Большой шаг вперед

При помощи технологии расширенной 64-разрядной памяти Intel перебрасывает мост между 32-разрядными серверами Xeon и 64-разрядными серверами Itanium 2: благодаря EM64T новые серверы могут работать по выбору с 32- или 64-разрядными операционными системами. Но какие же приложения подходят для работы с EM64T или для Itanium, а каким придется пока довольствоваться 32-разрядным окружением?

Главным отличительным признаком новейших серверных процессоров от Intel является интегрированная 64-разрядная технология расширенной памяти. Благодаря этому расширению прежней 32-разрядной архитектуры оснащенные EM64T серверы могут без проблем работать с 32- и 64-разрядными операционными системами и напрямую адресовать большие объемы оперативной памяти. Для пользователей, которым производительности 32-разрядной архитектуры уже недостаточно, это шаг навстречу новым возможностям. Системы EM64T закрывают прежнюю брешь между 32-разрядными серверами Xeon и 64-разрядными серверами Itanium (см. Рисунок 1).

Серверы на базе Itanium, как правило, обеспечивают работу сложных, требующих интенсивных вычислений приложений для финансовых расчетов, симуляции аварий или иного научно-технического применения. Повышенная производительность — по сравнению с 32-разрядными серверами Intel Xeon — отражается и на цене, но, поскольку серверы Itanium базируются на распространенных отраслевых стандартах, они все же намного дешевле схожих по функциональности систем UNIX.

Выпускаемые в соответствии с отраслевыми стандартами 64-разрядные системы часто используются в конфигурациях с двумя процессорами и предназначены для высокопроизводительных компьютерных кластеров (High Performance Computing Cluster, HPCC) или разработчиков программного обеспечения, создающих 64-разрядные решения на базе архитектуры обработки команд с явным параллелизмом (Explicitly Parallel Instruction Computing, EPIC) Itanium 2. Выгода от возросшей емкости становится наиболее очевидной в том случае, когда в оперативной памяти обрабатываются большие объемы данных.

Серверы Itanium, например Dell PowerEdge 7250 с четырьмя процессорами Itanium 2, предназначены для критичных деловых приложений, в которых нуждаются вычислительные центры. По причине высокой производительности операций с плавающей запятой серверы с такими процессорами могут успешно применяться в качестве платформ для дорогостоящих вычислений: анализа рисков, аэродинамических вычислений или исследовательских приложений. В этом случае производительность вычислений никогда не может быть достаточно большой.

Потребность в повышении мощности испытывают и пользователи традиционных 32-разрядных систем Intel Xeon, производительности которых едва хватает для целого ряда приложений. В качестве примера можно привести уже далеко не маленькое и растущее по экспоненте число приложений для баз данных, а также решений для обмена сообщениями и программного обеспечения коллективной работы, чья производительность страдает из-за частых обращений к жесткому диску. Они многое выиграли бы от более быстрого доступа к данным, находящимся в оперативной памяти. Для сравнения, 32-разрядные процессоры могут использовать до 4 Гбайт оперативной памяти; если требуется больше, то приходится прибегать к некоторым техническим ухищрениям. 64-разрядный процессор, напротив, теоретически может адресовать до 16 эксабайт памяти (1 эксабайт равен 1018 байт). В первой реализации EM64T от Intel физическая длина адреса достигает 40 бит, поэтому процессор может обращаться к области памяти объемом 1 Тбайт.

Процессоры с поддержкой EM64T способны работать в разных режимах: если процессор обнаруживает 32-разрядную операционную систему, то применяется так называемый традиционный режим — 64-разрядные функции не задействуются, процессор ведет себя как традиционный х86, на котором работают 32-разрядные операционные системы и приложения. Если же обнаруживается 64-разрядная ОС, то осуществляется переход в режим работы IA32е, состоящий из двух подрежимов: совместимости и 64-разрядного.

Режим совместимости обеспечивает бинарную совместимость с существующими 32-разрядными или даже со «старыми» 16-разрядными приложениями, однако адресное пространство не превышает 32 бит. Этот лимит теряет силу лишь с использованием 64-разрядного режима.

КАКАЯ АРХИТЕКТУРА КАКОМУ ПРИЛОЖЕНИЮ?

При выборе подходящей архитектуры в первую очередь необходимо установить параметры производительности и тип доступа к данным. Важными факторами, от которых зависит общая производительность системы, являются ширина шины данных процессора и объем доступной оперативной памяти. В зависимости от типа приложения они могут оказывать весьма заметное влияние на производительность. Это можно сравнить с восьмицилиндровым мотором: если автострада свободна, он гарантирует большую скорость, но в городе, где автомобилю мешают разогнаться светофоры, выгода от его наличия сводится к нулю.

Архитектура процессора выбирается с учетом следующих факторов:

последовательный или произвольный доступ. Кодирование/декодирование видео, к примеру, требует последовательных структурированных вычислений и эффективно использует производительность 64-разрядной платформы. А при совместном использовании файлов и принтеров процессор, напротив, должен отвечать на множество совершенно разных пользовательских запросов. Потребность в «голой» производительности процессора в этом случае заметно ниже;
сложность алгоритмов или потребность в обработке больших объемов однотипных данных. Например, в области биотехнологии постоянно приходится иметь дело с различными сложными вычислительными операциями, где обрабатывается огромное количество данных. Массу информации «перемалывают» также приложения из области служб имен доменов (Domain Name System, DNS) или протокола защищенных сокетов (Secure Sockets Layer, SSL). Они применяют достаточно простые алгоритмы для обработки больших объемов данных;
цена памяти. Важное значение имеет не только величина доступной оперативной памяти, но и ответ на вопрос, насколько эффективно приложения используют ее. Если они оптимизированы таким образом, что в оперативной памяти обрабатывается максимально возможное количество данных, это существенным образом сказывается на общей производительности системы. Поскольку адресуемое пространство 64-разрядных приложений, как уже упоминалось, заметно больше, чем в случае 32-разрядных приложений, они обладают заметным преимуществом.

С учетом перечисленных переменных все приложения можно разделить на три группы (см. Рисунок 2):

Рисунок 2. Сервер с технологией EM64 вскоре станет поддерживать разные приложения: как ранее работавшие на серверах Itanium, так и те, для которых традиционные серверы Xeon не могут предложить достаточной производительности.

приложения с интенсивными вычислениями. К ним относятся многие специализированные пакеты и критичные для предприятий приложения из области биотехнологий, высокопроизводительных компьютерных кластеров, обработки баз данных (DB2, Oracle, SQL Server) и ERP. Все они заметно выигрывают от использования 64-разрядного процессора — чем больше предоставленный объем адресуемой оперативной памяти, тем выше производительность;
приложения с высокими требованиями к интенсивности вычислений и объему памяти. К этой категории относятся инфраструктурные приложения: например, кэширование Internet, DNS, DHCP, SSL, интерфейсные части баз данных, а также системы коллективной работы и обмена сообщениями — IBM Lotus Domino или Microsoft Exchange. В каждом отдельном случае необходимо проверять, нуждается ли приложение в повышенной производительности и большом адресном пространстве 64-разрядного процессора;
типичные стандартные приложения — известные офисные системы (Microsoft Office), совместное использование файлов или принтеров, целевые и востребованные лишь небольшим числом пользователей приложения с умеренным объемом данных. В общем и целом таким программам требуются процессоры с достаточно скромной производительностью, так что для них 32-разрядного процессора вполне достаточно. В эту группу попадает самая большая часть коммерчески доступных стандартных приложений, а также «доморощенных» программ, которые были написаны в расчете на 32-разрядный процессор и ограничение по объему оперативной памяти в 2 Гбайт. Даже если предприятие покупает новые серверы с технологией EM64T, подобные приложения все равно работают в 32-разрядном режиме.

При миграции от 32- к 64-разрядной системе важно наличие операционных систем и приложений. 64-разрядные стандартные приложения — все еще большая редкость. В качестве примера можно назвать специальные версии Microsoft SQL Server, IBM DB2, баз данных Oracle, MySQL, HTTP-сервера Apache, CA Ingres и CA Unicenter.

Новая 64-разрядная технология расширенной памяти поддерживает имеющиеся 32-разрядные операционные системы, драйверы и приложения. Однако для того, чтобы приложения могли в полной мере использовать 64-разрядный режим, их необходимо скомпилировать заново. Прошедшим летом на рынке уже предлагались 64-разрядные версии Red Hat Enterprise Linux 3.0 и SuSe Linux Server 9. В начале 2005 г. должна выйти 64-разрядная версия Microsoft Windows Server для EM64T от Intel. Для конкретного приложения требуется проверить наличие драйверов для поддержки используемых периферийных устройств. Это необходимо сделать как в случае Linux, так и при работе с Windows.

Петер Дюмиг — менеджер по серверным продуктам в немецком отделении Dell. С ним можно связаться по адресу: pf@lanline.awi.de.