Наиболее стремительно растущая отрасль в ИТ-индустрии — процессорное производство приобретает новые приоритеты в развитии. Технологии, которые вчера казались далекой и фантастической перспективой, сегодня входят в жизнь, чтобы занять доминирующее положение на рынке и активно развиваться, формируя решения будущего.


Динамика роста количества транзисторов и скорости процессоров со сменой поколений серверных процессоров Intel
Динамика роста количества транзисторов и скорости процессоров со сменой поколений серверных процессоров Intel

Серверные системы — это отрасль, которая в наибольшей степени зависит от вычислительной мощности процессора, и поэтому первой принимает новейшие достижения в этой области. Переход на новые технологии в обозримой перспективе года-двух обещает дать заказчикам серверных систем значительный выигрыш в производительности. Учитывая, что стоимость сервера как конечного продукта останется примерно в тех же пределах, что и сегодня, инвестиции в системы нового поколения обещают быть чрезвычайно выгодными в соотношении цена-производительность.

Развитие процессорной индустрии, которое на протяжении десятков лет носило неизменно линейный характер, посеяло в сознании профессионалов стереотипное мнение о том, что прирост производительности центрального процессора определяется увеличением тактовой частоты и количества транзисторов на кристалле. В свете новых решений, тактовая частота перестает играть решающую роль. Производители предложили более совершенную альтернативу экстенсивному наращиванию частоты. Сейчас IT-сообщество стоит на пороге внедрения в жизнь революционного технологического прорыва, который определяет направление развития процессорного производства на десятки лет вперед. В ближайшие годы нас ждут процессоры, работающие примерно на тех же частотах, что и сейчас, но с несколькими процессорными ядрами на одном кристалле.

Перспективы развития серверных технологий неразрывно связаны с инновационными достижениями корпорации Intel, на базе архитектуры которой построено более 90% серверного парка в средних и крупных компаниях. В самой корпорации Intel переход на производство многоядерных процессоров планируется в ближайшее время. Проблемы и решения, связанные с этим переходом комментирует Сергей Шевченко, специалист по применению продукции Intel:

“Подразумевается, что к концу 2006 года 85% поставляемых серверных процессоров Intel будут многоядерными… Двухъядерные и многоядерные процессоры Intel, поддерживающие такие инновационные технологии, как ускоренный ввод/вывод, виртуализация, безопасность и усовершенствованная технология памяти, станут основой серверных платформ ближайшего будущего, выпуск которых ознаменует следующий виток эволюционной спирали для серверных систем”.

В Internet уже появилась шутка, что закон Мура вскоре придется сформулировать по-другому: удвоение числа ядер каждые два года. Шутка выглядит вполне уместно в свете озвученной Intel концепции “Платформы 2015”, в рамках которой специалисты этой компании пытаются заглянуть в будущее на десятилетие вперед. Сергей Шевченко по этому поводу сообщает следующее: “Мы планируем в течение нескольких последующих лет выпустить процессоры Intel, которые будут содержать множество ядер — в некоторых случаях даже сотни. Мы считаем, что архитектуры Intel с поддержкой многопроцессорной обработки на уровне кристалла представляют будущее микропроцессоров, потому что такие архитектуры позволяют достичь высочайших уровней производительности и обеспечить эффективное управление питанием и оптимальный режим охлаждения”.

Необходимость перехода на многоядерную архитектуру родилась не внезапно. Сергей Шевченко отмечает ряд серьезных барьеров на пути роста частот: “Во-первых, с уменьшением размеров кристалла и с повышением частоты возрастает ток утечки транзисторов. Это ведет к повышению потребляемой мощности и выделения тепла. Во-вторых, преимущества более высокой тактовой частоты частично сводятся на нет из-за задержек при обращении к памяти, так как время доступа к памяти не соответствует возрастающим тактовым частотам. В-третьих, для некоторых приложений традиционные последовательные архитектуры становятся неэффективными с возрастанием тактовой частоты из-за так называемого фон-неймановского узкого места — ограничения производительности в результате последовательного потока вычислений”.

Многоядерная архитектура согласно прогнозам Intel позволит достичь значительного ускорения выполнения программ за счет разделения задач на множество параллельных операций: “Решением является принцип “разделяй и властвуй” — разделение задачи на множество одновременных операций и их распределение между множеством небольших вычислительных устройств. В отличие от последовательного выполнения операций с максимально возможной тактовой частотой, процессоры Intel с многопроцессорной обработкой на уровне кристалла будут обеспечивать высочайшую производительность при более приемлемых тактовых частотах благодаря параллельному выполнению множества операций”.

Проблема энергопотребления на многоядерных платформах будет решаться за счет интеллектуальной системы управления: “В отличие от ориентации на большие, энергоемкие вычислительные ядра с большой теплоотдачей, кристаллы CMP корпорации Intel будут активизировать только те ядра, которые необходимы для выполнения текущей задачи, тогда как остальные ядра будут отключены. Такое мелкомодульное управление вычислительными ресурсами позволяет кристаллу потреблять ровно столько электроэнергии, сколько нужно в данный момент времени”.


Сергей Шевченко, мпециалист по применению продукции Intel: к концу 2006 года 85% поставляемых серверных процессоров Intel будут многоядерными
Сергей Шевченко, мпециалист по применению продукции Intel: к концу 2006 года 85% поставляемых серверных процессоров Intel будут многоядерными
Разработчики ПО пока не имеют достаточного опыта в оптимизации программных продуктов под многоядерную архитектуру. В ближайшем будущем это может привести к такому дисбалансу: появится множество произведенных многоядерных процессоров, которые работают неэффективно в силу того, что ПО не оптимизировано под специфику их архитектуры. Ожидается, что параллелизация потоков вычислений неизбежно потребует изменений технологии программирования, внедрения иных инструментальных средств разработки приложений и даже создания новых языков программирования.

В течение, как минимум полугода, от Intel следует ожидать поддержки традиционных одноядерных серверных решений, у которых остается небольшой запас по наращиванию тактовой частоты. Возможны также комбинации с объемом кэш-памяти третьего уровня. В начале 2006 года, с выходом двухъядерных серверных процессоров Intel, можно прогнозировать некоторый рост цен за счет внедрения инновационных технологий. Также можно ожидать скачкообразного прироста производительности. Невозможно точно прогнозировать, насколько эффективным будет этот скачкообразный прирост. Появления ПО, адаптированного для многопотоковых вычислений в среде многоядерной архитектуры следует ожидать позже.

Количество информации в мире удваивается каждые три года и сейчас измеряется в эксабайтах —  1018 байт. Каждый день в Интернете появляется 50 миллионов новых или измененных страниц. Следовательно уже сейчас нужны платформы, которые смогут оперировать терабайтными объемами. Более 90% новой информации хранится на магнитных носителях, главным образом — жестких дисках. Все это говорит лишь о том, что нагрузки на серверные системы с каждым годом будут стремительно расти. Лавинообразная динамика возрастания объемов данных вынуждает участников рынка интенсивно готовиться к приходу на рынок высокопроизводительных многоядерных систем, способных обеспечить эффективную работу в перспективе ближайших лет.

Справка

В этом году исполняется 10 лет с того дня, когда корпорация Intel осенью 1995 года представила свой первый процессор, предназначенный для серверного рынка — Intel Pentium Pro. С тех пор серверные решения в производстве Intel выделились в отдельную ветвь. Вслед за Pentium Pro последовал стартовавший в 1998 Intel Pentium II Xeon, место которого уже в следующем — 1999 году занял Pentium III Xeon. В 2001 году марка Xeon выделилась в отдельную линейку, в которой в 2002 году появился вариант для многопроцессорных систем — Pentium Xeon MP. Другое семейство процессоров Intel для серверов — Intel Itanium, появилось в 2001 году, где была использована 64-разрядная архитектура (EPIC, Explicitly Parallel Instruction Computing — параллельная обработка команд с явным параллелизмом).

Перспективные семейства Intel Itanium 2:

Montecito — первый двухъядерный 90-нм Itanium 2 MP (до 8-ми процессоров на систему), поставки которого должны начаться в конце текущего года. Ожидается, что этот процессор обеспечит значительный уровень прироста производительности в сравнении со своим одноядерным предшественником Itanium 2 Madison.

Tukwila — следующее поколение Itanium 2 MP для многопроцессорных платформ, которое выйдет вслед за Montecito. Процессоры семейства Tukwila будут изготавливаться по 65-нм технологии с четырьма ядрами в одном корпусе.

Poulson — мультиядерный процессор Itanium 2 MP предназначенный для многопроцессорных платформ следующего поколения, его производство последует за семейством Tukwila.

Millington — новая версия Itanium 2 DP для двухпроцессорных платформ, основана на ядре Montecito.

Dimona — четырехядерный Itanium 2 DP для двухпроцессорных платформ выполненный с применением 65-нм технологии.

Перспективные семейства Intel Xeon:

Paxville — первые двухъядерные 90-нм процессоры Intel Xeon MP под кодовым названием Paxville будут представлены в первом квартале 2006 года, а масштабные программы по предоставлению образцов этих процессоров предприятиям и разработчикам ПО стартуют уже в конце 2005 года. Процессор будет входить в состав платформы Truland, основанной на чипсете Intel 8500 (Twin Castle), которая появилась одновременно с новейшим одноядерным 90-нм 64-разрядным процессором Intel Xeon MP (Potomac).

Whitefield — содержащие более двух ядер процессоры Intel Xeon MP, выполненные по 65-нм технологии. Эти многоядерные процессоры будут выпущены в 2007 году. Предназначены для платформы под кодовым названием Reidland.

Dempsey — на этом двухъядерном процессоре Intel Xeon, выпущенным по 65-нм технологии, будет основана платформа под кодовым названием Reidland, предназначенная для двухпроцессорных серверов массового применения, которая появится в первом квартале 2006 года. Процессоры Dempsey будет также использоваться в производительных платформах для рабочих станций под кодовым названием Glidewell.