Procesory s více jádry přinesou potřebný výkon

Dosažení růstu výkonu je základním úkolem návrhářů nových procesorů. Ke splnění tohoto cíle je používána ř...


Dosažení růstu výkonu je základním úkolem návrhářů nových procesorů. Ke splnění
tohoto cíle je používána řada technik, mezi nimiž dosud kraloval růst frekvence
a zvyšování objemu vyrovnávací paměti. Protože však další zvyšování kmitočtu
naráží na fyzikální hranice a růst cache už zjevně nemůže pro řadu aplikací
přinést další zvýšení výkonu, obracejí se návrháři procesorů novým směrem k
instalaci většího počtu procesorových jader na jeden čip.

V roce 1971 Intel dokončil svůj první mikroprocesorový čip s číselným označením
4004. Tento čtyřbitový procesor pracoval do frekvence 104 kHz a obsahoval 2 300
tranzistorů. Od té doby počet tranzistorů a taktovací frekvence roste a
přibližně každých 18 měsíců se výkon procesorů zdvojnásobí. Tak, jak to
předvídal Gordon Moore, jeden ze zakladatelů Intelu. Dnes je však stále
obtížnější a dražší zvyšovat rychlost procesorů a současně je ochránit proti
přehřátí. Návrháři čipů tak používají mnoho technik k tomu, aby vyzískali z
procesorového čipu vyšší výkon i bez zvýšení jeho taktovací frekvence. Tyto
techniky zahrnují multithreading, odhad větvení programu i chytřejší využívání
rychlé vyrovnávací paměti. Ale nejperspektivnějším přístupem se zdá být
instalace více než jednoho procesorového jádra na jeden čip. V roce 2001
představila společnost IBM první běžný čip s duálním jádrem Power4, jež použila
pro své servery řady IBM eServer pSeries a iSeries. Počátkem loňského roku
firma Sun Microsystems začala dodávat své UltraSparc IV se dvěma jádry pro
servery série Sun Fire V a Hewlett-Packard přestavil svůj vlastní procesor se
dvěma jádry PA-RISC 8800. Společnost Advanced Micro Devices reagovala v
polovině loňského roku předvedením svého 64bitového procesoru Opteron
založeného na architektuře x86 se dvěma jádry. Intel následně oznámil své plány
na produkci dvoujádrových procesorů Montecito založených na technologiích
procesorů Itanium
2.

Řada výhod
Výrobci čipů tvrdí, že do dvou let bude většina procesorových čipů pro desktopy
i pro servery obsahovat dvě nebo více procesorových jednotek. Argumenty pro
tento vývoj jsou skutečně pádné. Čip se dvěma paměťovými jádry může poskytovat
dvojnásobný výkon oproti čipu s jediným jádrem při vynaložení mnohem nižších
nákladů, než jsou zapotřebí k instalaci dvou samostatných čipů s jedním jádrem.
Komunikace mezi dvěma procesory je rychlejší, když jsou umístěny na jediném
čipu, a sdílení rychlé vyrovnávací paměti (cache) může výrazně zvýšit účinnost
zpracovávání dat. Procesory se dvěma paměťovými jádry rovněž zaberou méně
místa, spotřebují méně energie a generují méně tepla než dva zcela samostatné
procesory.

Konfrontace s realitou
Výrobci prohlašují, že čipy s více paměťovými jádry jsou vhodné pro transakční
zpracovávání, pro databázové a vědecké aplikace. "Zřejmě je férové uvést, že
reálný nárůst výkonu se pohybuje mezi 40 a 80 %," konstatuje Kevin Krewell,
šéfredaktor newsletteru Microprocessor Report a analytik In-Stat/MDR. "Přitom
jsou méně efektivní u strojů určených pro jedinou aplikaci a u aplikací, kde
příkazy nelze rozdělit do paralelních toků," dodává. Vzhledem k tomu, že počet
tranzistorů na jednom čipu se i nadále každých 18 měsíců zdvojnásobuje, mění se
způsob využití této přídavné kapacity. "Jedná se o skutečný konec hodnocení
výkonu podle taktovacího kmitočtu," tvrdí Krewell. "Když bude k dispozici více
tranzistorů, budete se snažit zvýšit počet příkazů za cyklus? Nebo zvolíte jiný
postup? Mnoho lidí se domnívá, že jsme se v této oblasti dostali až k hranici
daných možností," říká Krewell. Proto se další tranzistory použijí k vybudování
druhého procesoru a umožní tak paralelní zpracovávání dat. A často také ke
zvětšení vyrovnávací paměti. Koncem loňského roku například společnost Intel
oznámila zrušení svého plánu na podporu frekvencí od 3,6 GHz do 4 GHz u svého
čipu Pentium 4 ve prospěch zvětšení rychlé vyrovnávací paměti (cache) na jednom
čipu.

Problémy na cestě
Výrobci dnes pracují na návrzích, které by sahaly ještě dále až za dvě jádra
ale současně čelí několika výzvám. Jedním z problémů je skutečnost, že při
současných velikostech prvků polovodičových obvodů na úrovni 130 a 90
nanometrů, je umístění více než dvou jader na jediný čip obtížné. Ale čipy se
čtyřmi nebo více jádry by se měly stát běžně dostupnými, jakmile se výroba
přesune k 65nm technologii. V Sunu již pracují na čipu s více paměťovými jádry.
Čip Niagara založený na 90nm technologii a očekávaný v roce 2006 bude obsahovat
osm jader a podporovat systém Solaris. "Čip Niagara je zamýšlen pro webové
servery první linie. Těm například umožní efektivně reagovat na množství
současných vyhledávání ze strany uživatelů najednou," říká Marc Tremblay,
hlavní architekt procesorů ve společnosti Sun. "Dalším problémem u čipů s více
jádry je software," upozorňuje Krewell. Pro efektivní využití mnoha procesorů
současně musí podle něj odvést značnou práci i použitý operační systém.
"Windows XP se umějí rozumně vyrovnávat se čtyřnebo osmibitovými systémy, ale
již se nebudou schopná vyrovnat s jejich 16nebo 32bitovými následovníky," říká
Krewell. A pak jsou tu také záležitosti týkající se licencí. "Licence mohou u
procesorů s dvojitým jádrem dřívější uživatele skutečně zaskočit," tvrdí
Krewell. Mnoho dodavatelů poskytuje licence podle množství procesorů. Dosud
každá generace CPU zvyšovala i taktovací kmitočty procesorů, často se
zdvojnásobením výkonu, aniž by to mělo dopad na náklady na software. Pokud
příští generace zdvojnásobí výkon přidáním druhého paměťového jádra procesoru,
zdvojnásobí se mnohdy i náklady na licence k softwaru. Různé firmy se však k
tomuto problému stavějí různě (viz text v rámečku na této straně).
"Vzhledem k tomu, že čipy s duálním procesorem se během příštích dvou let
stanou normou, snaha dodavatelů softwaru o účtování za každé paměťové jádro by
mohla ztroskotat," předvídá Krewell. "Zatraktivnilo by to totiž dále otevřený
software jako je Linux nebo MySQL a mohl by tak nastat další posun k pořizování
tohoto typu produktů," dodává. Jak tomu bude ve skutečnosti, by se mělo ukázat
již během příštích 24 měsíců.

Procesory s více jádry
n Co to je? Křemíkové čipy s více než jednou procesorovou jednotkou, z nichž
každá je navíc zpravidla schopna vykonávat více větví programu současně. Mnohdy
má rovněž každý subprocesor svou vlastní vyrovnávací paměť. n Jaké mají výhody?
Procesory s více jádry nabízejí výkon více procesorů, ale s nižšími náklady, na
menším prostoru a s nižší spotřebou energie než dva separátní procesory o
jediném výkonném jádru. n Jaké mají nevýhody? Procesory s několika jádry
nabízejí menší přínos pro stroje provádějící v jednom okamžiku pouze jedinou
aplikaci nebo software, který neumožňuje paralelní provádění příkazů. Navíc
sice nabízejí úspory v nákladech na hardware, ale uživatelé mnohdy zaplatí více
za softwarové licence. n Jaké mají optimální uplatnění? Cílové aplikace
zahrnují zpracovávání transakcí, databázové a vědecké aplikace.


Jak je to s licencemi na software
Příchod čipů s více procesorovými jádry vyvolal řadu spekulací o způsobu
licencování softwaru pro jimi vybavené počítače. Cena licence totiž dosud běžně
závisela na počtu procesorů a čipy s duálním jádrem se softwaru jeví jako dva
samostatné procesory.
Zákazníci, kteří si pořídí procesory se dvěma jádry od Intelu nebo AMD, si ale
například podle představitelů Microsoftu nebudou muset kupovat další licence na
jeho software. "Microsoft bude posuzovat procesory s jedním nebo více jádry,
jakoby se jednalo o jediný procesor," říká Cori Hartjeová, ředitelka marketingu
a celosvětové koordinace udílení licencí a stanovování cen společnosti
Microsoft. "Pokoušíme se tím našim zákazníkům umožnit přechod na tuto novou
technologii, aniž by museli platil přirážku k nákladům na software," dodává.
Uvedený postoj znamená, že zákazníci, kteří si zakoupí řadu produktů Microsoftu
licencovaných na základě počtu procesorů, včetně například SQL Serveru a
BizTalk Serveru, nezažijí náhlý skok v licenčních poplatcích, když se přesunou
k procesorům s duálním jádrem. Licenční politika vzhledem k produktům jako
Windows Server 2003 nebo Exchange Server, které pokud jsou používány u systémů
s více než čtyřmi procesory vyžadují nákladnější podnikové licence, se podle
Hartjeové nemění. "Mohli byste tak samozřejmě používat čtyři procesory s
duálními jádry a stále využívat Standard Edition," vysvětluje.
Stejně jako Microsoft se k vícejádrovým procesorům staví také například
společnost Red Hat.
Opačný přístup
Licenční politika společnosti Oracle naopak posuzuje čipy s duálními jádry,
jakoby se jednalo o dva samostatné procesory. "Jádro je rovno jednomu CPU, a
všechna jádra vyžadují licenci. Budeme tedy od vás požadovat, abyste měli
licence ke dvěma procesorům," uvedla při rozhovoru pro americký Computerworld
Jacqueline Woodsová, viceprezidentka pro globální strategie při poskytování
licencí a stanovování cen společnosti Oracle. Je to podle ní v souladu s
dosavadní licenční politikou její společnosti. Anthony Scott, CTO společnosti
General Motors (GM) odpovídající za organizaci informačních systémů a služeb,
reaguje na veškerá oznámení týkající se licencování softwaru pro vícejádrové
procesory s notnou dávkou skepse. "Nikdy jsem neviděl softwarovou společnost,
která by se držela stejného licenčního schématu déle než dva roky," říká. I
když Scott uvítal nižší náklady spojené s politikou společnosti Microsoft,
tvrdí, že 80 % výdajů na software v GM se realizuje po zakoupení původního
softwaru. "Licenční náklady jsou relativně malým nákladovým faktorem celého IT
ekosystému," konstatuje Scott. "Politika společnosti Microsoft přinese určitou
úlevu dodavatelům hardwaru, kteří se obávají, že by nepříznivé licenční
podmínky mohly bránit přijetí systémů s duálními jádry," vysvětluje Kevin
Krewell, šéfredaktor newsletteru Microprocessor Report. "Tato politika by mohla
vyvíjet tlak na Oracle a ostatní dodavatele softwaru, aby přijali podobný
přístup k licencím na software," dodává. "Přístup Microsoftu učiní řešení této
společnosti na nových procesorech nákladově efektivnějšími, než jsou
konkurenční řešení," konstatuje Krewell. "Stane se tak určitým etalonem, na
který se zaměří všichni dodavatelé hardwaru. Ukáží na Microsoft a řeknou:
Microsoft se rozhodl, že posuzování podle počtu čipů je správnou cestou. Proč
se nemohou ostatní rozhodnout ve stejné věci stejně?"









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