Серверы. Новые технологии.

Яков Шпунт

Всевозможные технологические новинки появляются в свежих моделях серверов с завидной регулярностью. И последний год не стал исключением. Более того, технологическое развитие даже активизировалось, причем практически во всех сегментах серверного рынка, от систем начального уровня до мэйнфреймов.

Процессоры

В 2005—2006 годах произошла смена парадигмы развития процессоров, прежде всего наиболее массовых — на архитектуре x86. От увеличения тактовой частоты разработчики перешли к использованию многоядерных архитектур. Такой подход давно уже, по крайней мере лет пять, применяли создатели процессоров для RISC-систем. IBM POWER5+ уже имеет четыре ядра, а Sun UltraSPARC T1 (Niagara) — восемь, причем каждое может параллельно выполнять по четыре потока. Даже уходящее семейство HP
PA-RISC использует двухъядерную архитектуру.

В том же направлении пошло и развитие x86-чипов. И Intel, и AMD производят двухъядерные процессоры и объявили о работах над четырехъядерными. Представлялись и образцы четырехъядерных моделей. Ожидается, что результаты данных разработок появятся не позже, чем к середине 2007 года.

В нынешнем апреле вышла и давно ожидавшаяся двухъядерная версия Itanium 2, известная под кодовым названием Montecito. Помимо двух ядер в ней есть также поддержка новых инструкций VMX, ускоряющих работу виртуальных машин. Однако серверы, где используются такие процессоры, появились лишь к сентябрю, и в результате Intel даже обвиняли в том, что она вернулась к сомнительной практике «бумажных релизов». Впрочем, этот просчёт компенсировался тем, что двухъядерный Itanium, как и было обещано, оказался полностью совместимым с более ранней версией, так что для модернизации достаточно простой замены процессорного модуля.

Еще одной определяющей тенденцией стала борьба за снижение энергопотребления и тепловыделения. На данном поприще также отметились все производители за исключением HP. Да и то произошло это лишь потому, что PA-RISC постепенно уводится с рынка, освобождая место продуктам на базе Itanium.

Наибольших успехов, похоже, добились Intel и Sun. Им удалось снизить тепловыделение чипов Xeon, Itanium и UltraSPARC T1 приблизительно в полтора раза по сравнению с предшественниками, у которых дело дошло до использования систем жидкостного охлаждения — настолько остро встала данная проблема. Причем производительность не только не упала, но даже выросла, и это несмотря на то, что тактовая частота если и повышалась, то незначительно, а в случае Xeon 5100 (Bensley) и вовсе была снижена. Впрочем, этот чип сделан уже на иной микроархитектуре — Core, впервые примененной в процессоре Pentium M, который изначально предназначался для мобильных систем. Кроме того, обновленные Xeon включают набор инструкций VMX. Интересно отметить, что разрыв между выходом младшей версии DP и старшей MP, позволяющей создавать системы с четырьмя процессорами и более, составил лишь около двух месяцев, между тем как раньше временной лаг стабильно превышал полгода.

IBM также пошла по этому пути, используя в серверах процессор Cell, разработанный в сотрудничестве с Sony и Toshiba. Данный чип на вычислительном ядре POWER обладает высокой производительностью, хорошим потенциалом для масштабирования, невысоким тепловыделением и к тому же дешев, поскольку разрабатывался специально для бытовой электроники, прежде всего игровых приставок. Немаловажно и наличие инструкций, ускоряющих использование технологий виртуализации. Но сложности здесь возможны из-за дефицита ПО. К настоящему времени серверы на Cell могут работать только под управлением Linux, выбор прикладных программ также весьма скромен. К тому же разработка ПО для систем Cell сопряжена с целым рядом трудностей. Именно по этой причине в свое время от встраивания данного чипа в свои системы, в том числе серверные, отказалась Apple, сделав выбор в пользу процессоров Intel. Так что машины на базе Cell при сохранении существующего положения вещей, прежде всего в отношении ПО, могут быть пригодны только для нишевых задач. Еще одним фактором, который придает сомнительность этому процессору, является активное сотрудничество его разработчиков со скандально известной своим сутяжничеством компанией Rambus.

Не так давно IBM обнародовала первые результаты работы над чипом нового поколения POWER6. Росс Маури, глава департамента систем Series p IBM, заявил, что эти модели достигнут тактовой частоты 4—5 ГГц. Назывались и более высокие цифры вполть до 6 ГГц. При этом ставится задача по крайней мере не поднять тепловыделение, что крайне актуально для POWER5+.

Память

Память на многоядерных системах становится узким местом. Соответственно именно подсистему доступа к памяти можно считать ключевой. Наиболее актуальным данный постулат оказался для продукции Intel. Видимо, поэтому компания предложила для платформы Bensley новую технологию FB-DIMM (Fully Buffered DIMM, или DIMM с полной буферизацией), где используется не параллельный, а последовательный интерфейс доступа. В результате теоретическая скорость обмена между процессором и памятью может достигать 170 Гбит/с. Практически при использовании модулей DDR2-800 скорость составляет около 40 Гбит/с. С применением более быстрой DDR3 обмен данными будет еще выше. Кроме того, последовательный доступ к модулям памяти позволяет увеличить максимально возможный объем ОЗУ до 192 Гбайт против 8 Гбайт при использовании параллельного интерфейса.

Вместе с тем стоимость FB-DIMM остается заоблачной, особенно высокой емкости. Так, например, модуль на 512 Мбайт в июне с. г. стоил 145 долл., на 1 Гбайт — 255, а вот на 4 Гбайт — уже от 6100 до 7500 долл. Остается надеяться лишь на то, что с началом массового производства цены упадут. Тем более, что Samsung, Elpida, Infineon, Micron, Hynix, Nanya и Kingston уже анонсировали свои модули FB-DIMM.

В 2006 году память DDR2 начала применяться и в системах на Opteron. Причем об этом было объявлено без большого шума. А последовательный доступ в системах на базе Opteron — а именно шина HyperTransport — присутствовал изначально. AMD и ее партнеры не спешили с переходом на DDR2 вследствие более высокой латентности памяти на данной технологии, что чревато снижением производительности на целом ряде операций. Однако производители модулей памяти, которые в массовом порядке отказывались от выпуска DDR, просто не оставили выбора.

Платформы

Основная тенденция в развитии серверных платформ состоит в повышении плотности систем. К этому производителей подталкивает значительный рост спроса на блейд-серверы и 1U-системы. «Тонкие» серверы появляются и среди RISC-машин. Это, например, поступившие в продажу в начале года младшие модели Sun на UltraSPARC T1, IBM System i и System p. Причем IBM пошла еще дальше, выпустив не только одноюнитовые, но и блейд-серверы на архитектуре POWER.

Отсюда идет стремление к снижению тепловыделения у процессоров, наборов микросхем, модулей памяти, накопителей. И именно поэтому в серверном сегменте оказались востребованными 2,5-дюймовые жесткие диски, которые до прошлого года использовались только производителями ноутбуков и малогабаритных скелетных систем (баребонов). Более того, многие модели серверов вообще не имеют НЖМД, а все ПО и данные находятся в сетевой системе хранения. Впрочем, последнее пока характерно исключительно для блейд-серверов.

Что касается архитектуры x86, то здесь производители работали и над средствами, повышающими надежность. Так, новые наборы базовой логики для систем на платформе Bensley помимо традиционной ECC включают новые технологии защиты памяти Intel x4 Single Device Data Correction (x4 SDDC), DIMM sparing, DIMM scrubbing. Предусмотрена также кэш-память третьего уровня, которой может быть установлено до 12 Мбайт. Кроме того, туда встроен сигнальный процессор, упрощающий диагностику, инвентаризацию и удаленное управление, причем даже тогда, когда основная операционная система не может загрузиться. Всячески подчеркивается, что раньше такие решения применялись лишь на RISC-серверах и мэйнфреймах, а сигнальный процессор даже на них часто является лишь опцией. Надо отметить, что крупные серверные вендоры не останавливаются на этом, и разработанные ими наборы базовой логики имеют более обширные средства обеспечения бесперебойной работы и повышения производительности. Так, например, в продуктах IBM кэш-память третьего уровня имелась даже для System x с процессорами на архитектуре предыдущего поколения NetBurst, а HP оборудовала свои серверы сигнальными процессорами.

Среди систем начального уровня появляется все больше моделей с пониженным уровнем шума. Это мотивируется тем, что на предприятиях малого и среднего бизнеса нет специально выделенных комнат, и серверы там располагаются в том же помещении, где работают сотрудники. А шум от системных и процессорных кулеров снижает производительность труда.