 с меньшими частотами также не опускались в рейтингах тестирования ниже 1,4. Что касается системы на базе процессоров Opteron 848 (2,2 ГГц), ее производительность составила 1,28 относительно IBM pServer 690. Примерно на таком же уровне результаты системы IBM с использованием процессоров Pentium 4.

Другой, весьма объективный пример превосходства "революционной" 64-битной архитектуры - тестирование обработки запросов по методике TPC (Transaction Processing Performance Council). В этом тесте преимущество систем на базе Intel Itanium 2 столь высоко, что в первой десятке конкурные решения просто отсутствуют.

Итак, из всего сказанного можно сделать простой и лаконичный вывод. Если вам требуется беспрецедентная производительность, как говорится, любой ценой, можно смело обращаться к системам на базе Intel Itanium 2, благо проблем с программным обеспечением не будет. Аппаратная надежность решений Intel также не вызывает сомнений.

А при необходимости обработки крупных объемов данных, выходящих за рамки возможностей (предел оперирования памяти 4 Гбайт) традиционной архитектуры х86 и ограничениях бюджета, следует обратить внимание на ее современные расширения. Тем более что и в решениях Intel вскоре появятся расширения х86-64, а значит, можно не беспокоиться и о репутации поставщика.

Приложение. 32 бита в формате Intel Itanium 2

Автор: Валентин Седых
Источник: www.electronica.finestreet.ru