IT История

Удивительное часто находится где-то рядом, просто мы далеко не всегда замечаем это. Пока одни специалисты лишь рассуждают о перспективах развития архитектур высокопроизводительных процессоров и пытаются предугадать эволюционные пути, которые в будущем станут доминировать в индустрии, другие творят эволюцию своими руками, претворяя в жизнь самые смелые фантазии.

Многие продвинутые пользователи, мнящие себя знатоками компьютерных технологий, ассоциируют слово процессор с брендами Intel и AMD. Эти 2 компании действительно совершили огромный вклад в развитие персональных и серверных вычислительных систем и продолжают являться движущей силой, во многом предопределяющей положение дел на IT-рынке. Однако кроме ПК и серверов в мире существует множество других самых разношерстных электронных устройств, требующих обеспечения эффективной совместной работы друг с другом. Сделать это, опираясь на разработки лишь одного или двух производителей, практически невозможно, да и нецелесообразно с экономической точки зрения. Но в конце XX века подавляющее большинство производителей компьютеров предлагали корпоративным клиентам собственные эксклюзивные решения, покупая которые, заказчик приковывал себя к избранному вендору, так как в случае выбора другого поставщика все оборудование приходилось вновь менять с нуля . Постепенно ко всем пришло осознание нелепости такого положения вещей, а закрытость разработок стала одним из препятствий на пути их проникновения на массовый рынок. Вот почему в последнее время принцип открытости становится основой стратегии многих компаний, занимающихся развитием инновационных технологий. По этому же пути пошла и корпорация Sun Microsystems, в марте 2006 года запустившая проект OpenSparc (www.opensparc.org), призванный раскрыть и сделать доступной всем желающим спецификацию и промышленный дизайн собственной новейшей архитектуры процессоров UltraSPARC T1, известной также под кодовым названием Niagara. Об этом процессоре в основном и пойдет речь в данном материале.

Визитная карточка

Вклад в современные наукоемкие технологии сравнительно молодой по меркам IT-индустрии корпорации Sun столь велик, что ее собственная история заслуживает хотя бы краткого упоминания в статье.

1982-й стал годом рождения Sun Microsystems - именно тогда, в феврале, компания с таким названием была зарегистрирована в Санта-Клара (штат Калифорния) двумя ее основателями - Винодом Хосла и Энди Бехтольшеймом, мечтавшими создать отраслевой компьютер для приложений CAD/CAM (Computer-Aided-Design/Computer-Aided-Manufacturing). Инженерам-проектировщикам того времени приходилось несладко: дороговизна вычислительной аппаратуры вынуждала их работать с ней посменно, и лишь некоторым счастливчикам удавалось заполучить в собственное распоряжение отдельную машину. Решив помочь инженерному сообществу и разработать специально заточенные под его нужды рабочие станции, Sun Microsystems встала на путь жесткой конкуренции с уже раскрутившимися и ведущими на тот момент производителями DEC (Digital Equipment Corporation), Data General, Hewlett-Packard, Apple, Tandy и Apollo. В отличие от других систем, основанных на эксклюзивных разработках и защищенных патентами строго засекреченных технологий, продукты Sun базировались исключительно на типовых промышленных компонентах и общедоступной ОС Unix, усовершенствованной Биллом Джоем, пришедшим в компанию из Университета Беркли. Такой подход положил начало концепции открытых стандартов, которой корпорация старается придерживаться и ныне. Наибольшего успеха стратегия открытости позволила добиться компании в истории с Java. Этот язык был изобретен в эпоху хаоса в области графических интерфейсов вычислительных устройств. Он обеспечил программистов инструментом для портирования программ на любые платформы: с его помощью стало возможным определять логику функционирования любого устройства, компьютерной системы или приложения вне зависимости от используемой аппаратной платформы и ОС.

Множество интересных фактов из истории Sun Microsystems собраны воедино на корпоративном русскоязычном сайте производителя www.sun.ru в разделе О компании . Там можно почерпнуть любопытную информацию обо всех достижениях компании, ну а пока мы сконцентрируемся на ее разработках в области микропроцессорных архитектур.

Происхождение и развитие архитектуры SPARC

В 1984 году корпорация взяла курс на развитие направления сетевых вычислений. Именно тогда возник термин SPARC (Scalable Processor Architecture), обозначавший масштабируемую архитектуру процессоров Sun, предназначенных для серверов и сетевых рабочих станций. В начале 80-х годов в Университете Беркли разрабатывался компьютер с сокращенным набором инструкций - RISC (Reduced Instruction Set Computer). Эта архитектура была призвана увеличить скорость работы процессора и делала его проектирование более простым. Инженеры Sun Microsystems внесли в нее ряд собственных доработок, в том числе поддержку многопроцессорности, в результате чего в 1986 году компания Fujitsu произвела для Sun первые 32-разрядные процессоры на базе новой, усовершенствованной микроархитектуры SPARC. К тому времени в индустрии сформировался некий негласный стандарт качества рабочей станции, условно обозначавшийся как 3М, что олицетворяло образное сочетание трех ключевых показателей: 1 MIPS (производительность в миллионах инструкций в секунду), 1 мегабайта (емкость оперативной памяти) и 1 мегапикселя (разрешение экрана). Чем больше были эти 3 показателя - тем выше котировалась рабочая станция. Однако архитектура SPARC позволила создавать настольные вычислительные машины, побившие все рекорды стандарта 3M и потребовавшие новых подходов к оценке их эффективности. Продолжая выпускать машины на базе процессоров сторонних разработчиков, корпорация Sun Microsystems не могла должным образом сконцентрировать усилия на развитии рынка SPARC-систем, поэтому ситуация с этой архитектурой складывалась неоднозначная. В конкурентной рыночной борьбе за место под солнцем, где важную роль играют маркетинг и реклама, она, несмотря на неоспоримые технологические достоинства, оказалась потесненной на задворки рынка, в достаточно узкие специализированные ниши.

Тем не менее, на фоне крупных экономических успехов и достижений конкурентов, Sun Microsystems продолжала вкладывать материальные и интеллектуальные ресурсы в совершенствование собственной микроархитектуры процессоров и кропотливо доводить ее до совершенства. В 1998 году несколько инженеров, покинувших корпорацию, создали собственную фирму Afara, которая стала заниматься разработками альтернативных многоядерных процессоров на базе архитектуры UltraSPARC II. Четыре года спустя, в 2002 году, Sun Microsystems вернула предприимчивых инженеров в родные пенаты путем приобретения фирмы Afara и всех ее разработок, которые и легли в основу новой архитектуры UltraSPARC T1. Информация о ней появилась за год до официального представления первого процессора: в начале 2005 года Sun Microsystems заявила миру о том, что находится на пороге создания новых многоядерных чипов на платформе под кодовым названием Niagara с поддержкой эксклюзивной технологии многопоточности CMT (Chip Multithread). Однако поскольку одновременно с этим производитель приостановил работы над анонсированным ранее пятым поколением процессоров UltraSPARC V, компьютерная общественность посчитала, что корпорацию лихорадит и ее обещания не стоит воспринимать чересчур уж серьезно. Но несмотря на всеобщий скепсис и постепенное ослабление позиций на серверном рынке, Sun Microsystems продолжала вести целенаправленную работу по созданию и выводу на рынок новой архитектуры. Усилия оказались не напрасными: платформа Niagara вышла в свет раньше предполагаемого срока и с лихвой оправдала все ожидания и приложенные усилия разработчиков.

Niagara в действии

В обнародованной в декабре 2005 года архитектуре Niagara ставка была сделана не на принципы увеличения тактовой частоты и удлинения конвейера команд, столь характерные для одноядерных чипов, а на многоядерность и многопоточность. Процессор UltraSPARC T1 выпускается согласно нормам 90-нанометрового техпроцесса. Он может включать в себя 6 или 8 ядер, соединенных друг с другом каналами с пропускной способностью 134 Гб/с и оснащенных общим 3-мегабайтным кэшем 3-го уровня. Сервер на базе T1 по производительности сопоставим с 32-процессорной системой на одноядерных чипах, поскольку каждое ядро нового процессора способно обрабатывать четыре потока команд посредством технологии CMT. Эффективность новой архитектуры особенно ощутима там, где необходимо обеспечить обработку нескольких командных потоков в условиях постоянной высокой нагрузки на вычислительную систему. Осознание данного факта позволило производителю очень точно позиционировать свое детище: архитектура UltraSPARC T1 предлагается в качестве специализированного отраслевого решения для многопоточных web-приложений. Иными словами, Niagara - это первый процессор, созданный специально для Интернета. Его тактовая частота невелика и разработчики не акцентируют на ней внимание, зато по собственным оценкам Sun производительность T1 в приложениях с многопоточной структурой практически вдвое выше чем, к примеру, у двухъядерных процессоров AMD Opteron и Intel Xeon. Примерно так же, только в обратную сторону, соотносится и уровень энергопотребления этих чипов: для T1 он не превышает 79 Вт, что сравнимо с мощностью обычной электрической лампочки и почти вдвое меньше потребления продукции конкурентов (оно составляет около 150 Вт). В этом смысле Sun выступает не только в роли технолога, но и эколога. По мнению представителей корпорации, если вычислительные системы будут развиваться в сторону наращивания мощности в ущерб экологии, люди в конечном счете попросту сожгут планету. Традиционный путь увеличения тактовой частоты с целью преумножения производительности является тупиковым: вместе с этим растет энергопотребление и тепловыделение всей системы в целом, поскольку для соответствия уровню производительности высокочастотных процессоров необходимо также увеличивать тактовую частоту памяти и других системных компонентов. Будучи озабоченными наращиванием вычислительных мощностей, многие даже не удосуживаются заглянуть в свои счета за электричество. Уже сейчас в мире существуют проекты 10-гигагерцевых процессоров, но неизвестно, что произойдет, когда первый компьютер с таким процессором будет воткнут в розетку: хватит ли на Земле энергии, чтобы питать такие системы?

В начале текущего года UltraSPARC T1 был признан самым экологичным процессором, оказывающим наименьшее влияние на окружающую среду, а Sun Microsystems получила за его разработку соответствующую награду от торгово-промышленной палаты Мадрида и независимой конфедерации мадридских предпринимателей. По оценкам аналитиков, производительность процессоров UltraSPARC T1 позволяет вдвое сократить число используемых во всем мире web-серверов, что могло бы обеспечить экономию энергии и оказало бы такое же влияние на снижение содержания углекислого газа в воздухе, что и увеличение площади леса примерно на 4000 квадратных километров. Если бы половина серверов начального уровня, проданных за последние 3 года, была заменена системами на базе процессоров UltraSPARC T1, выброс углекислого газа в атмосферу уменьшился бы более чем на 11 миллионов тонн, что эквивалентно сокращению числа автомобилей на 1 миллион.

Процессоры UltraSPARC T1, известные под кодовым наименованием Niagara, выпускаются для Sun Microsystems на производственных мощностях ее давнего партнера - компании Texas Instruments. Пока что архитектура UltraSPARC T1 совместима только с операционной системой Solaris, однако Sun работает над портированием своего детища под Linux. После открытия спецификаций Niagara в рамках проекта OpenSparc многим энтузиастам уже удалось самостоятельно адаптировать Linux под T1. Открытость самой архитектуры и ее промышленного дизайна может привести к расширению областей применения нового процессора, начиная от сотовых телефонов и мини-компьютеров и заканчивая бытовыми устройствами. Правда, об этом говорить пока еще преждевременно. В настоящий момент Sun поставляет всего 2 сервера, построенных на базе UltraSPARC T1: SunFire T1000 и SunFire T2000. Первый представляет собой тонкую стоечную модель высотой 1U, оснащенную гигагерцевым чипом, памятью DDR2 объемом до 16 Гб и 80-гигабайтным жестким диском SATA. Он заточен для использования в качестве почтового или web-сервера. Вторая модель обладает большими габаритами и выполнена в корпусе высотой 2U. В ее конфигурацию входит процессор с частотой 1,2 ГГц, память DDR2 объемом до 32 Гб, 3 слота PCI-X, 1 слот PCI, а также интерфейс Serial SCSI с поддержкой до 4-х 2-дюймовых жестких дисков емкостью до 72 Гб каждый. Сфера применения T2000 несколько шире: она также охватывает корпоративные приложения класса ERP и CRM.

Niagara является лишь первым практическим воплощением новой многоядерной архитектуры UltraSPARC T1. Согласно официально озвученному роадмэпу, в 2007 году Sun Microsystems выпустит новый процессор под кодовым названием Niagara 2: каждое из его ядер будет оснащено блоком операций с плавающей точкой и сможет обрабатывать до 8 потоков команд. Одновременно с выходом нового процессора на рынке будут представлены очередные модели серверов на его базе. До этого еще в текущем году на основе чипа первого поколения Niagara может появиться модификация блейд-сервера, однако планы Sun на этот счет весьма расплывчаты и точного подтверждения им нет. Ну а спустя два года корпорация представит настоящего вычислительного монстра - многоядерный процессор Rock для систем, обрабатывающих огромные объемы данных.

Пару слов про Rock

По мнению инженеров Sun, архитектура серверных процессоров и далее будет развиваться по пути многоядерности и многопоточности. Следующим после Niagara 2 шагом компании в данном направлении станет линейка серверных процессоров, в настоящий момент известных под кодовым названием Rock. Нюансы новой платформы пока удерживаются в тайне, однако не исключено, что со временем и этот секрет станет достоянием общественности в рамках проекта OpenSparc - по крайней мере, руководство Sun не отрицает такую возможность. Тем не менее, кое-какая информация об архитектуре Rock уже просачивается в СМИ. Новый чип будет состоять из 16 ядер: 4 блока по 4 ядра, каждое из которых сможет единовременно обрабатывать 2 командных потока, что в сумме составит 32 потока на процессор. Кроме того, каждое ядро будет обладать вычислительным блоком для операций с плавающей точкой и графикой. Для всех процессорных блоков из 4-х ядер в архитектуре Rock будет предусмотрен кэш 1-го уровня объемом 32+32 Kb и 512-килобайтный кэш 2-го уровня. По сравнению с UltraSPARC T1 ядра Rock будут обрабатывать командные потоки существенно быстрее благодаря повышению тактовой частоты каждого из них и усовершенствованию пропускного канала между ними. Новая архитектура будет применяться для создания 65-нанометровых серверных процессоров, заточенных под многосокетные системы для ОС Solaris и Unix. Параллельно компания Texas Instruments планирует также перевести на 65-нанометровый производственный техпроцесс и чипы UltraSPARC T1. Новые 16-ядерные серверные процессоры Sun Microsystems на базе архитектуры Rock появятся в 2008 году, тогда как на этот же период у Intel и AMD, согласно серверному роадмэпу, запланирован выпуск лишь 4-ядерных чипов. Очевидно, что благодаря Sun в ближайшие несколько лет гонка за многоядерностью приобретет дополнительную интригу.