За последние десятилетия мэйнфреймам неоднократно предрекали скорую кончину, однако время доказало, что сбить с ног этих «старожилов» не так-то просто. Централизованная архитектура остаётся востребованной, несмотря на преобладание в современном крупном бизнесе распределённых вычислительных серверов.

Сторонники мэйнфреймов утверждают, что такая архитектура обеспечивает нормальное функционирование системы при 100%-ной нагрузке процессоров, тогда как производительность стандартных серверов ощутимо снижается уже при 65%-ной нагрузке. За долгие годы существования мэйнфреймов для них было разработано великое множество прикладного ПО. Однако лучшим доказательством заинтересованности рынка является разработка и выпуск новых моделей этого класса. В конце февраля текущего года компания IBM объявила о выходе в свет мэйнфрейма IBM System z10 Enterprise Class (EC).

Подход к архитектуре

Архитектура нового мэйнфрейма построена на основе модульного дизайна и состоит из блоков-«книжек» в количестве от 1 до 4 на каждый сервер. Каждая из «книжек» вмещает многопроцессорный модуль (Multi-Chip Module, MCM), на котором размещены процессоры CMOS 11S, микросхемы управления памятью и высокоскоростные интерфейсы ввода-вывода.

В настоящее время серия System z10 EC состоит из пяти моделей (E12, E26, E40, E56 и E64), содержащих от 1 до 64 процессорных модулей. Её предшественница z9 оснащалась не более чем 54 процессорами. E12, E26, E40 и E56 поддерживают по 17 процессоров на каждую книжку, а старшая модель Е64 содержит одну книжку с 17-ю и три — с 20 процессорами.

Процессор

По заявлению разработчиков, процессор z10 является самым производительным в индустрии. Это первый четырёхъядерный CPU для систем корпоративного класса, он работает на тактовой частоте 4,4 ГГц, имеет 64 КБ кэш-памяти первого уровня для инструкций и до 192 МБ кэша второго уровня. Кроме того, в архитектуру добавлен так называемый командный кэш «полуторного» уровня — по 3 МБ на ядро.

Каждое ядро процессора z10 оборудовано аппаратным ускорителем Hardware Decimal Floating Point для обработки данных с плавающей десятичной запятой, что повышает скорость и точность вычислений, к примеру, в финансовых приложениях. По сравнению с предшественником z9, производительность ресурсоёмких Java-приложений возросла более чем вдвое. Как и предыдущие модели, z10 поддерживает 24-, 31- и 64-разрядную адресацию.

Память

В базовой конфигурации система содержит 16 ГБ оперативной памяти, но в старших моделях Е56 и Е64 её можно расширить до 1,5 ТБ (до 384 ГБ на книжку). Кроме того, в системе предусмотрено 16 ГБ недоступной программисту памяти HSA (Hardware System Area) для системной области аппаратного обеспечения.

Чтобы улучшить показатели доступности, память и книжки соединены методом точка—точка с симметричной многопроцессорной сетью (SMPN).

Система ввода-вывода

По сравнению с предыдущими поколениями мэйнфреймов существенно возросла производительность системы ввода-вывода. Благодаря применению технологий IBM, пропускная способность системы составляет до 220 ГБ/с. В z10 обновлён интерфейс главной шины, которая базируется на стандарте InfiniBand и обеспечивает скорость передачи данных 6 ГБ/с. Для соединений ввода-вывода используются протоколы Enterprise Systems Connection (ESCON), Fibre Connection (FICON) и Fibre Channel (FC). В мэйнфрейме может быть реализовано до четырёх подсистем ввода-вывода ёмкостью до 256 каналов каждая.

Размеры

По сравнению с System z9 новый мэйнфрейм стал ещё более компактным. Его вычислительная мощь эквивалентна примерно 1500 серверам x86, и при этом он занимает на 85% меньше площади и тратит на 85% меньше энергии.

Виртуализация и консолидация

Эти термины в последнее время прочно вошли в обиход. Однако они отнюдь не являются порождением современности. Принципы консолидации и виртуализации в контексте архитектуры мэйнфрейма были сформулированы ещё в 70-е годы. Они значительно опередили своё время и стали понятны и повсеместно востребованы только сейчас. Согласно подсчётам специалистов IBM, консолидация серверов позволяет сэкономить около 80% производственных площадей и сократить энергопотребление на 85%. На новом витке развития мэйнфрейм-систем большое внимание уделяется безопасной виртуализации. Так, System z9 получил максимальный уровень сертификации Common Criteria Evaluation Assurance по защищённости логических разделов, а вскоре сертификацию будет проходить и z10. Это означает, что открытые виртуальные разделы с работающими на них ОС будут защищены так же, как и подключённые к мэйнфрейму физические серверы.

Мэйнфрейм как платформа для ЦОД

По мнению разработчиков, оптимальной моделью применения System z10 является центр обработки данных.


Значительное усложнение бизнес-за-дач в последние десятилетия привело к развитию центров обработки данных. В большинстве современных компаний развёрнуты разнородные технологические решения. По мере роста производства вычислительная инфраструктура чрезмерно усложняется и требует всё более значительных усилий для переконфигурирования. В связи с этим, считают в IBM, пора переосмыслить подходы к построению ЦОД. Это подтверждают и данные аналитической компании Gartner: более 70% крупных мировых предприятий в течение ближайших 5 лет будут вынуждены кардинально изменить средства обработки данных. Ведь, когда речь заходит о ЦОД, под этим понимают не только серверные мощности, но и помещение, в котором они располагаются, системы энергоснабжения и охлаждения. Согласно данным IDC, 10 лет назад основные затраты при построении и поддержке ЦОД составляли оборудование и программное обеспечение. Сегодня самая значительная часть времени и средств тратится на подготовку систем охлаждения, питания, а также на техническое обслуживание, миграцию и администрирование. Кроме того, современные бизнес-процессы требуют от систем высокой производительности и скорости передачи данных.

Специалисты IBM считают, что System z10 прекрасно справляется с подобными задачами. Мэйнфрейм отличается высокой надёжностью и отказоустойчивостью. Кроме того, особо подчеркнули представители IBM, до сегодняшнего дня никому не удалось провести успешную атаку на мэйнфрейм.

Система z10 распараллелена настолько, что функции динамического конфигурирования позволяют при замене аппаратных блоков поддерживать доступность на высоком уровне. А если реализовывать кластеризацию по схеме Parallel SysPlex, уровень эксплуатационной готовности возрастает ещё более.

Этим объясняется повышенный интерес крупного бизнеса к мэйнфреймам как центрам ИТ-инфраструктуры. Практика подтверждает: почти все мировые банки из списка Fortune Top25 используют System z для обработки данных.

ОСОБЕННОСТИ System z10 Когда в 60-е годы IBM выпустила первый мэйнфрейм, президент компании Томас Уотсон заверил, что у пользователей никогда не возникнет необходимость менять что-либо в программном обеспечении этих машин. Это обещание не нарушено по сей день: обновлённая серия zSeries обратно совместима с мэйнфреймами System/390. Теоретически это значит, что программное обеспечение, разработанное для мэйнфреймов начиная с 1964 года, способно функционировать и на новых устройствах без внесения изменений в код. К слову, многие западные компании действительно пользуются «древними» программами. Это касается американских и западноевропейских банков, которые закупали оборудование 30 лет назад. Нынешние мэйнфреймы представляют собой сравнительно открытые системы. Так, z10 работает с Java, XML WebSphere, поддерживает операционные системы z/OS, z/OSe, z/VM, z/VSE, Linux. В настоящее время IBM и Sun Microsystems ведут работы по портированию Open Solaris на System z. При разработке System z10 IBM добилась значительных успехов в области развёртывания вычислительных мощностей в зависимости от потребности в них. Так, предоставляется возможность использовать производительность меньшую, чем номинальное значение одного процессора. Этим достигается экономия средств, ведь стоимость лицензий на некоторое ПО зависит от мощности. Существует 100 градаций нагрузки мэйнфрейма, причем 7 из них  администратор может переключать самостоятельно в автоматическом режиме. Для этого достаточно загрузить из интернета специальную программу — после её установки система будет работать медленнее или, напротив, ускорится. В системе z10 появилась функция Just-in-Time Capacity — возможность выделять вычислительные ресурсы по запросу, что позволяет подстраиваться под текущие потребности бизнеса и динамически изменять нагрузку. z10 поддерживает систему кластеризации параллельных вычислений Parallel SysPlex. В кластерах класса SysPlex может быть объединено множество машин IBM разного типа, но роль центрального и наиболее мощного сервера возлагается на System z10. По заверению представителей IBM, подобный подход к построению вычислительного центра существенно повышает отказоустойчивость. Базовая стоимость мэйнфрейма System z10 — около 1 млн. долл.