Процесорът Power5 на IBM струва втори поглед

Ако всички неща бяха равни и IBM направи своите системи толкова достъпни, колкото Dell и Hewlett-Packard правят своите, процесорът IBM Power5 може да погребе Itanium 2. Intel, представен за пръв път през лятото, Power5 е един-два удара, триумф на инженерството от компания, която се отличава не само в дизайна на процесора, но и в субмикронната наука за производство и опаковане на чипове.

Power5 е много бърз, разбира се. Но това може да се разглежда и като първият сериозен опит на IBM да отговори на нуждите на клиентите извън скоростта. Power5 предлага подобрена енергийна ефективност и страхотна мащабируемост, поддържа не-IBM операционни системи (включително Linux и Windows) и осигурява разделяне и виртуализация, несравними с текущата технология на Intel.

Power5 също така предвещава ново поколение 64-битови, базирани на PowerPC работни станции и сървъри от дългогодишния партньор на IBM в Power, Apple Computer. А наскоро IBM предприе неочакван ход за компания, изградена върху патенти, публикувайки Power архитектурата и инструментите под отворен лиценз.

Има толкова много начини, по които влиянието на Power5 надхвърля основната база от клиенти на IBM. Въпреки че IBM също продава сървъри Itanium 2, Opteron и Xeon, компанията очевидно се стреми да предаде Power5 системите в ръцете на администраторите на Linux и Windows. Дали това има смисъл ще зависи от клиентите, но чистият технически мускул на Power5 и колебливите богатства на архитектурата Itanium изискват водещият процесор на IBM да предприеме пътуване под нашия микроскоп.

Тайни на властта

IBM постоянно привлича най-умните умове, този тип инженери, които заслужават прозвището „компютърен учен“. През 80-те години на миналия век тези учени изготвиха процесорна архитектура, създадена за производителност: IBM 801, оригиналният RISC процесор. Наследството на 801 продължава да съществува в серията IBM Power процесори от корпоративен клас.

Основната разлика между RISC процесор и CISC процесор, като x86 на Intel, може да се разглежда като преместване на въже между програмисти и чип дизайнери. Процесорите CISC са създадени, за да улеснят живота на разработчиците на приложения, като намаляват общите операции до единични, дълго изпълняващи се местни инструкции, давайки на CISC репутацията на бавен, но приятелски дизайн. В сравнение с тази светлина, RISC е бърз и неприятен. Всяка от нейните прости инструкции служи за много тясна цел, изпълнява се бързо и паралелизира изключително добре. RISC изисква търпеливи, талантливи програмисти и щателно оптимизирани компилатори; Успехът на RISC свидетелства за изобилие и от двете.

Най-известният атрибут Power5 е интегрирането на две дискретни RISC ядра на един чип. Съобщенията на AMD, Intel и Sun Microsystems относно предстоящите многоядрени процесори фокусираха вниманието върху този аспект на Power5, но многоядреността беше и характеристика на предшествениците си Power4 и Power4 +. Според IBM Power5 е напълно съвместим с изпълними файлове на Power4. Чудото на многоядреността е, че осигурява мечтата на тръбата за по-голяма скорост в по-малко пространство без значително увеличаване на топлината. Но както ще видите, многоядрената система не е просто SMP на чип.

Първо, ядрата на Power5 споделят много бърз кеш от ниво 2. Скоростта и количеството кеш са фактор за работата на всички микропроцесори. (Еволюцията на x86 показва, че Intel е напълно обсебен от кеш паметта.) С прости инструкции, които летят през RISC процесор толкова бързо, ефективността на кеша при намаляване на броя пътувания до RAM става ключът към целия дизайн.

Кешът от ниво 2 на Power5 възлиза на малко по-малко от 2MB. При споделен кеш, данните, извлечени от едно ядро, са незабавно достъпни за другото, увеличавайки вероятността извличането на следващата програмна инструкция или блок данни няма да изисква пътуване до RAM, която убива производителността. Но споделеният кеш също така прави по-вероятно ядрата да се опитат да получат достъп до кеша едновременно, което те не могат да направят.

IBM внедри ограничение за съпоставяне на кеш, разделяйки кеша от ниво 2 на три сегмента. Този дизайн позволява почти едновременен достъп до кеш памет, стига и двете ядра да удрят различни сегменти на кеша. IBM има още едно креативно решение на проблема със спора за кеш на ниво 2: огромен външен кеш от ниво 3 36MB. Всяко ядро ​​притежава своя кеш ниво 3, така че няма възможност за конфликт между ядра. Въпреки че кешът на ниво 3 не е толкова бърз, колкото ниво 2, ниво 3 е много по-бързо от основната памет, а дизайнът на Power5 прави връзката между неговото ядро ​​и свързания с него кеш от ниво 3 директна връзка. Ние считаме, че преработката на IBM на ниво 3 кеш дизайн е една от най-добрите победи в дизайна в Power5.

Друго значително увеличение на Power5 са контролерите за памет на чипа. Всяко ядро ​​Power5 има собствен контролер и е в състояние да управлява специален блок основна памет. Това оказва огромно влияние върху цялостната производителност, както видяхме например при сравняване на пропускателната способност на Opteron и Xeon. И в случая на Power5, дизайнът се вписва в стратегията на IBM за многостепенна паралелизация.

Две не са достатъчни

Power5 не е само двуядрен; той реализира SMT (Simultan Multi-Threading) на Power4, който дава възможност на всяко ядро ​​да изпълнява инструкции от две нишки едновременно, при определени условия. SMT е подобен на HTT на Intel (Hyper-Threading Technology), но с отчетливи предимства, които правят "определени условия" по-широки и които динамично оптимизират паралелизацията чрез анализ и приоритизиране на нишките, за да направят паралелното изпълнение по-ефективно - много по-ефективно, мислим. Въпреки че е трудно да се изолира при тестване, внедряването на Power5 би трябвало да надхвърли максималния 30-процентен тласък, който Intel проектира за HTT.

Power5 добавя две основни, но много необходими схеми за приоритизиране на нишки. Динамичното балансиране на ресурсите се опитва да поддържа потоците на инструкциите да текат гладко, като анализира поведението на нишките и отстранява кода, който може да забави SMT потока. Например инструкциите, които трябва да се изпълняват последователно, за да се получи точен резултат, могат да заключат тази нишка в процесора за известно време. Power5 се опитва да предвиди това и да изпълнява по-прости инструкции, докато има място за изпълнение на последователността, без да запушва SMT.

В друга страхотна печалба от дизайна, регулируемият приоритет на нишките на Power5 дава на операционните системи, драйверите и приложенията възможността да задават произволно ниво на приоритет на всяка нишка. Този дефиниран от приложението приоритет на нишката се включва в изчисленията за динамично балансиране на ресурси и се използва по-широко, за да се определи продължителността на времето, в което нишката остава активна в процесора. Той също така дава на операционните системи лесен начин за контрол на пестенето на енергия.

Ако имате много високоприоритетни нишки, полето ще работи горещо. Но тъй като операционната система събаря приоритетите на нишките, процесорът ще изпълнява повече цикли на празен ход и следователно ще работи по-хладно. Ако свалите всички приоритети на нишките до най-ниското им ниво, процесорът преминава в спящ режим с ниска мощност. Това е най-простият подход към управлението на захранването, който можем да си представим.

И накрая, Power5 използва това, което знае за съоръженията, необходими на всяка RISC инструкция, за да изключи по същество части от чипа, които не са необходими към този момент. Това потенциално поставя ново въртене на скандалните проблеми с мощността и топлината на Power. Със сигурност изглежда по-просто от управляваните от ОС схеми за управление на захранването като тези, използвани от процесори x86.

Може би никога няма да забележите

Само по технология Power5 е позициониран да управлява. Но невероятно, колкото може да изглежда на много скептици на Itanium 2, които споделят мнението си, мнозинството от наблюдателите вече призоваха състезанието Itanium 2 / Power5 в полза на Intel.

Това е странна оценка, защото в този случай IBM дърпа Intel на Intel. RISC притежава пазара на Unix, Unix притежава пазара на среден и висок клас, а Intel не прави RISC. Това е в студа за тези милиони долари, големи железни поръчки за покупка. Intel е ефективно блокиран, освен ако не успее да убеди купувачите, че Itanium 2 остарява RISC. Ще успее ли Intel да проникне? Смятаме, че ще отнеме години, докато Itanium изтласка RISC настрана и докато прониква, Power и Sparc ще продължат да се развиват.

Това, което затруднява повикването е, че IBM иска пазара на Intel толкова, колкото Intel иска пазара на IBM. IBM продава Power5 сървъри за $ 5000 с предварително инсталиран Linux. Върнете се нагоре и сканирайте спецификациите, за да разберете защо сървърът Power5 за $ 5000 може да е хубаво да се намира наоколо.

Анализаторите, гравиращи надгробни камъни за Power, отбелязват, че бизнесът с чипове на IBM не печели пари. Но нейният системен бизнес е и сега тези две звена са едно. Това е умен ход: Правете чипове за системи, които продавате; изградете системи около чиповете, които правите. Публикуването на дизайна и инструментите за обществеността също е умно. Всеки отворен лицензополучател е потенциален производствен клиент и необременената интелектуална собственост ще се влива от гении, които не са в платежната ведомост на IBM.

Това са добри стратегии за улеснение до навлизането на пазара. Ако само IBM не трябваше да се занимава с клиенти. Big Blue никога не е успял да донесе долния край на своя каталог на марката и доверието на клиентите, на които Dell и HP се радват в пика. Голямата работа, която инженерите на IBM са свършили, е свързана с лошия маркетинг на компанията. По всяка вероятност, ако сега не използвате оборудване на IBM, никога няма да погледнете сървър Power5, независимо от цената.

IBM умишлено прикачи успеха на Power5 към Linux на начално ниво. Но е трудно да се извлече добавена стойност от софтуер, който обществеността вярва, че може да изтегли безплатно, а Linux е операционна система, която купувачите не са склонни да купуват нов хардуер, за да работят. С други думи, Linux няма да продава Power5 сървъри за влизане. С $ 5000 до $ 6000, най-евтиният сървър на IBM Power5 не е достатъчно евтин в сравнение с мръсния евтин Opteron или Xeon EM64T (Extended Memory 64 Technology) сървър с Linux.

От друга страна, големият желязо на Unix се продава сам и клиентите винаги ще купуват повече от това, което вече използват. Те ще купуват това, което съветват техните консултанти за решения. IBM превъзхожда всички останали в способността си да се справя с големи акаунти. Не можете да отвлечете клиент от IBM хардуер на среден и по-висок клас. Така че цялостното послание за Power5 ще бъде объркано за пресата и за широката общественост, но костюмите на място заобикалят маркетинга на IBM. В отношенията между IBM и клиента не можете да победите IBM.

Power5 разполага с почти всичко: скорост, простота, иновации, безпроблемна обратна съвместимост, зрял набор от инструменти за разработка и подкрепата на технологичен гигант. Това е ненадминато инженерно постижение, създадено от може би най-умните инженери в света. Ако маркетингът на IBM някога съвпада с интелигентността на своето инженерство, внимавайте, Intel.