Bipolární nebo CMOS technologie výroby procesorů?

Právě tuto otázku si před několika lety musela položit většina firem operujících na trhu mainframů. IBM se jako prv...


Právě tuto otázku si před několika lety musela položit většina firem
operujících na trhu mainframů. IBM se jako první rozhodla opustit bipolární
technologie a začala osazovat své systémy procesory CMOS. Za ní postupně
následovaly ostatní velké firmy jako Hitachi (v Evropě Comparex), Fujitsu nebo
Amdahl. A čas ukázal, že to byl krok správným směrem.
Historicky dříve používaná bipolární technologie má značné nároky na plochu (až
40 čtverečních metrů) i na spotřebu elektrické energie (desítky kW). Jedná se o
velké systémy, které byly právem označovány jako sálové počítače (respektive
ještě jsou, protože řada firem je dnes ještě používá). Rovněž vysoké jsou
náklady na chlazení (nejvýkonnější systémy byly chlazené vodou) a na
klimatizaci. Proč tedy byly bipolární technologie donedávna ještě tak široce
používá-ny? Protože nabízely větší výkon a vysokou spolehlivost.
Právě na sklonku minulého roku byla i tato poslední výhoda překonána a čtvrtá
generace procesorů CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) přinesla
stejný výkon jako u nejvýkonnějších bipolárních procesorů IBM 9021-H5.
Každoroční třiceti až čtyřicetiprocentní nárůst výkonu CMOS procesorů a zároveň
velice krátká doba mezi uváděním nových generací procesorů na trh, je tou
nejlepší odpovědí na nedůvěřivé otázky zastánců bipolární technologie. Střední
doba mezi poruchami (MTBF) se pro CMOS zařízení pohybuje okolo 20 let, ve
srovnání se 7 lety u bipolárních systémů. Jedním z nejvýznamnějších vnějších
projevů procesorů vyrobených technologií CMOS je zanedbatelná produkce tepla,
která je až o 95 % nižší ve srovnání s předchozí bipolární technologií. To má
za následek obrovské snížení celkově spotřebované elektrické energie a potřebné
půdorysné plochy vlastního serveru (1 m2). Využití technologie CMOS přineslo
navíc i snížení nákladů na pořízení a provoz mainframů.
Ale jak to vůbec vypadá se skutečným výkonem těchto systémů a jaký bude jejich
další vývoj? Při bližším prozkoumání posledních oznámení těchto tří hlavních
výrobců mainframů vycházejí na světlo některé zajímavosti. Poslední čtvrtá
generace systémů IBM má menší výkon, než se původně předpokládalo a proto by
Amdahl rád převzal výkonové vedení v technologiích CMOS. A za druhé, Amdahl i
IBM předkládají prohlášení o budoucím vývoji, který má přinést do roku 2000
stejný výkon systémů CMOS, jaký bude mít v té době Hitachi Skyline. Ten je
založený na hybridní technologii Advanced CMOS-ECL (ACE), což je typ bipolární
technologie umožňující dosáhnout větších výkonů než dnešní systémy CMOS.
IBM očekává, že jeho CMOS--98 bude mít o 50 % větší výkon než současný H5,
CMOS-99 až dvojnásobný a CMOS-2000 trojnásobný. To by znamenalo pro
jednoprocesové systémy asi 185 MIPS a u nejvýkonnějších (top-end) systémů až 1
500 MIPS dosažených v roce 2000.
Co to ale znamená 185 MIPS je to hodně, nebo málo? Je známo, že 1 MIPS (milion
instruction per second) je milion instrukcí za sekundu, z čehož plyne, že čím
více má systém jednotek MIPS, tím je výkonnější. Pro praktické použití při
výběru systému bude asi důležitější cena za jeden MIPS. Často se také používá
celkový počet prodaných MIPS za určité období, nebo v určitém segmentu trhu.
Současná poslední generace IBM 9672 CMOS procesorů (60-430 MIPS) integruje na
ploše o rozměrech 17 x 17 mm téměř 8 milionů tranzistorů. Každý procesor má
interní 64kB cache L1, 384kB cache L2 a společně sdílejí 2MB cache L3.
Maximální konfigurace jednoduchého systému (bez parallel sysplexu) je 10
procesorů běžících na frekvenci 370 MHz.
Amdahl v současnosti nabízí systémy Millennium GS-500 (120-300 MIPS) s
procesory využívajícími 0,35 mm CMOS technologie Fujitsu, která umožňuje na 1
čipu o rozměrech 16 x x 16 mm umístit 800 tisíc hradel. 8 speciálních čipů
tvoří dohromady jednu CPU o rozměrech 67 x 67 mm a výkonem 45 MIPS. Systémová
deska obsahuje 8 CPU a dále 8 MB paměti cache L2 na každou CPU, přičemž je
umožněno dynamické sdílení těchto 8 pamětí všemi CPU. Tato hierarchie vede
jednak k příznivému MP faktoru (Multiprocessing) a také představuje výkonný
nástroj pro zpracování velkého objemu on-line transakcí. Architektura systémové
desky je navržena tak, že je na ní vždy všech 8 CPU, přičemž nezakoupené CPU
jsou přechodně blokovány.
Nový model Millennium GS--700 měl být původně představen koncem loňského roku,
současně s IBM 9672. Ovšem skutečné oznámení proběhlo až začátkem února 1998 a
nové modely Millennium 700, založené na 80-MIPS procesorech, dosahují výkonu až
686 MIPS u 12procesorové verze. Tímto krokem Amdahl získal výkonové vedení v
oblasti CMOS, ale prozatím trochu imaginární, protože nové systémy zatím nejsou
na trhu dostupné. Navíc IBM nechce zůstat pozadu a chystá se uvést na trh 5.
generaci svých systémů, která by měla mít srovnatelný výkon. A Hitachi tomuto
souboji jenom mlčky přihlíží se svými superservery Skyline o výkonu 150-1 000
MIPS. Souboj mezi CMOS a bipolárními systémy tedy ještě neskončil.
8 0387 / ram









Komentáře
K tomuto článku není připojena žádná diskuze, nebo byla zakázána.