Procesory směřují k 64 bitům

Ve světě serverů dojde za několik měsíců k malé revoluci: 64bitová platforma, kterou jsme doposud znali jen z oblasti...


Ve světě serverů dojde za několik měsíců k malé revoluci: 64bitová platforma,
kterou jsme doposud znali jen z oblasti velkých unixových serverů a mainframů,
by se měla díky novinkám z táborů firem Intel a AMD dostat i mezi malé servery
a desktopy. Spolu s tímto vývojem situace je však vhodné se zamyslet i nad
některými souvisejícími otázkami, jako jsou např. výkonové a paměťové nároky
důležitých aplikací, cenový pokles čipů nebo výkonová exploze mikroprocesorů.
Přes všechnu euforii kolem tématu 64bitových počítačů, s níž se můžete setkat
jak ze strany výrobců, tak ze strany médií, často unikají pozornosti některé
souvislosti. Ne vždy je zřejmé, co si vlastně pod pojmem "64bitový computing"
představit: Šířku procesorových registrů, nebo sběrnice mezi procesorem a
pamětí? Maximální šířku podporovaných datových typů? Nebo vlastnost podnikového
systému?

V definici se často opomíjí ještě jedna věc totiž i v obvyklém světě 32 bitů,
který se nám jeví být relativně jednotným modelem počítačového zpracování,
bychom našli různé bitové variace registrů a sběrnic. Existující 32bitové
procesory, jako např. populární intelovská architektura x86, podporují
80bitovou šířku čísel s plovoucí čárkou. Vedle toho bychom našli mezi CPU i
takové, které mají např. široké registry a úzkou sběrnici pro přenos dat. A
naopak existují čipy s normálně dimenzovanými registry, ale s až 256bitovým
rozhraním. Tato pestrá mnohotvárnost činí klasifikaci různých architektur
procesorů tak trochu věcí názoru.

Při diskuzích o bitech a bajtech je proto nejlepší nahlížet na celou
problematiku z hlediska uživatele, který bude s novou architekturou pracovat. Z
tohoto úhlu pohledu bychom jako 64bitovou techniku měli chápat 64bitovou
aplikaci v 64bitovém podnikovém operačním systému, který běží na 64bitovém
procesoru. Existují i různá meziřešení, kdy nad vrstvou 64bitového podnikového
systému pracují 32bitové aplikace. Nicméně skutečné efektivity uživatel dosáhne
teprve tehdy, bude-li pracovat se 64bitovým programem.
V současné době se jako největší výkonová páka nabízí množství paměti, které
může být adresováno programy. Na jeden 32bitový procesor to je 4 GB. Ještě v
80. letech představovaly uvedené 4 GB obrovské množství, ačkoliv už tehdy byl
znám pojem virtuální paměť, pomocí které mohla být drahá fyzická paměť levně
rozšířena s využitím pevného disku.

64 bitů prolomí hranice
Paměťový modul DIMM (Dual Inline Memory Module) o kapacitě 1 GB je dnes možné v
zásilkovém prodeji dostat za přibližně 5 000 marek. Uvedená výkonová páka
32bitového světa však může narazit na fyzické hranice 4GB limit dnešních PC je
pro mnohé speciální aplikace nepatrné množství. Současné superpočítače pracují
s bezmála 1 terabajtem operační paměti. Avšak doby, kdy podobně výkonné
počítače nacházely uplatnění pouze ve vědeckých oborech či v armádě, jsou dávno
za námi. Podobně dimenzované systémy jsou dnes nezbytné např. i v bankách či
pojišťovnách. Obzvláště pro databanky je každé množství rychlé operační paměti
kritickou záležitostí. Informace uložené na pevném disku potřebují pro své
přemístění do procesoru přinejmenším 5 milisekund. Naproti tomu data z operační
paměti dorazí typicky za 0,1 mikrosekundy nebo dříve po požadavku CPU. Tento
rozdíl se projeví takovým způsobem, že se databankám vyplatí, jestliže maximum
informací zůstává přímo v operační paměti. Pro tento případ pak používáme
označení VLM (Very Large Memory) databanka. Právě u aplikací pracujících v
reálném čase (např. datový sklad s finančními daty) se ve stále větším měřítku
upíná pozornost na jejich rychlost, neboť pro uživatele jsou delší čekací časy
nepřijatelné.

Totéž ovšem platí i pro Internet. Miliony zákazníků očekávají odpověď na své
požadavky řádově během sekund. Informace jako výpisy z účtů jsou dnes k
dispozici individuálně a takřka v reálném čase.

Čas odezvy
Aby byly podobné transakce rychle vykonány ke spokojenosti zákazníků, musí být
celý systém optimalizován pro co nejlepší čas odezvy. Jde přitom o mnohem širší
problematiku než o databanky, které se ostatně nacházejí v srdci každé větší
businessové aplikace. Také webový middleware nelze nasadit bez gigabytových
kapacit operační paměti zajišťujících potřebnou rychlost. Obzvláště aplikační
servery (jako Bea WebLogic, Netscape iPlanet nebo Websphere firmy IBM), které
vyhovují Java 2 Enterprise Edition Standardu, jsou v tomto směru velmi náročné.
Aplikační servery zahrnují komplexní služby jako failover, clustering,
messaging, LDAP a rozložené transakce. Cenou je ovšem kompletní virtualizace
celého programu. Dnes už nenapíšete jednoduchou funkci v C, která bude
zpracována na lokálním počítači. Namísto toho jsou specifikovány relace a
metody pro javovské objekty, které jsou prováděny na virtuálním javovském
stroji v serverovém clusteru. Dokonce i v případě dobře naprogramované aplikace
je třeba počítat s potřebou velkého výkonu CPU i množství paměti. K tomu je
nutné vzít v úvahu, že businessové webové aplikace si musejí pro každého
aktivního zákazníka, který je on-line, pamatovat nebo spravovat jeho session.
Proto je nezbytné odvozovat náročnost webové aplikace přibližně lineárně od
počtu aktivních uživatelů. Jestliže se např. on-line broker octne v situaci,
kdy nastane krize na finančním trhu, bude konfrontován řekněme s milionem
požadavků svých zákazníků a jeho server se snadno dostane na hranici své
kapacity.
Všechny velké unixové servery založené na riscových procesorech a mainframy
podporují 64bitové aplikace a operační systémy (např. Tru64 UNIX Compaqu), a to
už takřka 10 let. Celý tento čas byl nezbytný pro boj s problémy, které se
objevily při přechodu z 32bitové na 64bitovou architekturu. A to přestože
korektně naprogramovaný kód v C, tj. řeči unixových systémů, lze principiálně
jednoduše portovat. V praxi většina programátorů sestavila mnoho neplatných
předpokladů o datových typech jako jsou číselné typy nebo ukazatele. Podobně
jako v případě problému roku 2000 došlo k víceméně banálním chybám, ale díky
jejich skrytosti a současnému nahromadění se stala migrace na 64bitové
platformy často několikaletým dobrodružstvím pro zodpovědné manažery.

Microsoft sází na Intel
Tato odysea se odehrává před uvedením 64bitových Windows, neboť ta dodnes
neopustila laboratoře společnosti Microsoft. Poněkud rozporuplně či spíše
pesimisticky je přijímán fakt, že jako už ne sice jediná, ale oficiálně
preferovaná cílová platforma pro tento podnikový systém jsou uváděny procesory
s architekturou IA-64 firmy Intel. Nová řada CPU tohoto kalifornského výrobce
však už nyní poněkud trpí zpožděním spojeným s jejím uvedením do prodeje, a
nejen skeptikové se obávají, že architektura IA-64 bude pro Intel znamenat
neúspěch.
Zde se může vymstít chybné strategické rozhodnutí Microsoftu vzdát se podpory
Alpha procesorů společnosti Compaq. Díky Alpha čipům mohl mít pro svoji
generaci podnikových operačních systémů toho času nejrychlejší 64bitové
mikroprocesory. Místo toho vsadil na zatím ne zcela jistého kandidáta, jímž je
Intel, a dodnes žádnou spolehlivou 64bitovou platformu nemá.
Tento problém není v centrále firmy v Redmondu zcela neznámý. Proto ostatně
vývojáři Microsoftu počítali v připravované verzi Datacenter Serveru operačního
systému Windows 2000 s možností použití 4 dodatečných adresových bitů pro
procesory Xeon. Toto nouzové řešení poskytuje možnost zvýšit velikost paměti na
64 GB. Vyžaduje ovšem určité přizpůsobení podnikových systémů či aplikací a
samozřejmě jej nelze ztotožňovat s tím, jak funguje 64bitový paměťový model.
Přesto se však takové východisko může vyplatit alespoň v případech kritických
aplikací.

Převrat se blíží
Obtíže, s nimiž musejí vývojáři Windows dočasně bojovat, vlastně připomínají
počáteční fázi UNIXu v 64bitovém prostředí. A přece se už začíná rýsovat velký
převrat ve směru 64bitového computingu. Intel rozžhavil téma 64 bitů svojí
marketingovou kampaní na podporu IA-64. Podle posledních zpráv by k uvedení
procesoru Itanium mělo dojít už v březnu příštího roku. Společnost AMD zatím
připravuje novou generaci svých procesorů K8 s kódovým označením Hammer, s
nimiž bude prosazovat vlastní 64bitovou politiku. Tyto procesory jsou
prezentovány jako rozšíření architektury x86 a podle všeho by se první vzorky
měly objevit do 6 měsíců. První zástupce této řady procesorů s názvem
Sledgehammer by se měl dostat do prodeje do konce příštího roku. Architektura,
která se za uvedenými názvy skrývá, by neměla být pouze (relativně) rychlá,
jednoduchá a výhodná, ale především také kompatibilní s obrovským množstvím
softwaru pro Linux a Windows. To jsou důvody proč šance AMD prosadit se proti
Intelu s novou x86 platformou nejsou zcela zanedbatelné i přes skutečnost, že
se nemůže spoléhat na tak velkou podporu ze strany Microsoftu (a dalších) a
navíc začne své 64bitové procesory prodávat mnohem později. Dalo by se dokonce
říci, že Intel díky svému upírání veškeré pozornosti na IA-64 v tomto směru tak
trochu zaspal. Neznamená to však, že by neměl šanci AMD dohnat, až jej situace
přinutí reagovat. Není vyloučeno, že přijde s vlastním rozšířením architektury
x86 jakožto součástí nejnovější řady Pentium 4. Pokud by se tak skutečně stalo
a 64bitové procesory Pentium 4 a AMD Mustang s taktovací frekvencí v řádu GHz
by byly k dostání za 500 marek, pak by se 64bitový computing definitivně stal
běžnou, nebo i standardní záležitostí.

Adresování pamětiCompaq Tru64 UNIXanoAlpha 21264
HP-UX 11 UNIXanoPA RISC 8700
IBM AIX UNIXanořada Power
IBM OS/390 Mainframe OSanoS/390 CMOS
IBM OS/400 Mainframe OSanořada Power v AS verzi
Linuxnetéměř všechny
(kromě speciálních verzí) (x86, Alpha, Sparc, PowerPC)
SGI Irix64 UNIXanoMIPS R14000
Sun Solaris 7anoUltraSparc II
Windows NT 4.0ne x86 s ovladačem Intel PSE36 (kromě speciálních verzí)(Alpha
již není podporována)
Windows 2000pouze u verze Datacenterx86 a Intel IA-64 Itanium Server(Alpha
pouze jako vývojová platforma)
0 3257 / wep









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