Do nitra Opteronu

22. duben 2003 se stal pro kalifornskou společnost AMD mezníkem zhruba stejně významným jako den otevření její továrn...


22. duben 2003 se stal pro kalifornskou společnost AMD mezníkem zhruba stejně
významným jako den otevření její továrny Fab 25 v saských Drážďanech, v té době
vůbec nejmodernější polovodičové výrobny na světě. Na trh byl totiž uveden
Opteron, první 64bitový čip AMD, jehož cíle jsou nepřehlédnutelné: zasáhnout
lukrativní serverový trh a pevně se na něm usadit.
Vzhledem k několika žralokům ve vodách serverů a pracovních stanic to ovšem
rozhodně nebude mít lehké. O své místo totiž budou urputně bojovat jak čipy
Alpha od HP, tak Power od IBM, ale především největší rivalové z dílny Intel
32bitový Xeon a 64bitové Itanium 2. A to je konkurence z nejsilnějších.

Pozicování Opteronu
Opteron je na trhu dostupný v modelech určených pro dvou a čtyřprocesorové
servery. Uživatelé si už musejí jen určit operační systém (OS). Microsoft uvedl
hned na druhý den po Opteronu nový Windows Server 2003, na podporu nového čipu
AMD zatím jaksi pozapomněl. Ta by měla být oficiálně k dispozici až v průběhu
léta v prvním Service Packu, což je mimochodem důvod, proč systémy od Rack
Saveru budou distribuovány k zákazníkům až na konci letošního října.
Stejně tak, tedy přibližně v polovině roku, Microsoft odhaduje dostupnost
betaverze Windows Server 2003 AMD64, která bude určena speciálně pro Opterony v
64bitovém režimu. V tomto směru je ale podpora Intelu ze strany Microsoftu
mnohem intezivnější, neboť jak Windows Server 2003, tak například i Microsoft
SQL Server 2000 Enterprise Edition už své verze navržené speciálně pro
architekturu Itania mají a úspěšně provozují.
Naopak ze strany Linuxu je slyšet hlasité ANO jak AMD, tak i Opteronu. Vždyť
SuSE i Mandrake už své distribuce nabízejí, Red Hat jasně vyjádřil podporu, a
to nejen v oblasti samotného Linuxu, ale také webového serveru Apache. Stejně
tak společnost MySQL AB uvedla na trh 20. května svou verzi databázového
serveru MySQL pro Opteron. O UnitedLinux, Slackware či Debian není třeba mít
obavy, všechny tyto distribuce budou Opteron dříve nebo později také
podporovat, a umožní tak zákazníkům dostatečnou volbu alespoň v oblasti Linuxu.
Zajímavá je podpora ze strany firmy IBM, která v podstatě jako jediný hráč z
velkých serverových výrobců prohlásila, že bude Opteron implementovat ve svých
strojích. Je pravděpodobné, že servery s čipy od AMD budou tvořit v nabídce IBM
novou řadu, která bude prodávána paralelně se stávajícími systémy založenými na
procesorech Intel. Ani softwarová divize Big Blue nezůstává pozadu a už nabízí
DB2, která je na platformě Linux zřejmě nejrozšířenějším databázovým systémem,
ke stažení ve formě betaverze.
O výkon samotného Opteronu není třeba mít obavy. Nezávislé testy institucí
Standard Performance Evaluation Corporation (SPEC) i Transaction Processing
Performance Council (TPC-C) prokázaly, že je tento procesor zdatným
konkurentem, a pokud by šlo pouze o výkon či cenu za transakci, pak by na trhu
rozhodně mohl uspět. Vždyť podle TPC-C je pouze čtyřprocesorový QuatreX-64 4P
Opteron 844/32GB server od Rack Saveru ve výkonovém žebříčku neclusterových
systémů na velmi dobrém 37. místě, přičemž je porážen stroji typu IBM eServer
xSeries 440 c/s se 16 Xeony MP nebo HP rx5680, který pohání čtveřice výkonných
Itanií 2 od Intelu.
Důležité je ale to, že mezi čtyřcestnými x86 servery, které jsou reprezentovány
zejména stroji s Xeony MP (jako je například Dell PowerEdge 6650/4/2.0Ghz/32GB
nebo HP ProLiant DL580-G2/2GHz 4P), vítězí nejen svým výkonem 82 226,46 TpmC,
ale především velmi nízkou cenou za transakci. Tou lze Opteron srovnávat snad
jen s jednoprocesorovými servery postavenými na bázi čipu Intel Xeon, jako je
například HP ProLiant ML380G3-1P či IBM eServer xSeries 225/2,4GHz/1P. Ve
čtyřprocesorovém světě středních serverů je cena transakce opteronového systému
od Rack Saveru zcela bezkonkurenční, a to je významný faktor, který bude
nepochybně ovlivňovat zájem zákazníků.
Hlavním konkurentem Opteronu je Intel Xeon, který prakticky dominuje trhu x86
serverů. Na rozdíl od Xeonu ale Opteron může pracovat také v 64bitovém režimu,
což mu umožňuje, stejně jako Itaniu, provozovat aplikace pracující s velkými
datovými objemy, jako jsou dabázové servery, vědecké enginy či analytické
systémy. Vzhledem k 48bitové sběrnici a 64bitové vnitřní architektuře je
schopen adresovat až 1 024 GB operační paměti a 256 TB paměti virtuální. To už
je dostatečná porce, která dává možnost portovat některé úkoly na novou
platformu AMD bez větších problémů s funkčností a výkonem.

Pracovní režimy Opteronu
Opteron byl už od počátku koncipován jako procesor schopný zvládnout jak
64bitové, tak i 32bitové úlohy plnou rychlostí. Za jeho základ byl vzat
oblíbený a prověřený 32bitový Athlon, jehož funkčnost byla rozšířena o 64bitové
registry a větší šířku adresové sběrnice. Zároveň byly do čipu přidány některé
další komponenty, jejichž cíle jsou dva: zvýšit výkon a umožnit snadnou a
efektivní práci v režimu SMP.
32bitový (Legacy) režim je sám o sobě velmi důležitý. Jednak umožňuje
provozovat stávající aplikace, operační systémy a prakticky veškeré ovladače,
které jsou kompatibilní s x86, tedy Xeonem, na plném taktu procesoru bez
jakéhokoliv postihu v oblasti výkonu. V případě malých serverů se také může
hodit fakt, že v Legacy režimu není problém zavést například DOS či jakákoliv
Windows a úspěšně pracovat například na záchraně dat i v momentě, kdy došlo k
nějakému zásadnímu poškození stávajícího operačního systému. V Legacy režimu
tedy pracuje Opteron identicky jako 32bitový Xeon a také to může být například
při migraci serveru na novou hardwarovou platformu podstatné.
Pro zákazníky, kteří nehodlají svůj systém svěřit pod taktovku některé z
distribucí 64bitového Linuxu, může být po poměrně dlouhou dobu Legacy mód
jedinou možností, jak provozovat na svém serveru Windows-based operační systém,
a to včetně Win32 serverových aplikací. I tak ovšem budou moci využít plné
rychlosti procesoru výkonnostní postih proti plně 64bitové platformě bude
většinou zcela nevýznamný.
Naproti tomu v 64bitovém, tzv. Long režimu, systém nastartuje s využitím všech
výhod 64bitové platformy. Začnou být k dispozici 64bitová rozšíření systémových
registrů, tedy dočasných úložišť pro operandy a paměťové odkazy, je možné
adresovat až terabajt fyzické paměti. Long mód je aktivován 64bitovým operačním
systémem, ale bude-li to umožněno samotným OS, není po hardwarové stránce
problém provozovat i 32bitové, a dokonce i 16bitové aplikace, které nemusejí
ani zaznamenat, že ve skutečnosti běží na 64bitové platformě v 64bitové režimu.
To ve své podstatě umožňuje velmi pozvolnou a plynulou výměnu serverových
aplikací z 32 na 64 bitů při zachování plné schopnosti práce a vysokého výkonu
po celou dobu přechodného stadia.
Klíčovým způsobem je tedy možné šetřit výdaje za IT infrastrukturu a současně
také, díky praktickému ukrytí 64bitového režimu pro 32bitové aplikace, se
nemění ani status technické podpory ze strany výrobců 32bitových aplikací
běžících na opteronových serverech.
Konkurenční procesory řeší kompatibilitu se stávajícími x86 programy
softwarovou emulací 32bitového režimu, což ale přináší nezanedbatelnou ztrátu
výkonu. V praxi je x86 režim u většiny 64bitových procesorů použitelný pro
servisní úlohy a další aplikace dočasného charakteru či marginálního významu,
ale rozhodně ne jako standardní režim.
Například Intel oznámil, že vyvíjí novou verzi emulátoru 32bitového prostředí
pro Itanium, která by měla být schopná dosáhnout výkonu srovnatelného s 1,5GHz
Xeonem. To je ale jen zhruba polovina rychlosti nejvýkonnějších Xeonů či Pentií
4 a lze předpokládat, že emulátor sám bude pro Itanium citelnou zátěží, takže
se zmenší výkon systému dostupný v té době běžícím 64bitovým aplikacím. Také
například na Linuxu či Windows řady NT lze emulovat x86 s využitím možností
projektu Bochs, který je možné provozovat na různých typech procesorů. V každém
případě je dokonalá softwarová emulace na nekompatibilním hardwaru nedostižnou
metou, takže pokud Intel nepřipraví nějaké hardwarové změny v budoucích
procesorech (například implementací technologie Yamhill), má v tomto směru AMD
výrazně navrch.

Technologické novinky
Pomineme-li kompatibilitu s x86 procesory, nabízí inovovaná architektura
Opteronu řadu nových řešení, jejichž cílem je zvýšení výkonu a lepší spolupráce
několika čipů ve víceprocesorovém řešení. Hlavním rozdílem oproti konkurenci je
integrace paměťového řadiče a v podstatě také řadiče systémové sběrnice přímo
do jádra procesoru. Výsledkem v případě duálního DDR paměťového kontroléru je
významné zrychlení přístupu do paměti, tedy snížení latence, a vysoká trvalá
přenosová rychlost. Na straně systémové sběrnice se u Opteronu objevuje
HyperTransport, tedy moderní sériové rozhraní, které je možné frekvenčně i
datovou šířkou do budoucna dále škálovat.
Obě dvě tyto technologie nejsou samoúčelné, ale mají klíčový význam při SMP
režimu spolupráce dvou nebo čtyř a do budoucna až osmi Opteronů na v jednom
serveru. S využitím Memory Crossbar Controleru (XBAR) může totiž jakýkoliv z
procesorů vstupovat do paměti kteréhokoliv jiného čipu pouze s minimální
latencí, a tedy i výkonovou penalizací. Naopak dedikovaná paměť, která je přímo
spojená vždy se "svým" procesorem, je výhodou v případě, že dochází k přístupu
paralelně. Na rozdíl od Xeonu s pevnou šířkou paměťové sběrnice se v případě
Opteronu jednotlivé datové toky sčítají, a tak je možné dosáhnout celkového
paměťového výkonu teoreticky až 21,6 GB/s na čtyřprocesorovém systému, přičemž
samotný Opteron disponuje přenosovým výkonem 5,4 GB/s při použití pamětí
DDR333. To je oproti Xeonu s 3,2 GB/s významným rozdíl, který se podílí na
výkonové výhodě Opteronu. V případě víceprocesorových serverů postavených na
Xeonu je řada systémových komponent sdílena, což ve výsledku opět přináší vyšší
výkon na straně Opteronu.
Sběrnice HyperTransport není použita pouze k propojení jednotlivých procesorů
mezi sebou, ale také jako standardní systémová sběrnice nahrazující Front Side
Bus (FSB). Zatímco FSB bývá připojena k paměťovému kontroléru, který je dále
proprietárním rozhraním spojen s periferním kontrolérem, je HyperTransport
řešením dovolujícím mnohem víc. Místo jasně nastavených funkcí jednotlivých
bloků na desce umožňuje vytvářet point-to-point tunely, které jsou obdobou
dnešní sběrnice AGP či zmíněného proprietárního spojení s kontrolérem
periferií. Výhodou tohoto řešení není jen vysoká rychlost, ale také nižší cena
a v neposlední řadě i snadná škálovatelnost. Rovněž Intel má ale velmi podobnou
technologii (PCI Express), i když jí zatím nesvěřil tak klíčovou pozici ve
svých konceptech jako AMD v Opteronu.

Nejen výhody
Jsou však i parametry, ve kterých Xeon a pochopitelně i Itanium stále vedou.
Zejména pomalejší přístup do vyrovnávací paměti (cache) přímo na čipu může za
určitých okolností znamenat při provádění aplikací nepříjemný problém. AMD si
bylo tohoto faktu vědomo, a tak vývojáři vybavili Opteron dostatečným množstvím
cache, aby mohl snadněji konkurovat oběma čipům od Intelu. Výsledkem toho jsou
ale vyšší výrobní náklady a energetická spotřeba procesoru. Naopak větší plocha
čipu může mírně vylepšit podmínky chlazení, i když je faktem, že kovový
rozptylovač tepla, který si v Opteronu odbude u AMD svou premiéru, má pro
termální management i pro fyzickou ochranu čipu před poškozením mnohem větší
význam.
Z některých testů vyplývá také slabší výkon FPU jednotky při práci s plovoucí
desetinnou čárkou, než mají konkurenti Opteronu. To je obzvlášť nepříjemné u
vědeckých či technických výpočtů a také při zpracování digitálního obsahu,
jakým je například video.
Uvedení Opteronu na trh není samo o sobě nějaký převratem pro celý IT průmysl,
ale v oblasti malých a středních serverů (a v budoucnu také pracovních stanic)
může za čas hrát vlajková loď od AMD významnou roli. Přesto si však jak Intel,
tak další hráči na serverovém trhu své pozice zřejmě udrží, zvlášť s ohledem na
nové technologie, kterých se v jejich budoucích procesorech dočkáme. Například
o dalším kroku, kterým jsou dvounebo vícejádrové čipy, hovoří Intel už více než
dva roky.









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