Майбутні сервери чотири ядра і більше, Computerworld Україна, Видавництво «Відкриті системи»
- Ключові слова :
- Сучасні архітектури
Незважаючи на те, що зараз вже можна робити обережні заяви про комерційний успіх чотириядерних серверів, еволюція багатоядерних серверів тільки починається. До кінця десятиліття, як вважає аналітик Insight 64 Натан Бруквуд, сервери в архітектурі x86 матимуть по вісім, а то й по 16 ядер на одному процесорі. Збільшення кількості ядер – найшвидший спосіб нарощування продуктивності. Удосконалення технології пам'яті може додати до продуктивності системи 5-10%, а з допомогою модернізації процесорної архітектури цей показник можна ще на 10%. Але дворазове збільшення кількості ядер процесора може відразу призвести до зростання продуктивності на 50%, або навіть більше.
Мабуть, у найближчому майбутньому подвоєння кількості ядер кожні два роки для масових серверів, як і раніше, даватиме значне збільшення продуктивності
Удосконалення технології пам'яті може додати до продуктивності системи 5-10%, а з допомогою модернізації процесорної архітектури цей показник можна ще на 10%. Але дворазове збільшення кількості ядер процесора може відразу призвести до зростання продуктивності на 50%, або навіть більше.
«Порівняйте рівень зростання продуктивності при переході на чотириядерні процесори зтим, що змогла забезпечити Intel під час зміни Pentium 3 на Pentium 4», - сказав Бруквуд. Навіть незважаючи на те, що Pentium 4 мав зовсім нову мікроархітектуру, це дозволило збільшити продуктивність лише на 20%. З іншого боку, перший чотириядерний процесор Intel Xeon обіцяє зростання продуктивності не менше ніж на 40%.
Очевидно, в найближчому майбутньому подвоєння кількості ядер кожні два роки для масових серверів, як і раніше, даватиме значне збільшення продуктивності. Восьмиядерна архітектура у 2009 році, 16 ядер у 2011-му та 32 ядра у 2013-му — ось етапи розвитку процесорів.
Бруквуд, зі свого боку, вважає, що багатоядерна ера лише починається. "На цьому шляху не видно жодних перешкод", - зауважив він.
Однак невідомо, яким саме шляхом рухатиметься галузь. Intel та AMD обрали різні підходи до створення своїх чотириядерних архітектур. Деякі аналітики тим не менш вважають, що в кінцевому підсумку AMD може віддати перевагу підходу, більшою мірою схожим на той, що обрала Intel, щоб наздогнати і обігнати свого конкурента в багатоядерній гонці.
Історія появи багатоядерних процесорів
Ринок мікропроцесорів звернувся до чотириядерних архітектур за вирішенням низки фундаментальних проблем. Напівпровідникова технологія продовжує розвиватися шляхом, визначеним ще в 1965 році одним із засновників корпорації Intel Гордоном Муром. Закон Мура говорить, що кількість транзисторів на процесорі подвоюється кожні півтора року. При цьому кількість тепла, що виділяється, вже зараз стала такою, що стала очевидною необхідність шукати нові підходи до збільшення продуктивності.
Зростання числа транзисторів, передбачене законом Мура, відбувається паралельно зі збільшенням щільності компонування.Зараз провідні виробники випускають мікросхеми з нормою проектування 90 нм або навіть 65 нм, і вже цього року деякі планують перейти на норму проектування 45 нм.
Декілька років тому стало зрозуміло, що при збереженні існуючої мікропроцесорної архітектури їх розвиток заходить у глухий кут, і далі нарощувати тактову частоту процесорів, при цьому зберігаючи обсяг виділення тепла на контрольованому рівні, стає практично неможливо. Наприклад, згідно з оцінкою Digital Power Group, зараз комп'ютери споживають близько 10% усієї електроенергії, яка виробляється в США, а до 2015 року цей показник подвоїться. Передбачається на законодавчому рівні змусити компанії та постачальників технології скоротити рівень енергоспоживання.
За рахунок переходу на багатоядерні архітектури виявляється можливим скоротити або зберегти на колишньому рівні тактову частоту і в той же час стримувати збільшення тепла, що виділяється ними. Загальну продуктивність можна суттєво підняти за рахунок подвоєння числа процесорних модулів на одній і тій же мікросхемі, підтримуючи при цьому стабільний рівень енергоспоживання.
«Це дозволяє досягати разюче високих рівнів продуктивності, — зауважив Девід Тьюхі, генеральний менеджер підрозділу Intel Business Client Group. — Чотирьохядерний процесор забезпечує в півтора рази більшу продуктивність, ніж наші кращі двоядерні процесори, і в чотири з половиною рази більшу, ніж у першого одноядерного Xeon. І при цьому рівень енергоспоживання не зростає».
Що далі?
Таке враження, що найближчим часом кількість ядер можна буде збільшувати без обмежень. Нещодавно Intel оголосила про створення в дослідних цілях процесора з 80 ядрами, який, якпередбачається, виділятиме менше енергії, ніж існуюча чотириядерна архітектура. Швидше за все, комерційна версія такого процесора з'явиться років за п'ять-вісім, але інші виробники вже пропонують процесори з «масовим паралелізмом».
Наприкінці 2005 року компанія Sun Microsystems представила свій перший багатоядерний процесор архітектури SPARC, який отримав назву Niagara. Цей процесор має вісім ядер, і кожне ядро містить чотири незалежні ланцюжки, внаслідок чого один процесор містить 32 обчислювальні елементи. До середини року Sun планує представити Niagara 2, в якому також буде вісім ядер, але з вісьмома ланцюжками на ядро, тобто загалом процесор матиме 64 обчислювальні елементи. Sun також планує в середині 2008 запропонувати процесор Rock, ще один процесор на базі архітектури SPARC, але з 16 ядрами.
Перші користувачі багатоядерних процесорів
Компанія CitiStreet, що надає послуги аутсорсингу, однією з перших придбала сервери Azul Compute Appliance з процесорами Vega 2. Зараз у CitiStreet використовується сім серверів, кожен з яких має два 48-ядерні процесори, для вирішення різних завдань.
Баррі Страсник, ІТ-директор CitiStreet, підкреслив, що ці сервери дозволяють компанії оперативно масштабувати інфраструктуру, з тим щоб задовольняти швидко зростаючі вимоги і в той же час вдвічі збільшити продуктивність порівняно з серверами, що використовувалися раніше, оснащеними двоядерними процесорами Xeon.
"Необхідність задовольняти зростаючі потреби в ресурсах і робити це з мінімальними витратами вимагає масштабованості та продуктивності, які не можуть забезпечити лише традиційні сервери", - пояснив Страсник.
Компанія Concentric Systems, що надає хостингові сервіси електронної пошти та Web, наприкінці минулого року перейшла із серверів зі старими одноядерними процесорами SPARC на сервери із процесором Niagara.
"Ми завжди шукали способи виконувати більший обсяг робіт на меншій кількості комп'ютерів, що, звичайно, дозволяє знизити обсяг енергоспоживання", - зазначила президент компанії Барбара Бранамен.
Charlotte Observer вже почала переносити деякі з важливих програм у віртуалізоване середовище на сервери з двоядерними процесорами Xeon, де Шортер може використовувати від 7 до 12 віртуальних серверів на процесор. Він упевнений, що в системах із чотириядерними процесорами можна буде створювати 15-30 віртуальних серверів на процесор.
Пропускна спроможність, програми та інші питання
Сам собою перехід на багатоядерні системи не гарантує підвищення ефективності. ІТ-менеджери повинні заздалегідь оцінити, чи достатня пропускна спроможність мережі для того, щоб витримати навантаження, яке виникне під час роботи додаткових процесорних ядер. Крім того, вони повинні переконатися, що їхні програми оптимізовані для роботи в багатоядерних середовищах.
«ІТ-менеджера не звільнять за те, що рахунки за електроенергію надто великі, – зауважив Рейнолдс. — Але йому не поздоровиться, якщо він не зможе адекватно задовольнити запити на обчислювальні ресурси своєї організації».
Підприємствам також необхідно ретельно оцінити, як перехід на багатоядерні процесори позначиться на умовах ліцензування програмного забезпечення. Microsoft вже пообіцяла, що вона, як і раніше, розраховуватиме вартість своїх ліцензій виходячи з сокетів, а не процесорних ядер. Незважаючи на це, досі не ясно, як саме перехід набагатоядерні процесори відіб'ється на вартості програмного забезпечення в цілому.
"Користувачі повинні бути впевнені в тому, що перехід з двоядерних на чотириядерні системи не призведе до значного збільшення плати за ліцензії", - зазначив Рейнолдс.
У відповідь виробники процесорів стверджують, що зміни умов ліцензування не створять серйозної проблеми.
"Пік припав на перехід з одного на два ядра, але тепер ми маємо чітке уявлення про більшість стратегій ліцензування, що використовуються на ринку", - підкреслила Пет Патла, директор з маркетингу AMD Opteron.
Сторі Вог, старший менеджер групи серверних продуктів компанії Dell, заявив, що компанія тісно співпрацює з провідними виробниками програмного забезпечення, щоб підтримати стратегію ліцензування в розрахунку на сокет, а не на ядро. За її словами, до 90% виробників програмного забезпечення ухвалять модель ліцензування з розрахунку на сокет.
Ще одне питання пов'язане з тим, наскільки ефективно програмне забезпечення працюватиме на багатоядерних процесорах, якщо воно було створено для попереднього покоління апаратного забезпечення. Виробники процесорів стверджують, що більшість оптимізації додатків для багатоядерних середовищ вже проведено. Це було зроблено під час переходу з одноядерних на двоядерні системи.
Бруквуд згоден з тим, що «найскладніше» для переведення програмного забезпечення в багатоядерні середовища було зроблено при переході на двоядерні середовища, але він зазначив, що буде потрібно загальне налаштування для того, щоб досягти оптимальної продуктивності на нових процесорах.
"Все залежатиме від конкретного програмного пакету", - вважає Бруквуд. Віртуалізація - це ще один приклад роботи, яку ведуть незалежнівиробники програмного забезпечення та процесорів. Минулого року AMD та Intel випустили свої двоядерні процесори x86, у яких функції віртуалізації підтримуються на апаратному рівні. Такі компанії, як VMware і Microsoft, як і раніше, працюють над оптимізацією свого програмного забезпечення віртуалізації, щоб воно могло максимально ефективно використовувати можливості новітніх процесорів.
Маркус Леві, керівник асоціації Multicore Association, вважає, що збільшення числа додатків вимагатиме наполегливіших зусиль з оптимізації. Іншими словами, буде явно недостатньо того, щоб це програмне забезпечення просто працювало на процесорах нового покоління з дедалі більшою кількістю ядер.
«Навіть коли Intel перейде на 16 ядер, будуть потрібні додаткові технології прискорення, — вважає Леві. — У міру збільшення кількості ядер ми зіткнемося до того, що весь потенціал процесорів загального призначення використовуватиметься при вирішенні лише деяких завдань, а потреба у спеціалізованій технології прискорення зростатиме».
Різноманітність багатоядерних процесорів
Існуючі та плановані до випуску багатоядерні рішення
Поділіться матеріалом з колегами та друзями