Архитектура SPARC и серверы Sun SPARC Enterprise
26 июня 2008
Рубрика: Технологии.
Автор: .

pic

Архитектура SPARC — основа SPARC Enterprise
Архитектура процессора SPARC была разработана инженерами Sun Microsystems в 1985 году, а ровно двадцать лет назад компания выпустила первую рабочую станцию, оснащенную этим процессором. С тех пор архитектура SPARC прошла долгий и сложный эволюционный путь, но по-прежнему остается одним из краеугольных камней корпоративной технологической политики Sun Microsystems.

Основой всех современных процессоров SPARC является представленная в 1995 году спецификация 64-разрядной архитектуры UltraSPARC (версия V9). Она сохраняет качество, присущее всем SPARC, прошлым и будущим, а именно полную бинарную совместимость, то есть программа, разработанная и скомпилированная для SPARC V7 или V8, будет выполняться и на UltraSPARC, а со временем и на готовящемся к производству процессоре Rock. Причем без какой-либо эмуляции, непосредственно в бинарном коде SPARC. Бинарная совместимость рассматривается как основополагающий принцип процессорной стратегии Sun, чем гарантируется совместимость всех поколений процессоров, построенных по архитектуре SPARC.

Краеугольный принцип политики Sun в отношении SPARC — открытое лицензирование, это дало возможность компаниям Fujitsu, Cypress, LSI Logic и Texas Instruments создать собственные версии процессора. Для координации совместной работы в 1989 году была образована независимая компания SPARC International, которой было передано право интеллектуальной собственности на архитектуру и брэнд SPARC. Ее деятельность способствовала дальнейшему развитию рынка SPARC-совместимых процессоров, рабочих станций и серверов. В разное время заметными игроками на этом рынке были компании Fujitsu, HaL (впоследствии ставшая частью Fujitsu), Soulbourne, Cypress (Ross Technology) и Metaflow. В последние годы Sun сделала еще один шаг к открытию архитектуры SPARC, опубликовав исходные коды процессора UltraSPARC Tl (Niagara) на языке Verilog. Теперь любой разработчик имеет право воспроизвести его полностью или частично. Предоставленной возможностью уже воспользовалась компания Simply RISC ( srisc.com ), выпустившая одноядерный процессор SI Core.

pic

В конце 90-х годов, несмотря на значительные успехи традиционной монолитной процессорной архитектуры, специалисты Sun пришли к выводу, что будущее — за многоядерными и многопотоковыми процессорами. В 2002 году, опираясь на результаты исследовательских работ, корпорация выбрала многоядерные и многопотоковые процессоры (Chip Multithreading, CMT) в качестве основного направления на ближайшее десятилетие. Исполнение этого важнейшего стратегического решения потребовало концентрации инженерных и материальных ресурсов, поэтому некоторые прежние приоритеты пришлось пересмотреть. Усилия были сконцентрированы на перспективных проектах многоядерных процессоров Niagara и Rock. Тогда же принято и вполне оправданное тактическое решение по закрытию проектов, лежащих в русле «традиционных» архитектур, в том числе процессора UltraSPARC V. Проектирование Niagara и Rock — это работа на опережение, ее результаты не могут проявиться немедленно. Поэтому параллельно с ней, для того чтобы обеспечить непрерывность поставки продуктов, продолжающих традиционную многопроцессорную архитектуру SPARC, в 2004 году Sun заключила договор с компанией Fujitsu: оба вендора взяли на себя обязательства по совместной разработке и производству полной линейки серверов на базе архитектуры SPARC с промежуточной версией процессора.

По условиям соглашения каждая компания привнесла свои технологии и свой интеллектуальный капитал в новую линейку серверных продуктов, названную Advanced Product Line (APL). В рамках проекта серверы начального уровня с технологией Chip Multithreading на базе процессоров UltraSPARC Tl полностью разрабатывались в Sun. Fujitsu провело работы над процессором SPARC64 VI, предназначенным для систем среднего и старшего уровней.

Что же касается архитектуры систем mid-range и high-end, то над ней инженеры обеих компаний работали совместно, при этом каждая внесла и свой уникальный вклад. Так, Fujitsu, имея опыт разработки мэйнфреймов, смогла обеспечить высокие показатели надежности и высокой готовности, а Sun предоставила операционную систему Solaris, которая будет работать на этих серверах. В начале ХХI века Fujitsu успешно перенесла технологии обеспечения надежности и высокой готовности из своих мэйнфреймов в серверы SPARC. Сегодня в старших серверах семейства APL эти технологии активно применяются, позволяя достичь наивысшего уровня надежности для открытых систем.

В истории многолетних отношений между двумя компаниями подобные прецеденты обмена технологиями и совместной работы уже случались. Например, в начале 90-х в серверах Sun использовались процессоры HyperSPARC производства Ross Technology, впоследствии эта компания вошла в состав Fujitsu, а спустя несколько лет Fujitsu лицензировала у Sun технологию системного коммутатора Ultra Port Architecture (UPA), положенную в основу первых серверов на базе 64-разрядного UltraSPARC.

Производство систем налажено на трех заводах: два из них принадлежат Sun (в Шотландии и в США), один, расположенный в Японии, — Fujitsu. Технически системы абсолютно идентичны, они отличаются только цветом корпуса и логотипом. Сотрудничество распространяется исключительно на инженерные разработки, в вопросах продаж конкуренция сохраняется, и здесь следует учесть, что Sun значительно опережает Fujitsu. Так, по данным IDC за третий квартал 2006 года, доля рынка Unix-серверов по числу установленных систем у Sun составляла 44,6%, у Fujitsu/Fujitsu-Siemens — 4,1%.

Перегруппировка сил принесла реальные плоды: процессор Niagara выпущен на девять месяцев раньше намеченного срока — случай небывалый в практике процессорных разработок! Проект Niagara 2 реализуется с опережением графика, с лета 2006 года опытные образцы работают в тестовых системах в лабораториях Sun. Разработка процессора Rock также идет опережающими темпами: в январе текущего года завершена разработка прототипа, а в марте выпущен первый экземпляр (см. раздел «Новости»). Первые продукты на базе процессора Rock должны появиться во второй половине 2008 года.

RISC-мэйнфреймы: производительность + RAS
Совместными усилиями Sun и Fujitsu удалось создать вертикально масштабируемое решение, которое сочетает в себе преимущества мэйнфреймов, но остается в ценовой категории Unix-серверов, что дает основание считать линейку серверов SPARC Enterprise новым классом компьютеров RISC-мэйнфреймами.

Процессор SPARC64 VI
Архитектура процессора SPARC64 VI полностью соответствует спецификации SPARC V9 level 2, поэтому он сохраняет бинарную совместимость со всеми предшествующими и будущими процессорами, удовлетворяющими ее требования. Двухъядерный SPARC64 VI сочетает в себе новейшие процессорные решения, в том числе Chip Multiprocessing (CMP) и Vertical Multuthreading (VMT), благодаря чему обеспечивается одновременное выполнение двух потоков одним ядром.

pic

Вертикальная технология VMT — один из двух возможных способов реализации многопотоковости на кристалле Chip Multuthreading (CMT). Второй способ называется, соответственно, горизонтальным — Horizontal Multithreading (HMT). При такой классификации очевидна аналогия с горизонтальным и вертикальным масштабированием в серверах. Если ядро способно выполнять команды из разных потоков одновременно, то такой подход называют горизонтальным. Выполнение распараллеливается, поэтому иногда этот метод называют еще Simultaneous Multithreading (SMT). Вертикальное решение VMT отличается тем, что в ядре имеются дополнительные регистры и логические схемы. Выполняемые команды можно направлять по разным потокам при помощи коммутации этих регистров и схем. Каждый из вертикальных потоков представляется операционной системе как независимое CPU. Хотя процессор SPARC64 VI разработан компанией Fujitsu, следует отметить, что фундаментальные исследования в области CMT, сравнительный анализ VMT и HMT выполнялись в Sun под руководством Марка Трембли еще в конце 90-х годов — в процессе создания процессора MAJC.

pic

Приближение SPARC Enterprise по своим характеристикам RAS (надежность, готовность, удобство обслуживания) к мэйнфреймам достигается за счет повышенного внимания к обнаружению и исправлению ошибок. Модули SPARC64 VI, функции которых связаны с RAM, дублируются и оснащаются средствами для исправления ошибок (ECC). Если же автоматическое исправление ошибки невозможно, то она автоматически маркируется (Error Marking), а диагностическая информация о ней передается в сервисный процессор.

Память
Структура оперативной памяти в серверах SPARC Enterprise реализована с учетом необходимости обеспечения производительности и масштабирования. В модели M4000 максимальный размер памяти составляет 128 Гбайт, а в модели M9000 он может быть доведен до 2 Тбайт. Память комплектуется компонентами DDR-II DIMM емкостью 1, 2 и 4 Гбайт. Как и в процессоре, большое внимание уделено надежности функционирования, для этого память обладает следующими функциями:
• патруль памяти (Memory patrol) — эта проактивная функция обеспечивает периодическое сканирование памяти с целью обнаружения слабых мест, предупреждая возникновение реальных сбоев
• расширенный контроль корректности кодов (Memory Extended ECC) позволяет исправлять одиночные ошибки при обмене с памятью в пакетном режиме, так называемые Burst Read Error (BRE), являющиеся частыми источниками сбоев
• зеркалирование памяти (Memory Mirroring) — дополнительная функция, она предоставляет возможность дублировать память при записи и сравнивать обе записанные копии данных. Серверы среднего класса M4000 и M5000 имеют простую архитектуру зеркалирования, а серверы старшего класса M8000 и M9000 — более производительную.

pic

Сервисный процессор
Серверы среднего и старшего классов SPARC Enterprise комплектуются специальным сервисным процессором eXtended System Control Facility (XSCP), на котором выполняется пакет Control Package (XCP), обеспечивающий мониторинг и управление. Этот процессор регулярно опрашивает датчики, измеряющие показатели окружающей среды, сообщает о потенциально опасных ситуациях, а также выполняет проактивное тестирование в непрерывном режиме, даже если система включена, но не работает.

Состав семейства Sun SPARC Enterprise
Члены семейства Sun SPARC Enterprise делятся на три подмножества: серверы начального, среднего и старшего уровней. Оценивая их с точки зрения новизны, следует учесть, что первые появились на год раньше двух остальных (стоит отметить, что в ближайшем будущем появятся системы на базе процессора Niagara 2). Процессор будет иметь восемь ядер, два конвейера по восемь потоков на каждое ядро. В общей сложности новые серверы смогут поддерживать 64 параллельных потока. Из других усовершенствований следует отметить наличие восьми модулей работы для вычислений с плавающей запятой, увеличение кэш-памяти и многое другое. С появлением процессора Niagara 2 серверы начального уровня «уйдут в отрыв», пока же преимущество новых систем среднего класса M4000 и M5000 и старшего класса M8000 и M9000 состоит в том, что они построены на существенно более производительных процессорах, а реализованные в них решения обеспечивают эксплуатационные характеристики, доступные прежде только на существенно более дорогих мэйнфреймах.

pic

Sun SPARC Enterprise T1000
Модель Sun SPARC Enterprise T1000 имеет 6- или 8-ядерный процессор UltraSPARC T1, работающий на частоте 1 ГГц, оперативную память до 32 Гбайт, интерфейс Ethernet 10/100/1000 Мбит/с, один последовательный порт Serial One DB-9, один порт PCI-Express (PCI-е), один диск 160 Гбайт SATA или два диска 73 или 146 Гбайт SAS.

Sun SPARC Enterprise T2000
Модель Sun SPARC Enterprise T2000 имеет 6- или 8-ядерный процессор UltraSPARC T1, работающий на частоте 1, 1,2 или 1,4 ГГц, оперативную память до 64 Гбайт, интерфейс Ethernet 10/100/1000 Мбит/с, один последовательный порт Serial One DB-9, три порта PCI-Express (PCI-е), два порта PCI-X четыре диска SAS 73 Гбайт или 146 Гбайт. По сравнению с Sun SPARC Enterprise T1000 сервер Sun SPARC Enterprise T2000 отличается более высокими показателями RAS.

Sun SPARC Enterprise M4000
Модель Sun SPARC Enterprise M4000 относится к экономичному классу и ориентирована на использование в составе центров обработки данных. Она монтируется в шасси высотой 6 RU, может комплектоваться четырьмя процессорами и памятью 128 Гбайт, предусматривает деление на два динамических раздела Dynamic System Domains, имеет четыре слота PCIe, один слот PCI-X, два внутренних диска, один дисковод DVD и в качестве опции лентопротяжный механизм DAT. Для питания предусмотрены два взаимно резервирующих друг друга источника, охлаждение обеспечивают четыре вентилятора.

Sun SPARC Enterprise M5000
Модель Sun SPARC Enterprise M5000 тоже относится к экономичному классу.
Как и M4000, она ориентирована на использование в составе центров обработки данных и поддержку бизнес-задач, но имеет количественные отличия. M5000 монтируется в шасси высотой 10 RU, может комплектоваться восемью процессорами, памятью на 256 Гбайт, предусматривает деление на четыре динамических раздела Dynamic System Domains, имеет восемь слотов PCIe, два слота PCI-X, четыре внутренних диска, один дисковод DVD и как опцию лентопротяжный механизм DAT. Питание подают четыре резервирующих друг друга источника, охлаждается сервер при помощи четырех вентиляторов.

Sun SPARC Enterprise M8000
Модель Sun SPARC Enterprise M8000 поставляется в виде отдельного шкафа, где может быть смонтировано до четырех модулей процессор-память CPU Memory Units (CMU) и до четырех модулей ввода/вывода I/O Units (IOU). В полностью сконфигурированном виде Sun SPARC Enterprise M8000 содержит 16 процессоров, 512 Гбайт памяти, 32 слота PCIe, система может делиться на 16 динамических разделов Dynamic System Domains, она имеет 16 встроенных дисков, один дисковод DVD и лентопротяжный механизм DAT в качестве опции. Девять резервирующих друг друга источников обеспечивают питание, 12 вентиляторов — охлаждение.

Sun SPARC Enterprise M9000
Модель Sun SPARC Enterprise M9000 поставляется в двух комплектациях — на 32 и 64 процессора. В первом случае в одном шкафу может быть смонтировано до восьми модулей процессор-память CPU Memory Units (CMU) и до восьми модулей ввода/ вывода I/O Units (IOU). В полностью сконфигурированном виде Sun SPARC Enterprise M9000 содержит 32 процессора, 1 Тбайт памяти, 64 слота PCIe. Систему можно разделить на 16 динамических разделов Dynamic System Domains. Она имеет 32 встроенных диска, один дисковод DVD и лентопротяжный механизм DAT (в виде опции). Для питания присутствуют 15 резервирующих друг друга источников, за охлаждение отвечают 16 вентиляторов. Максимальная по размерам конфигурация состоит из двух таких шкафов, что предполагает удвоение всех показателей комплектации.

pic

Операционная система
Операционная система Solaris показала свою способность к линейному масштабированию в диапазоне от 1 до 144 процессорных ядер и к работе с размерами оперативной памяти, превышающими максимальный объем памяти серверов Sun SPARC Enterprise. В версии Solaris 10 она поддерживает технологии Dynamic System Domains, eXtended System Boards, Dynamic Reconfiguration и Solaris Containers. Средствами Solaris обеспечивается качество управления ресурсами, соответствующее мэйнфреймам.

Sun гарантирует полную совместимость новых серверов с ОС Solaris на уровне двоичных кодов, что обеспечивает защиту инвестиций в существующую инфраструктуру центров обработки данных. Таким образом пользователи серверов Fujitsu PRIMEPOWER или Sun Fire смогут легко и безопасно переходить на новую платформу Sun SPARC Enterprise и продолжать использовать широкий спектр надежных приложений для ОС Solaris (ОС №1 на рынке UNIX-систем) от ведущих мировых поставщиков программных и аппаратных средств.

Orphus system
Подписывайтесь на канал infoCOM.UZ в Telegram, чтобы первыми узнавать об ИКТ новостях Узбекистана
В Telegram
В WhatsApp
В Одноклассники
ВКонтакте