Леонид Черняк

Двадцать лет назад под очевидным давлением спроса состоялась необъявленная стандартизация персональных компьютеров, в результате которой появилось то, что мы называли раньше IBM-PC-совместимым компьютером, предполагая наличие и других, а теперь просто PC. Стандартизация и массовость применения - это две взаимосвязанные сущности, а отнюдь не злая воля компаний-монополистов. За последние несколько лет, в условиях стремительного развития всех видов сетевых технологий, в разряд массовых продуктов переходят серверы младшего ценового диапазона (до 100 тыс. долл.). В этом секторе рынка отмечается ежегодный рост объема продаж на 40 - 60%, создающий условия для формирования стандарта де-факто и в этой группе высокотехнологичного оборудования.

Сравнение производительности серверов

Основные игроки на поле борьбы за стандарт практически те же, что и в прежние годы. И главным претендентом на победу, безусловно, является компания Intel. Нельзя не признать того, что какими бы преимуществами ни обладали производители серверов на RISC-платформах, их положение в известной степени напоминает позицию компании Apple в те уже ставшие историческими времена. Огромные инвестиции Intel в исследования и разработки, налаженное производство дают ей неоспоримое превосходство в гонке за формирование потребительского стандарта. Компания много лет выпускает процессоры, чипсеты и системные платы для серверов, поэтому для нее совершенно естественным стал следующий шаг - создание стандартной серверной платформы, которая могла бы быть использована другими вендорами при выпуске серверов под собственной торговой маркой.

Этот процесс клонирования в общем-то одного решения в разных исполнениях уже принял вполне осязаемые формы. Заметное число крупных и мелких компаний налаживают сборку серверов на платформе Intel. Их относят к классу стандартной массовой продукции SHV (Standard High-Volume). Под стандартностью здесь понимается построение серверов из стандартных промышленных блоков, выпускаемых в больших объемах. Сборка из стандартных компонентов - основное отличие этих серверов от их аналогов, построенных на основе RISC-процессоров. Последние выпускаются в гораздо меньших количествах, и их архитектура специфична для каждой фирмы. Таким образом, изготовление высококачественных серверов перестает быть прерогативой крупных компаний, доминировавших в течение десятилетий, оно становится доступным и более мелким, в том числе отечественным фирмам, специализирующимся на сборке компьютеров.

Серверная платформа Intel

Первым шагом на пути к появлению серверной платформы Intel был выпуск в 1995 г. процессора Pentium Pro, характеристики которого позволяют строить серверы с мультипроцессорной архитектурой. Во второй половине 1998 г. его наследником стал Pentium II Xeon - новый основной процессор для масштабируемых серверов, а в последующем и их кластерных конфигураций. (В данном контексте предполагается кластерная архитектура, связывающая непосредственно процессоры двух серверов.)

Серверная платформа Intel построена на широко известных принципах симметричного объединения нескольких процессоров Symmetric Multiprocessing Platform (SMP). До настоящего времени максимальное число процессоров составляет в серверах SHV не более 4. Эта “квадрига” представляет собой модуль, с помощью которого можно построить сервер с большим числом процессоров, например с использованием архитектуры соединения NUMA-Q. Некоторые компании выпускают серверы с числом процессоров до 6 на процессоре Xeon, но они уже не относятся к категории SHV. Следует заметить, что после приобретения компании Corollary, специализировавшейся на создании мультипроцессорных серверов, представители Intel сообщили, что в 1998 г. можно ожидать появления 8-процессорного сервера.

Технология SMP подразумевает, что процессоры равны между собой, и реализует выполнение приложения в распределенном режиме. Среди возможных схем объединения от 16 до 32 процессоров в одном компьютере SMP имеет неоспоримые преимущества в простоте и стоимости. Работа платформы Intel SMP поддерживается операционными системами Unix, OS/2 и Windows NT.

Основная проблема мультипроцессирования (проблема когеренции) заключается в согласовании работы процессоров. Она решается средствами, заложенными в самом процессоре, шине процессор - память и операционной системе. Основная роль принадлежит шине, именно она выполняет функции слежения за состоянием кэш-памяти процессоров и памяти с тем, чтобы обеспечить уникальность каждого элемента данных при возможности существования нескольких копий этого элемента в кэш-памяти разных процессоров. Иногда шину в SMP-архитектуре называют snoopy bus. В буквальном переводе это шина “ищейка” или шина, “сующая нос не в свое дело”. Существует и еще одно прозвище - Big Bus, видимо, по аналогии с оруэлловским Большим Братом, отслеживающим все и вся.

Детальное рассмотрение механизмов согласования совместной работы процессоров в архитектуре SMP в целом и в ее частной реализации в серверной платформе Intel выходит за пределы данной публикации. Достаточно просто признать, что степень инженерной готовности мультипроцессорной архитектуры Intel такова, что на пользовательском уровне можно отвлечься от ее детализации и просто интерпретировать сервер как масштабируемый компьютер, производительность которого возрастает с ростом числа процессоров. На графике показана зависимость числа транзакций в секунду (TPS) от нагрузки и числа процессоров при работе под управлением ОС Windows NT 4.0.

О серверной программе Intel

Серверная программа компании может быть представлена в виде трехуровневой модели. Первый уровень наиболее известен - процессор. Зародыши для готовности к мультипроцессорной работе были еще в первых представителях семейства x86. С 1995 г. в номенклатуре процессоров Intel существует процессор, специально предназначенный для работы в сервере. Он сочетает в себе высокую производительность еще с двумя важными качествами: готовностью к работе в мультипроцессорных конфигурациях и наличием сервисных средств, обеспечивающих эксплуатационные характеристики сервера. Примерно те же требования можно предъявить и чипсету, на котором строится системная плата, это второй уровень модели. И, наконец, собственно серверная платформа, т. е. корпус со всем необходимым инженерным обеспечением (системы охлаждения и электропитания, посадочные места для периферийного оборудования) и дополнительное оборудование для местного или дистанционного мониторинга работы сервера и для создания кластерных конфигураций.

Процессор Pentium II Xeon

Pentium II Xeon (произносится как “зиион”) выпускается с 1998 г. Он предназначен для высокопроизводительных рабочих станций и серверов. Pentium II Xeon работает на тактовой частоте 400 МГц под управлением ОС Windows NT Workstation, Windows NT Server, NetWare и Unix. Процессор может быть использован в 1-, 2-, 4- и 8-процессорных конфигурациях. Он сочетает традиционные признаки архитектуры P6 (Pentium II) с дополнительными свойствами, вызванными стремлением использовать его именно в серверах.

Блок-схема 4-процессорного сервера

К числу последних относятся:

- расширение адресного пространства (Intel Extended Server Memory Architecture, PSE-36 mode) до 36 бит, что позволяет преодолеть ограничение размера памяти 4 Гб;

- конструктивное исполнение процессоров в виде сменных картриджей, обеспечивающее простоту модернизации при появлении более производительных процессоров;

- наличие тепловых датчиков, позволяющих активно управлять внешними условиями и не допускать перегрева;

- системы контроля и коррекции ошибок памяти Error Checking and Correction (ECC) для обеспечения сохранности критически важных данных;

- системы проверки функциональной избыточности Functional Redundancy Checking (FRC), позволяющие в особо критических приложениях выполнять задачу параллельно на двух процессорах и сравнивать полученные результаты;

- наличие вспомогательной шины System Management Bus (SMBus), обеспечивающей связь процессора с датчиками и другим диагностическим оборудованием.

Для повышения производительности предпринят целый ряд мер. Прежде всего это применение 330-контактного разъема Slot 2. Новый тип разъема позволяет кэш-памяти второго уровня L2 (размер этой памяти до 2 Мб) работать на частоте, равной частоте работы процессора. Прежний разъем Slot 1 имел 242 контакта, что ограничивало частоту работы кэш-памяти L2 частотой вдвое меньшей, чем частота работы процессора. Второй резерв повышения производительности - увеличение частоты работы системной шины до 100 МГц.

За счет этих мер сервер, построенный на Pentium II Xeon, имеет производительность на 40 - 60% выше, чем аналоги на Pentium Pro (200 МГц , 1 Мб кэш-памяти L2) и на 25 - 29% выше аналогов на Pentium II (400 МГц , 512 Кб кэш L2) по тесту ServerBench Benchmark. Наиболее интересен второй показатель роста производительности, она повышена не за счет тактовой частоты, а благодаря совершенствованию архитектуры.

Чипсеты 440GX AGPset, 450NX PCIset

Совершенно новый чипсет 450NX и уже известный 440GX, созданный на основе своего предшественника 440BX, предназначены специально для использования Xeon в серверах. Набор 440GX позволяет строить 1- и 2-процессорные серверы.

Для построения 4-процессорного сервера служат две версии чипсета 450NX: основная - 450NX и более дешевая - 450NX Basic, которая отличается уменьшенным до 4 Гб максимальным объемом памяти.

Сервер SC 450 NX

Чипсет Intel 450NX PCIset состоит из следующих компонентов:

- контроллер памяти и шлюз ввода-вывода Memory and I/O Bridge Controller (MIOC). MIOC осуществляет управление всей серверной платформой, контролируя трафик между процессорной шиной, памятью и шинами PCI. Он получает запросы от шин PCI (PXB) и памяти. Он же контролирует действия компонентов RCG и MUX;

- шлюзы расширения PCI Expander Bridge (PXB). PXB связывают часть MIOC, ответственную за ввод-вывод, c шинами PCI. Каждый из двух PXB обеспечивает интерфейс с двумя независимыми 32-разрядными шинами, работающими на частоте 33 МГц (Rev 2.1-compliant PCI) или с одной 64-разрядной шиной (33 MHz Rev. 2.1-compliant PCI);

- RCG и MUX совместно реализуют одну из важнейших функций, повышающих быстродействие сервера, - распараллеливание обращений к памяти между несколькими, в данном случае между четырьмя, банками памяти (или интерливинг). RCG конвертирует запросы к памяти MIOC и согласовывает временную диаграмму работы банков DRAM, а MUX выполняет распараллеливание четверки слов (Quadword) между банками памяти.

В полный набор 450NX PCIset входят два RCG, четыре MUX, два PXB и один MIOC.

Серверы AD450NX и SC450NX

Надо признать, что терминология в области серверов у Intel еще не вполне установилась. В некоторых случаях корпус с системной платой и процессором называют сервером, а платформой - набор оборудования, в иных - термины “сервер” и “платформа” рассматриваются как синонимы.

Имена собственные серверов AD450NX и SC450NX складываются из первых букв названий платформы (соответственно Aspen или Sitka) и корпусов (Drake, Cabrillo) плюс название чипсета. Можно предположить, что меньший по размеру и соответственно по объему устанавливаемого оборудования SC450NX построен на основании чипсета 450NX Basic, поскольку его отличает от более крупного собрата меньшее число слотов памяти (16 против 32) и соответственно меньший объем памяти (до 4 Гб).

Дополнительные различия между серверами заключаются в слотах расширения РCI:

- AD450NX - 5 Primary (64 бит), 6 Secondary (32 бит), 1 ISA (16 бит);

- SC450NX - 3 Primary (32 бит), 4 Secondary (32 бит), 1 ISA (16 бит).

Меньший по объему корпус Cabrillo позволяет устанавливать до 6 дисков с горячей заменой, а больший Drake - до 12 дисков. Это число посадочных мест позволяет наращивать дисковое пространство до 54 или 109 Гб соответственно.

Система управления, возможности обеспечения высокой надежности и готовность обеих серверов одинаковы. Контроллер Baseboard Management Controller выполняет диагностику всех компонентов системы, включая процессоры, еще до начала загрузки. Он контролирует состояние дисков, источников питания и вентиляторов. Вместе с системой поставляется пакет ПО Intel Server Control software.

Расширением системы управления сервером служит встроенный аварийный порт Emergency Management Port (EMP). Он позволяет осуществлять дистанционное включение и выключение сервера и перезагрузку по телефонному каналу с использованием модема, подключаемого по COM2.

Продукты на базе серверных платформ Intel

Продукты, о которых шла речь выше, не ориентированы на конечного потребителя. Они предназначены для третьих производителей. В зависимости от имеющихся мощностей эти производители приобретают либо только процессоры, либо процессоры с чипсетами или покупают готовые корпуса, укомплектовывая их периферийными устройствами и контроллерами, создают устройства под собственной торговой маркой.

Практически все крупнейшие производители серверов, связанные с Intel, этим летом заявили о своей готовности к выпуску продуктов на базе процессора Xeon.

Первой в этом списке стоит Dell Computer, которая объявила о сервере PowerEdge 6300. Выполненный в своем собственном корпусе, этот сервер по функциональным возможностям соответствует SC450NX.

Сервер AD 450 NX

IBM сообщила о сервере Netfinity 7000 M10, отличающемся развитой системой диагностики, в том числе наличием выделенного процессора для дистанционного управления системой и анализа состояния системы с целью предсказания возможных неисправностей.

Hewlett-Packard обещает осенью возможность модернизации серверов Netserver LH и LX с установкой процессоров Xeon.

Compaq Computer подготовила 4-процессорные модели серверов ProLiant 6000 и ProLiant 7000.

В число компаний, которые подготовили новые модели серверов, входят также Gateway (4-процессорный ALR 9200 и 6-процессорный ALR 9400), Unisys (4-процессорный Aquanta QS/), Toshiba ( Magnia 3000 и Magnia 5000), NEC (Express5800 HX 4100 и HX6100), NCR (WorldMark 4400), Data General ( AViiON AV 25000).

Российская компания ВИСТ также готовит новые модели серверов. Это VIST-Forward SC-4 и VIST-Forward AD-4 (из названий серверов становится понятно, на основе какой из платформ построен каждый из них). Первый из серверов компания называет “сервером для большого подразделения”, а второй - “сервером для предприятия”.

О сроках выпуска

7 августа компания Intel сообщила, что она задерживает выход 4-процессорной версии сервера на процессоре 450 МГц Pentium II Xeon с кэш-памятью L2 объемом 2 Мб до начала следующего года. До тех пор будут выпускаться 1 - 2-процессорные версии этого сервера на процессоре с таковой частотой 450 МГц. Успешно прошли тестирование модели с тактовыми частотами 350 и 400 МГц и кэш-памятью L2 512 Кб и 1 Мб.

Версия для печати