Intel и 64-разрядные компьютерные системы

Почему важен объем адресуемой памяти?

Очень многие современные бизнес-приложения являются базами данных, в которых хранятся огромные объемы информации и которые обслуживают сотни тысяч или миллионы запросов к этой информации (или транзакций) в день. В качестве примеров можно привести авиалинии, которые получают миллионы запросов о наличии мест на рейсах каждый день; банки, проверяющие записи счетов и переводящие деньги; производственные компании, использующие ERP-системы для отслеживания перемещения сырья от производства к распространению; системы извлечения информации из массивов данных, используемые компаниями розничной торговли для анализа огромных объемов данных о продажах для определения тенденций.

Когда компьютер считывает информацию с жесткого диска, он записывает ее в память для ускорения доступа. Поддержка адресации больших объемов памяти в 64-разрядных процессорах позволяет им частично или даже полностью хранить в памяти даже самые огромные базы данных.

Требования приложений баз данных к вычислительным ресурсам основываются на опросе больших объемов данных миллионами транзакций. Все данные хранятся в базах данных, и операции, которые с ними выполняет компьютер (просмотр, обработка, сравнение и т.д.), являются относительно простыми. Некоторые приложения требуют использования значительно более сложных данных для моделирования реальных сценариев. В качестве примера таких приложений можно привести приложения CAD, программы для трехмерной визуализации, модели для прогнозирования погоды, приложения для многих отраслей науки (например, молекулярная физика). В этих приложениях 64-разрядная адресация играет очень важную роль, поскольку позволяет создавать намного более точные модели. Кроме того, в таких приложениях требуется использование значительно большего объема данных для одновременного манипулирования всеми данными модели. Нередко размер одной модели может превышать несколько гигабайт!

Почему корпорация Intel использует две 64-разрядные архитектуры?

«Корпорация Intel предлагает две линейки 64-разрядных процессоров: процессоры Intel Xeon с 64-разрядной адресацией и процессоры семейства Intel Itanium. По мнению IDC, эти две линейки продукции отличаются друг от друга, и будут сосуществовать на рынке. Хотя оба типа процессоров содержат 64-разрядные реестры и поддерживают адресацию большего объема памяти, чем 32-разрядные процессоры, они отличаются другими характеристиками и будут использоваться для разных рабочих нагрузок».

64-разрядные вычислительные системы появились не вчера. В течение последнего десятилетия базы данных предприятий, обычно установленные на мейнфреймах или на компьютерах «тяжелого» класса, работали на 64-разрядных процессорах. В основном это были специализированные процессоры RISC, управляемые индивидуально разрабатываемыми операционными системами. Архитектура Intel Itanium успешно бросила вызов этим специализированным системам, предложив стандартный альтернативный вариант, зачастую более производительный и обеспечивающий значительные преимущества в соотношении цены и производительности, а также все преимущества стандартизации – гибкий выбор поставщиков, широкий выбор программного обеспечения, совместимость, планы выпуска продукции, возможность выбора поставщиков услуг и т.д. Уже сегодня 8 из 9 поставщиков решений RISC также продают системы на базе процессоров семейства Intel Itanium, и 38% компаний Fortune 500 уже используют серверы на базе процессоров семейства Intel Itanium. Неудивительно, что, по прогнозам IDC, рынок серверов на базе процессоров Intel Itanium вырастет с 1 миллиарда долларов в 2003 году до 8 миллиардов долларов в 2008 году.

Открываются возможности перехода на 64-разрядные системы

Успех архитектуры Intel Itanium открывает более широкие возможности для компьютерных центров, которые уже используют 64-разрядные приложения или приложения, которые по определению будут работать лучше в 64-разрядном режиме. Эти большие базы данных или технические приложения обычно лежат в основе всей компьютерной инфраструктуры предприятия, однако работают на относительно небольшом числе серверов.

Чтобы способствовать более быстрому переходу на 64-разрядные технологии и для поддержки приложений, работающих в 64-разрядном режиме, но не нуждающихся в особых возможностях платформы Intel Itanium, корпорация Intel выпустила 64-разрядные процессоры Intel Xeon, обеспечивающие возможность перехода на 64-разрядные системы с минимальным риском. В докладе Forrester Research говорится: «...результат просто потрясающий. Теперь они (предприятия) могут одновременно использовать 32-/64-разрядные приложения практически без лишних расходов, что позволит им постепенно перейти на 64-разрядные системы в три этапа, начиная с чистых 32-разрядных приложений, переходя к 32-разрядным приложениям в 64-разрядных операционных системах и заканчивая чистыми 64-разрядными средами, без всякого риска и перерывов в работе». Такая миграция также поможет компаниям достичь уровень надежности и безопасности класса мейнфреймов, обеспечиваемый архитектурой Intel Itanium. По мнению IDC, программное обеспечение, перекомпилированное и переписанное для работы в системах на базе 64-разрядных процессоров Intel Xeon, станет важным шагом вперед на пути к платформам на базе процессоров семейства Intel Itanium.

Такая постепенная миграция очень важна для клиентов, желающих максимально уменьшить риск, извлечь максимальную выгоду из своих капиталовложений и максимально сократить издержки по капитальным затратам. Миграция также важна для разработчиков ПО, которые начнут тестировать свои 32-разрядные программы в 64-разрядной среде, а затем будут осуществлять миграцию своего ПО по требованию рынка или в связи с технической необходимостью.

Выполнение приложений

Как было описано выше, в смешанных или переносимых средах некоторые серверы смогут использовать сочетание 32-разрядных и 64-разрядных приложений, и при этом производительность 32-разрядных приложений станет основным критерием. Оптимальным выбором станут 64-разрядные процессоры Intel Xeon как изначально 32-разрядные процессоры, которые смогут обеспечить работу этих приложений с максимальной эффективностью. Для многих приложений общего назначения, например для Web-приложений и почтовой инфраструктуры, программ для создания цифровых материалов, программ для компьютерного моделирования и программ CAD, 64-разрядные процессоры Intel Xeon также станут лучшим выбором.

Для некоторых систем баз данных предприятий лучше подойдут производительность и архитектура процессоров Intel Itanium 2. Все процессоры этого класса основаны на архитектуре вычислений с явным параллелизмом команд (EPIC). Параллелизм особенно важен для больших приложений баз данных, на основе которых работает программная инфраструктура предприятия. В непараллельной архитектуре операции выполняются последовательно, т.е. сначала извлекаются данные, а потом выполняется команда, потом снова извлекаются данные, затем снова выполняется команда и так далее. Каждый цикл извлечения данных и выполнения команд называется тактовым циклом, и производительность современных процессоров составляет миллиарды циклов в секунду. Это впечатляет, однако это не самый эффективный способ работы с некоторыми приложениями. Приложения баз данных часто требуют от процессора одновременного выполнения большого числа разных транзакций, в связи с чем для разных элементов данных будут выполняться различные потоки (небольшие элементы программы). В большинстве современных процессорных архитектур эти потоки команд выполняются последовательно (один за другим). Архитектура EPIC позволяет процессору Intel Itanium 2 параллельно выполнять несколько потоков команд, значительно ускоряя операции с данными. Представьте себе, что вы уронили банку с печеньем на пол и по полу рассыпались сотни печений. При последовательном подходе вы должны будете поднять печенье, положить его в банку, затем поднять следующее печенье, снова положить его в банку и так далее. Одна и та же операция выполняется для разных объектов. При параллельном подходе вы позовете друга на помощь и будете собирать печенье вместе. В этом случае одна и та же операция будет одновременно выполняться для нескольких объектов. Эта разница очень важна для повышения производительности баз данных.

Существует еще одна важная форма параллелизма, связанная с отображением одного физического процессора в операционной системе как двух виртуальных процессоров (технология Hyper-Threading) или фактическим использованием двух ядер процессора (многоядерные процессоры). Данный подход позволяет процессорам одновременно обрабатывать несколько потоков команд одного приложения или разных приложений. Технические специалисты корпорации Intel занимаются проектированием процессоров с огромным числом транзисторов и новыми полупроводниковыми технологиями, а также разрабатывают двухядерные и многоядерные процессоры, фактически представляющие собой объединение нескольких процессоров в одном кристалле. Двухядерные процессоры скоро появятся как в семействе 64-разрядных процессоров Intel Xeon, так и в семействе процессоров Intel Itanium 2 – первые двухядерные процессоры Intel Itanium 2 под кодовым названием Montecito появятся в 2005 году. Процессоры Tukwila станут первыми многоядерными процессорами семейства Intel Itanium и обеспечат увеличение производительности процессора к 2007 году более чем в два раза, перевыполнив классические требования закона Мура.

Масштабируемость и возможности платформ

Всего существует два вида масштабируемости – вертикальная и горизонтальная. Под вертикальной масштабируемостью мы подразумеваем создание одной системы с множеством процессоров, а под горизонтальной – объединение кластеров компьютерных систем в единый виртуальный ресурс. Оба подхода отлично срабатывают в различных областях. Так, горизонтальное масштабирование лучше всего подходит для Web-приложений и связующего ПО, а вертикальное масштабирование лучше всего подходит для больших баз данных, управлять которыми на одной системе проще и эффективнее. В связи с этим различием отличается и масштабируемость платформ на базе 64-разрядных процессоров Intel Xeon и Intel Itanium 2.

Сегодня системы на базе процессоров Intel Xeon поддерживают от 2 до 16 процессоров. Эти системы могут быть объединены в кластеры для создания более масштабных решений, на которых могут работать большие Web-приложения или решения на связующем уровне. Платформы на базе процессоров Intel Itanium 2 могут иметь до 512 процессоров в одной системе, а вскоре появятся и более масштабные платформы.

Оба подхода обеспечивают отличную производительность. Сегодня 320 из 500 самых производительных компьютеров мира построены на базе архитектуры Intel (что в шесть раз выше, чем показатель ближайшего конкурента), и при этом они могут использоваться в различных областях.

Кроме того, платформы на базе процессоров Intel Itanium 2 имеют более высокую пропускную способность системной шины, дополнительные встроенные в процессор функции для повышения надежности, а также возможность адресации большего объема физической памяти.

Дополнительные стимулы для развития 64-разрядных компьютерных систем

Мы уже упомянули, что планирование перехода на 64-разрядные вычислительные системы очень важно для предприятий. Частично это связано с требованиями современных приложений, которые мы описали выше. Однако, помимо этого, на рынке существуют тенденции, указывающие на значительный рост объемов и сложности данных, в связи с чем 64-разрядные вычислительные системы станут играть все более и более важную роль для самых разнообразных предприятий.

Гигантские объемы данных

По прогнозам компании Gartner, к 2012 году предприятиям потребуется возможность обрабатывать в 30 раз больше данных, чем в 2004 году, а аналитики из Калифорнийского университета утверждают, что человечеству потребовалось 300 тысяч лет, чтобы создать первые 12 эксабайт (1 миллиард гигабайт) информации, зато вторые 12 эксабайт будут созданы всего за два года. Внедрение технологии RFID и электронных торговых точек значительно увеличивает требования к вычислительной мощности процессора, объему памяти и данных, и, со временем, сегодняшние нагрузки покажутся нам просто карликовыми.

Соответствие требованиям к выполнению правил и прозрачности бизнеса

Более того, после дела Enron законодательные акты и организации придают значительно больший вес операциям с данными, хранению данных, доступу к данным и наличию электронного аудиторского следа работы с данными. Многие аналитики считают, что это самая серьезная проблема, стоящая перед IT-директорами сегодня.

Повышенный спрос на время реакции на запросы пользователей

Мы увидели, как 64-разрядная архитектура ускоряет работу баз данных предприятий. Все больше и больше потребителей желают получать результаты транзакций с базами данных в реальном времени. При совершении покупок в Интернете, когда при задержках покупатель просто переходит на другой сайт, или при работе телефонных центров продаж, когда сотрудники должны отвечать на вопросы клиентов, возможность получения ответов на запросы в реальном времени еще более важна.

Дата публикации:

1 марта 2005 года