Προγραμματισμός

Ο επεξεργαστής Power5 της IBM αξίζει μια δεύτερη ματιά

Εάν όλα τα πράγματα ήταν ίδια και η IBM έκανε τα συστήματά της τόσο προσβάσιμα όσο η Dell και η Hewlett-Packard κάνουν τα δικά τους, ο επεξεργαστής IBM Power5 θα μπορούσε να θάψει το Itanium της Intel 2. Παρουσιάστηκε για πρώτη φορά το περασμένο καλοκαίρι, το Power5 είναι ένα διάτρητο ενός-δύο, ένας θρίαμβος της μηχανικής από μια εταιρεία που υπερέχει όχι μόνο στη σχεδίαση επεξεργαστών αλλά και στην επιστήμη υπομικρών της κατασκευής και συσκευασίας τσιπ.

Το Power5 είναι πολύ γρήγορο, φυσικά. Αλλά μπορεί επίσης να θεωρηθεί ως η πρώτη σοβαρή προσπάθεια της IBM να καλύψει τις ανάγκες των πελατών πέρα ​​από την ταχύτητα. Το Power5 προσφέρει βελτιωμένη απόδοση ισχύος και καταπληκτική επεκτασιμότητα, υποστηρίζει λειτουργικά συστήματα εκτός IBM (συμπεριλαμβανομένων Linux και Windows) και προσφέρει διαχωρισμό και εικονικοποίηση που δεν ταιριάζουν με την τρέχουσα τεχνολογία Intel.

Το Power5 προβάλλει επίσης μια νέα γενιά σταθμών εργασίας και διακομιστών 64-bit, που βασίζονται σε PowerPC και από τον μακροχρόνιο συνεργάτη της IBM στο Power, Apple Computer. Και η IBM τράβηξε πρόσφατα μια απροσδόκητη κίνηση για μια εταιρεία που βασίστηκε σε διπλώματα ευρεσιτεχνίας, δημοσιεύοντας την αρχιτεκτονική και τα εργαλεία του Power με ανοιχτή άδεια.

Υπάρχουν τόσοι πολλοί τρόποι με τους οποίους η επιρροή του Power5 φτάνει πέρα ​​από την πρωταρχική βάση των πελατών της IBM. Παρόλο που η IBM πωλεί επίσης διακομιστές Itanium 2, Opteron και Xeon, η εταιρεία φαίνεται σαφώς πρόθεση να θέσει τα συστήματα Power5 στα χέρια των διαχειριστών Linux και Windows. Το αν αυτό έχει νόημα θα εξαρτηθεί από τους πελάτες, αλλά ο τεράστιος τεχνικός πυρήνας του Power5 και οι αλλοιωμένες περιουσίες της αρχιτεκτονικής Itanium απαιτούν τον κορυφαίο επεξεργαστή της IBM να κάνει ένα ταξίδι κάτω από το μικροσκόπιο μας.

Μυστικά δύναμης

Η IBM προσελκύει με συνέπεια τα πιο λαμπρά μυαλά, το είδος των μηχανικών που αξίζουν τον «επιστήμονα υπολογιστών». Στη δεκαετία του 1980, αυτοί οι επιστήμονες δημιούργησαν μια αρχιτεκτονική επεξεργαστή που δημιουργήθηκε για απόδοση: το IBM 801, ο αρχικός επεξεργαστής RISC. Η κληρονομιά του 801 ζει στη σειρά επεξεργαστών εταιρικής κλάσης IBM Power.

Η μεγάλη διαφορά μεταξύ ενός επεξεργαστή RISC και ενός επεξεργαστή CISC, όπως το x86 της Intel, μπορεί να θεωρηθεί ως σύγκρουση μεταξύ προγραμματιστών και σχεδιαστών τσιπ. Οι επεξεργαστές CISC έχουν σχεδιαστεί για να κάνουν τη ζωή των προγραμματιστών εφαρμογών ευκολότερη, μειώνοντας τις κοινές λειτουργίες σε εγγενείς οδηγίες μεμονωμένης εκτέλεσης, δίνοντας στο CISC τη φήμη ως αργό αλλά φιλικό σχεδιασμό. Σε σύγκριση με αυτό το φως, το RISC είναι γρήγορο και φιλικό. Κάθε μία από τις απλές οδηγίες της εξυπηρετεί έναν πολύ στενό σκοπό, εκτελεί γρήγορα και παραλληλίζει εξαιρετικά καλά. Το RISC απαιτεί ασθενείς, προικισμένους προγραμματιστές και σχολαστικά βελτιστοποιημένους μεταγλωττιστές. Η επιτυχία του RISC επιβεβαιώνει την αφθονία και των δύο.

Το πιο γνωστό χαρακτηριστικό Power5 είναι η ενσωμάτωση δύο διακριτών πυρήνων RISC σε ένα μόνο τσιπ. Ανακοινώσεις από AMD, Intel και Sun Microsystems σχετικά με τους επερχόμενους επεξεργαστές πολλαπλών πυρήνων εστίασαν την προσοχή σε αυτήν την πτυχή του Power5, αλλά το multicore ήταν επίσης ένα χαρακτηριστικό των προκατόχων του, Power4 και Power4 +. Σύμφωνα με την IBM, το Power5 είναι πλήρως συμβατό με τα εκτελέσιμα Power4. Το θαύμα του multicore είναι ότι προσφέρει το όνειρο του σωλήνα για μεγαλύτερη ταχύτητα σε λιγότερο χώρο χωρίς σημαντική αύξηση της θερμότητας. Αλλά όπως θα δείτε, το multicore δεν είναι απλώς SMP σε ένα τσιπ.

Πρώτον, οι πυρήνες του Power5 μοιράζονται μια πολύ γρήγορη προσωρινή μνήμη επιπέδου 2. Η ταχύτητα και η ποσότητα της προσωρινής μνήμης είναι ένας παράγοντας στην απόδοση όλων των μικροεπεξεργαστών. (Η εξέλιξη του x86 δείχνει την Intel να είναι εντελώς εμμονή με κρυφή μνήμη.) Με απλές οδηγίες που πετούν μέσω CPU RISC τόσο γρήγορα, η αποτελεσματικότητα της προσωρινής μνήμης στη μείωση του αριθμού των ταξιδιών στη μνήμη RAM γίνεται το κλειδί για ολόκληρο το σχεδιασμό.

Η προσωρινή μνήμη επιπέδου 2 του Power5 ανέρχεται μόλις σε λιγότερο από 2MB. Με μια κοινόχρηστη κρυφή μνήμη, τα δεδομένα που λαμβάνονται από τον έναν πυρήνα είναι άμεσα διαθέσιμα στον άλλο, αυξάνοντας την πιθανότητα ότι η ανάκτηση της επόμενης εντολής προγράμματος ή του μπλοκ δεδομένων δεν θα απαιτήσει ταξίδι στη μνήμη RAM που σκοτώνει την απόδοση. Αλλά η κοινόχρηστη προσωρινή μνήμη καθιστά επίσης πιο πιθανό ότι οι πυρήνες θα προσπαθήσουν να αποκτήσουν πρόσβαση στην προσωρινή μνήμη ταυτόχρονα, κάτι που δεν μπορούν να κάνουν.

Η IBM εφάρμοσε ένα χρονικό σημείο διένεξης προσωρινής μνήμης, χωρίζοντας την προσωρινή μνήμη επιπέδου 2 σε τρία τμήματα. Αυτή η σχεδίαση επιτρέπει την σχεδόν ταυτόχρονη πρόσβαση στην προσωρινή μνήμη, αρκεί και οι δύο πυρήνες να χτυπήσουν διαφορετικά τμήματα προσωρινής μνήμης. Η IBM έχει μια άλλη δημιουργική λύση στο ζήτημα επιπέδου cache-contention επιπέδου 2: μια περίεργη εξωτερική μνήμη cache επιπέδου 3 36MB. Κάθε πυρήνας διαθέτει αποκλειστικά την προσωρινή μνήμη επιπέδου 3, οπότε δεν υπάρχει πιθανότητα σύγκρουσης μεταξύ πυρήνων. Παρόλο που η προσωρινή μνήμη επιπέδου 3 δεν είναι τόσο γρήγορη όσο το επίπεδο 2, το επίπεδο 3 είναι πολύ πιο γρήγορο από την κύρια μνήμη και ο σχεδιασμός του Power5 κάνει τη σύνδεση μεταξύ του πυρήνα και της συσχετισμένης προσωρινής μνήμης επιπέδου 3 ως άμεσου συνδέσμου. Θεωρούμε ότι η εκ νέου επεξεργασία της σχεδίασης cache επιπέδου 3 της IBM είναι μία από τις κορυφαίες νίκες στο Power5.

Ένα άλλο σημαντικό κέρδος Power5 είναι οι ελεγκτές μνήμης on-chip. Κάθε πυρήνας Power5 έχει τον δικό του ελεγκτή και είναι σε θέση να διαχειρίζεται ένα αποκλειστικό μπλοκ κύριας μνήμης. Αυτό έχει τεράστιο αντίκτυπο στη συνολική απόδοση, όπως έχουμε δει στη σύγκριση της απόδοσης μνήμης των Opteron και Xeon, για παράδειγμα. Και στην περίπτωση του Power5, ο σχεδιασμός ταιριάζει με τη στρατηγική της IBM για πολυεπίπεδη παράλληλη.

Τα δύο δεν είναι αρκετά

Το Power5 δεν είναι μόνο διπλός πυρήνας. Εφαρμόζει την εγκατάσταση SMT (Sim ταυτόχρονη πολλαπλή κλωστή) του Power4, η οποία δίνει σε κάθε πυρήνα τη δυνατότητα εκτέλεσης οδηγιών από δύο νήματα ταυτόχρονα, υπό ορισμένες συνθήκες. Το SMT είναι παρόμοιο με το HTT της Intel (Hyper-Threading Technology), αλλά με ξεχωριστά πλεονεκτήματα που κάνουν «συγκεκριμένες συνθήκες» ευρύτερες και βελτιστοποιούν δυναμικά την παράλληλη ανάλυση, αναλύοντας και δίνοντας προτεραιότητα στα νήματα για να κάνουν την παράλληλη εκτέλεση πιο αποτελεσματική - πολύ πιο αποτελεσματική, πιστεύουμε. Παρόλο που είναι δύσκολο να απομονωθεί η δοκιμή, η εφαρμογή του Power5 θα πρέπει να ξεπεράσει τη μέγιστη αύξηση 30% που προβάλλει η Intel για HTT.

Το Power5 προσθέτει δύο βασικά, αλλά πολύ απαραίτητα, προγράμματα προτεραιότητας νήματος. Η δυναμική εξισορρόπηση πόρων προσπαθεί να διατηρήσει την ροή οδηγιών ομαλά, αναλύοντας τη συμπεριφορά των νημάτων και αποκλείοντας κώδικα που θα μπορούσε να επιβραδύνει μια ροή SMT. Για παράδειγμα, οι οδηγίες που πρέπει να εκτελεστούν διαδοχικά για να ληφθεί ένα ακριβές αποτέλεσμα μπορούν να κλειδώσουν αυτό το νήμα στον επεξεργαστή για ένα χρονικό διάστημα. Το Power5 προσπαθεί να το προβλέψει και να εκτελέσει απλούστερες οδηγίες έως ότου υπάρχει χώρος για την εκτέλεση της ακολουθίας χωρίς να φράξει το SMT.

Σε ένα άλλο φοβερό κέρδος σχεδίασης, η ρυθμιζόμενη προτεραιότητα νήματος του Power5 δίνει σε OS, προγράμματα οδήγησης και εφαρμογές τη δυνατότητα εκχώρησης αυθαίρετου επιπέδου προτεραιότητας σε κάθε νήμα. Αυτή η προτεραιότητα νήματος που καθορίζεται από την εφαρμογή συνυπολογίζεται στους υπολογισμούς Dynamic Resource Balancing και χρησιμοποιείται ευρύτερα για να προσδιορίσει το χρονικό διάστημα που ένα νήμα παραμένει ενεργό στην CPU. Παρέχει επίσης στα λειτουργικά συστήματα έναν εύκολο τρόπο ελέγχου της εξοικονόμησης ενέργειας.

Εάν έχετε πολλά νήματα υψηλής προτεραιότητας, το κουτί θα τρέξει ζεστό. Αλλά καθώς το λειτουργικό σύστημα μειώνει τις προτεραιότητες του νήματος, η CPU θα εκτελεί περισσότερους κύκλους αδράνειας και επομένως θα λειτουργεί πιο δροσερός. Εάν χτυπήσετε όλες τις προτεραιότητες του νήματος στο χαμηλότερο επίπεδο, η CPU μεταβαίνει σε κατάσταση χαμηλής κατανάλωσης που μοιάζει με ύπνο. Αυτή είναι η απλούστερη προσέγγιση στη διαχείριση ενέργειας που μπορούμε να φανταστούμε.

Τέλος, το Power5 χρησιμοποιεί ό, τι ξέρει για τις εγκαταστάσεις που απαιτούνται από κάθε οδηγία RISC για, στην ουσία, να απενεργοποιήσει τμήματα του τσιπ που δεν χρειάζονται εκείνη τη στιγμή. Αυτό πιθανώς θέτει μια νέα περιστροφή στα περίφημα προβλήματα ισχύος και θερμότητας της Power. Φαίνεται σίγουρα απλούστερο από τα συστήματα διαχείρισης ισχύος που βασίζονται σε λειτουργικά συστήματα, όπως αυτά που χρησιμοποιούνται από επεξεργαστές x86.

Μπορεί να μην παρατηρήσετε ποτέ

Μόνο στην τεχνολογία, το Power5 είναι τοποθετημένο στον κανόνα. Αλλά απίστευτο, όπως φαίνεται στους πολλούς σκεπτικιστές του Itanium 2 που μοιράζονται τις απόψεις τους , η πλειονότητα των παρατηρητών έχουν ήδη καλέσει το διαγωνισμό Itanium 2 / Power5 υπέρ της Intel.

Αυτή είναι μια περίεργη εκτίμηση γιατί, σε αυτήν την περίπτωση, η IBM τραβάει μια Intel στην Intel. Η RISC κατέχει την αγορά Unix, η Unix κατέχει την αγορά μεσαίας έως υψηλής ποιότητας και η Intel δεν κάνει RISC. Είναι πολύ κρύο με αυτές τις παραγγελίες αγοράς πολλών εκατομμυρίων δολαρίων. Η Intel είναι πραγματικά κλειδωμένη εκτός εάν μπορεί να πείσει τους αγοραστές ότι το Itanium 2 ξεπεράσει το RISC. Θα μπορέσει η Intel να εισχωρήσει; Πιστεύουμε ότι θα χρειαστούν χρόνια για το Itanium να ωθήσει το RISC στην άκρη και ενώ θα σπάσει, οι Power και Sparc θα συνεχίσουν να εξελίσσονται.

Αυτό που δυσκολεύεται να καλέσει είναι ότι η IBM θέλει την αγορά της Intel όσο και η Intel θέλει την IBM. Η IBM πωλεί διακομιστές Power5 για 5.000 $ με προεγκατεστημένο το Linux. Επιστρέψτε και σαρώστε τις προδιαγραφές για να καταλάβετε γιατί ένας διακομιστής Power5 $ 5.000 μπορεί να είναι ωραίο να έχετε.

Οι αναλυτές που χαράζουν ταφόπλακες για το Power σημειώνουν ότι η επιχείρηση chip της IBM δεν κερδίζει χρήματα. Όμως η επιχείρηση συστημάτων είναι, και τώρα αυτές οι δύο μονάδες είναι μία. Αυτή είναι μια έξυπνη κίνηση: Δημιουργήστε μάρκες για συστήματα που πουλάτε. δημιουργήστε συστήματα γύρω από τις μάρκες που κάνετε. Η κυκλοφορία του σχεδιασμού και των εργαλείων στο κοινό είναι επίσης έξυπνη. Κάθε ανοιχτός κάτοχος άδειας είναι δυνητικός κατασκευαστικός πελάτης και η απεριόριστη πνευματική ιδιοκτησία θα προέρχεται από ιδιοφυίες και όχι στη μισθοδοσία της IBM.

Αυτές είναι καλές στρατηγικές για την απόσυρση μέχρι την είσοδο στην αγορά. Εάν μόνο η IBM δεν χρειάστηκε να συνεργαστεί με πελάτες. Το Big Blue δεν μπόρεσε ποτέ να φέρει το χαμηλότερο σημείο του καταλόγου του το brand polish και την εμπιστοσύνη των πελατών που απολαμβάνουν η Dell και η HP στα μπαστούνια. Η σπουδαία δουλειά που έκαναν οι μηχανικοί της IBM περιορίζεται από το κακό μάρκετινγκ της εταιρείας. Κατά πάσα πιθανότητα, εάν δεν χρησιμοποιείτε το γρανάζι IBM τώρα, δεν θα κοιτάξετε ποτέ έναν διακομιστή Power5 ανεξάρτητα από την τιμή.

Η IBM προσκόλλησε σκόπιμα την επιτυχία του Power5 στο Linux σε επίπεδο εισόδου. Ωστόσο, είναι δύσκολο να εξαγάγετε προστιθέμενη αξία από λογισμικό που το κοινό πιστεύει ότι μπορεί να κατεβάσει δωρεάν και το Linux είναι ένα λειτουργικό σύστημα που οι αγοραστές δεν τείνουν να αγοράζουν νέο υλικό για εκτέλεση. Με άλλα λόγια, το Linux δεν θα πουλήσει διακομιστές εισόδου Power5. Από 5.000 έως 6.000 $, ο λιγότερο ακριβός διακομιστής Power5 της IBM δεν είναι αρκετά φθηνός σε σύγκριση με έναν διακομιστή Opteron ή Xeon EM64T (Extended Memory 64 Technology) που τρέχει Linux.

Από την άλλη πλευρά, το μεγάλο σίδερο Unix πωλείται και οι πελάτες θα αγοράζουν πάντα περισσότερα από αυτά που χρησιμοποιούν ήδη. Θα αγοράσουν αυτό που συμβουλεύουν οι σύμβουλοι λύσεών τους. Η IBM ξεπερνά όλους τους άλλους στην ικανότητά της να αποκλείει σημαντικούς λογαριασμούς. Δεν μπορείτε να αφαιρέσετε έναν πελάτη χαλαρό από το υλικό της IBM στο μεσαίο εύρος και πάνω. Έτσι, το συνολικό μήνυμα σχετικά με το Power5 θα είναι αλλοιωμένο στον Τύπο και το κοινό γενικά, αλλά τα κοστούμια στον τομέα παρακάμπτουν το μάρκετινγκ της IBM. Στις σχέσεις IBM-με-πελάτη, δεν μπορείτε να νικήσετε την IBM.

Το Power5 έχει σχεδόν τα πάντα: ταχύτητα, απλότητα, καινοτομία, απρόσκοπτη συμβατότητα προς τα πίσω, ένα ώριμο σύνολο εργαλείων ανάπτυξης και την υποστήριξη ενός τεχνολογικού γίγαντα. Είναι ένα ασυναγώνιστο μηχανικό επίτευγμα, που δημιουργήθηκε από τους πιο έξυπνους μηχανικούς του κόσμου. Εάν το μάρκετινγκ της IBM ταιριάζει ποτέ με τη νοημοσύνη της μηχανικής του, προσέξτε, Intel.