Текст книги "Основы AS/400"

Автор книги: Фрэнк Солтис

сообщить о нарушении

Текущая страница: 37 (всего у книги 41 страниц)

Улучшения соотношения цена-производительность в серии AS/400е

Последняя тема этой главы – разработки аппаратных средств, предпринимаемые нами для дальнейшего улучшения соотношения цена – производительность (Ц – П) моделей серии AS/400е. За последние несколько лет наши клиенты стали свидетелями существенных улучшений в этой области. В е-серии это соотношение улучшилось примерно на 60 процентов по всем моделям, а для некоторых серверов – даже значительнее. В прошлом производительность и емкость системы улучшали без снижения цен, но чем дальше, тем больше соотношение Ц—П выходило на первый план. Сейчас цены быстро падают.

Я помню покупку своего первого ПК в 1982 году. В IBM была программа поддержки сотрудников, приобретавших в личное пользование первые IBM PC. В моей машине было 64К памяти и два 5-дюймовых дисковода (на тех первых ПК не было жестких дисков). Вместе с монохромным монитором и матричным принтером все это стоило мне 4 500 долларов. Сегодня за те же деньги я могу купить один из самых больших и мощных ПК. Я знаю это не понаслышке – я так и сделал. Но, конечно, я мог бы купить гораздо менее дорогой ПК, причем вполне приемлемой емкости и производительности.

Подобная ситуация достаточно типична и вполне иллюстрирует проблему, с которой сегодня столкнулись производители компьютеров. Несколько лет назад, большинство из нас постоянно добавляли все новые и новые приложения, что требовало адекватного увеличения объемов и производительности систем. Иными словами, пользователи тратили примерно одну и ту же сумму всякий раз, когда модернизировали свой компьютер.

Времена изменились. Увеличение емкости и производительности большинства систем превзошли потребности большинства пользователей. В результате, заказчики теперь меньше тратят на модернизацию своих компьютеров меньше, независимо от того, покупают ли ПК, AS/400 или мэйнфреймы.

Сегодня задача всех производителей компьютеров – поиск путей дальнейшего снижения себестоимости систем, сокращение цен на свою продукцию. В этом разделе мы рассмотрим два подхода, используемые для гармонизации Ц—П AS/400: универсальность и новые технологии ввода-вывода.

Универсальность

Для современных серверов стандарты Ц—П устанавливает индустрия ПК. Серверы на процессорах Intel с Windows NT задали планку, которой приходится соответствовать всем остальным. Пока Ц—П серверов AS/400 весьма конкурентоспособна. Однако планка не фиксирована, она продолжает снижаться. Преимущество серверов ПК состоит в универсальной аппаратуре, используемой многими производителями. Для поддержания конкурентоспособности AS/400е также переходит на универсальную аппаратуру.

Наиболее очевидный знак этого перехода – помещение компьютеров е-серии в новые корпуса, такие же, как используются для RS/6000. Большая часть компонентов внутри корпусов также одинакова для обеих систем. Использование универсальных компонентов означает меньшую стоимость учета, складирования и даже самих компонентов из-за роста объемов производства. Такая универсальнность дала IBM возможность сократить производственных расходы, сконцентрировав все производство для AS/400 и RS/6000 в Рочестере и Санта-Паломбе (Santa Palomba), Италия.

Если заглянуть внутрь новых корпусов, мы увидим вновь разработанный CEC (Central Electronics Complex)[ 84 ]84
  CEC – это то, что обычно называют системным блоком. – Прим. консультанта.


[Закрыть]. CEC состоит из основных процессоров, основной памяти, источника питания и шин ввода-вывода. Ранее при переходе на выпуск новых и более быстрых моделей IBM эти компоненты обычно заменялись. Благодаря более эффективному СЕС теперь заказчик можете обойтись просто вставкой новых плат. Вновь разработанные корпуса предназначены для использования на все время существования версии 4, что должно сократить стоимость модернизации большинства моделей е-серии.

Но есть и модели, изначально не подлежащие модернизации, разработанные так специально для сокращения цены. Такой же подход используется на рынке ПК.

IBM привержена универсальной аппаратуре на всех своих платформах, что сокращает расходы на разработку и производство компонентов, общих для нескольких систем. Неполный список универсального оборудования включает процессоры, контроллеры памяти, системные шины, адаптеры ввода-вывода, источники питания и корпуса. Общие компоненты встречаются и в серии AS/400е: процессоры PowerPC, системные шины 6хх, адаптеры PCI и соединения SAN. Результатом всей этой деятельности станет дальнейшее улучшение показателя Ц—П.

Новые технологии ввода-вывода

Вероятно, самая перспективная область улучшения Ц—П – ввод-вывод. Переход на PCI и возможность использования в серии AS/400е стандартных адаптеров – большой шаг вперед, но это лишь начало. В настоящее время ведется ряд работ по снижению цены ввода-вывода, но мы рассмотрим только две из них, относящиеся к сокращению цены и повышению производительности дисков.

IBM приняла на вооружение новую архитектуру SSA (Serial Storage Architecture), которая уже начала появляться в различных системах корпорации. Стандарт этой архитектуры разработан Американским национальным институтом стандартов ANSI (American National Standards Institute). SSA определяет высокопроизводительное последовательное соединение для подключения устройств ввода-вывода. Данное соединение было оптимизировано для устройств хранения данных, таких как жесткие диски, платы хост-адаптеров, и контроллеры дисковых массивов. Первые дисковые подсистемы SAA были созданы IBM в 1996 году.

У SSA много преимуществ перед существующими параллельными интерфейсами, такими как SCSI (Small Computer Systems Interface) по ключевым параметрам: производительности, возможностям подключения, надежности. Кроме того, она использует более компактные кабели и разъемы. Для поддержки миграции и совместного использования SAA сохраняет значительную часть логического протокола SCSI-2.

Использование SSA в последующих выпусках версии 4 для е-серии снизит стоимость подключения дисков и повысит производительность. Типичная конфигурация кольца с одним хост-адаптером может обеспечить пропускную способность до 73 МБ в секунду, и в будущем эта скорость повысится. Физическим средством соединения может быть либо медный кабель длиной до 20 метров, либо оптоволокно – для больших расстояний.

Последовательная связь выигрывает по сравнению с существующими параллельными интерфейсами. Более дешевые и малоразмерные кабели и разъемы хорошо подходят для маленьких 3,5– и 2,5-дюймовых дисков, причем к одному хост-адаптеру можно подключить больше устройств. Увеличение производительности дает и дуплексное соединение с устройствами. Чтобы повысить надежность, используется не простая проверка четности на шине, а CRC. Наконец, на последовательной линии легче и дешевле осуществлять переключение, что станет особенно важно, когда в AS/ 400 будут реализованы переключаемые и разделяемые диски для кластеров с постоянной готовностью.

Со временем преимущества SSA распространятся и на другие устройства. Например, новые контроллеры дисковых массивов, подключаемых к линиям SSA, должны сократить стоимость и повысить производительность, а также обеспечить новые дешевые решения RAID на всех наших системах.

Второе направление модернизации, которое я хочу рассмотреть – технологии сжатия. Сжатие данных позволяет эффективнее использовать устройства хранения, такие как диски, а также повышает скорость обмена между дисками и адаптером ввода-вывода. Стоимость дискового хранилища снижается без изменений приложений или методов доступа к данным.

Максимальные выгоды достигаются тогда, когда упаковка и распаковка выполняются без потери производительности. Для этого нужна технология обработки данных без значительных накладных расходов, что может произойти при использовании некоторых алгоритмов сжатия. Кроме того, эта технология должна сочетаться с современными скоростными шинами ввода-вывода. IBM разработала быстрые и очень надежные микросхему и алгоритм сжатия данных, специально предназначенные для систем хранения и соответствующие указанным требованиям.

Алгоритм сжатия IBMLZ1 был разработан так, что обеспечивает не только очень эффективное сжатие, но и весьма высокую надежность[ 85 ]85
  Если Вы хотите узнать больше о сжатии данных вообще и об алгоритме IBMLZ1 в частности, я рекомендую Вам новую книгу Роя Хоффмана—Roy Hoffman. Data Compression in Digital Systems. Chapman & Hall. 1997.


[Закрыть]. Это важно потому, что сжатие убирает из исходных данных избыточность, делающую их весьма уязвимыми для разрушения. IBM достигла высокой надежности технологии сжатия посредством комбинированного использования технологии КМОП для микросхемы и взаимосвязанной схемы проверки упаковки – распаковки, при которой CRC оригинальных данных сравнивается с CRC распакованных данных. Еще раз подчеркну, все это осуществляется микросхемой без потери производительности операций чтения и записи с диска!

Использование в дисковых адаптерах микросхемы сжатия повышает емкость дисков AS/400 (алгоритм сжатия IBMLZ1 обычно позволяет достичь трехкратной экономии дискового пространства на старших моделях), а также позволяет снизить

нагрузки на шины ввода-вывода. Описанная технология сжатия будет использоваться во всех будущих дисковых адаптерах.

Выводы

1997 год ознаменовал появление нового поколения систем AS/400. Переход к сетевым вычислениям направляет многие модификации серии AS/400е. В этой главе я затронул некоторые, но далеко не все расширения, которые можно ожидать в версии 4. В конечном счете, наибольшие выгоды от этого получат наши заказчики, независимо от того, какую модель вычислений предпочитают.

Мы живем в «эру WWW», где длина года – три месяца. Изменения происходят так быстро, что теперь наши циклы разработки мы измеряем в «годах WWW». Теперь Вам ясно, почему в версии 4 будет так много выпусков? Тогда не удивляйтесь, что в следующие несколько лет произойдут новые изменения, причем такие, какие сегодня даже трудно предсказать. Таков наш бизнес.

Но если все так неопределенно, то можно ли загадывать, что будет после версии 4? Иногда предсказать отдаленное будущее проще, ведь издалека открывается более широкий обзор вероятных возможностей. Некоторые из таких предсказаний я попытаюсь сделать в следующей главе.

Глава 12

AS/400 в XXI веке

Предсказывать, какой будет компьютерная промышленность через три-пять лет, это все равно, что пытаться угадать, кто выиграет Кубок мира по теннису, чемпионат Формулы 1 или Super Bowl[ 86 ]86
  Самый престижный кубок в американском футболе. – Прим. консультанта.


[Закрыть] в 2001 году. Нельзя сказать, что это невозможно в принципе, чем видимо и объясняется то, что так много людей имеют по этому вопросам свое мнение, которым с удовольствием делятся с окружающими. И все же подобные попытки чаще всего бесплодны. Компьютерные эксперты регулярно выдают прогноз на следующие пять лет, не смущаясь тем, что все их предыдущие предсказания были абсолютно ошибочны. Вот и я, в свою очередь, хочу ознакомить читателей со своими предположениями, какой будет компьютерная индустрия после 2001 года. Мой оптимизм относительно достоверности этих прогнозов основывается на том, что нам уже многое известно о технологиях будущего.

Возможно Вы удивлены, что за точку отсчета я взял 2001, а не 2000 год. Отчасти это объясняется тем, что я сторонник точности – ведь на самом деле XXI век начнется только в 2001 году. Но есть и другие причины. Начиная с 1998 года и далее многие производители замедлят переход на новые технологии, особенно требующие значительных усилий, так как 1 января 2000 года – самая страшная дата для компьютерщиков. Сложно предсказать масштаб грозящей опасности, но очевидно, что большинство компаний не захотят тратить силы на новые изобретения в этот промежуток времени, за исключением случаев, когда это будет абсолютно необходимо. Но даже тем компаниям, которые стремятся развивать новые технологии, трудно подобрать для этого персонал с достаточным опытом: так как много людей заняты сейчас проблемой 2000 года.

Суть этой проблемы достаточно широко известна. Когда календарный год изменится с 1999 на 2000, многие прикладные и даже системные программы прекратят правильно работать. Для представления года в них заданы только две цифры, так что по их внутреннему календарю наступит не 2000, а 1900 год. А так как ошибка будет массовой, то она может вызвать огромный беспорядок в делах по всему миру.

Гиганты компьютерной индустрии уже прилагают огромные усилия, чтобы предотвратить грозящую неразбериху. Производители программ и ОС готовят свои продукты к 2000 году. Например, все системное ПО AS/400 и ПО многих бизнес-партнеров IBM уже сертифицировано на готовность к 2000 году.

Но, так или иначе, в 2001 году мы все уже придем в себя и с новым рвением вернемся к поиску новых технологий.

Будущие технологии процессоров

Я начну свой прогноз с самого простого: будущего аппаратных технологий процессоров. Аппаратурой управляют законы физики, так что ее развитие можно предсказать с определенной долей уверенности. Единственное затруднение – предвидеть с высокой точностью, какие конкретно технологии и как именно будут применяться в наших вычислительных системах.

В главе 2 мы упоминали «закон Мура», в соответствии с которым, число транзисторов на одной микросхеме удваивается примерно через каждые 18 месяцев. Многие эксперты полагают, что действие этого «закона» сохранится, по меньшей мере, еще в течение 15 лет, то есть что компьютерная промышленность еще долго не откажется от технологии КМОП. Это также означает, что число цепей на кремниевой микросхеме будет продолжать удваиваться каждые 18 месяцев благодаря уменьшению размеров транзисторов. Производительность будет расти по мере увеличения количества транзисторов на одной микросхеме. К тому же, чем ближе друг к другу расположены транзисторы, тем быстрее электрические сигналы, передающиеся примерно со скоростью света, будут это расстояние преодолевать.

Мы часто воспринимаем прогресс в аппаратных технологиях как нечто само •<=>в собой разумеющееся. За последние 30 лет в производительности, цене и потребляемой мощности аппаратуры компьютеров достигнуты огромные успехи. Но попробуйте представить себе, что такими же семимильными шагами развивалось и автомобилестроение. Тогда Вы смогли бы купить новый «Порше» примерно за 2 доллара; причем эта машина двигалась бы быстрее звука и могла бы пройти более 1000 миль, израсходовав менее 30 грамм бензина, – будь я проклят!

В этом разделе я постараюсь спрогнозировать будущее аппаратных средств AS/400 на ближайшие 5-10 лет. Как и все предсказатели, я не даю никаких гарантий, что что-либо из моих предсказаний сбудется, но делать прогнозы занимательно. Итак, получше затяните свой пристяжной ремень; наш новый Порше быстро набирает скорость звука и мы устремляемся вперед в возможное будущее.

Процессоры пятого поколения

В течение нескольких следующих лет серия AS/400е будет использовать процессоры PowerPC. Как мы уже говорили, третье и четвертое поколение процессоров, разработанных в Рочестере, будет применяться на протяжении всего времени выпуска версии 4 и далее. Эти же процессоры используются моделями RS/6000. (IBM обсуждала идею конвергенции процессоров между AS/400 и RS/6000 для коммерческих приложений с момента начала работ над PowerPC, но не смогла осуществить ее в первом поколения процессоров AS/400.)

Процессоры AS/400 первого и второго поколений поддерживали только режим активных тегов, а все процессоры третьего и четвертого поколения – режимы как активных, так и неактивных тегов. Как мы уже упоминали, на этих процессорах также работают стандартные интерфейсы ввода-вывода, на них возможна установка как OS/400, так и других ОС PowerPC.

В главе 2 обсуждался мощный процессор Belatrix для систем высшего уровня, названный так в честь звезды в созвездии Орион. Повторюсь: этот проект, который по первоначальному замыслу должен был завершиться созданием процессора как для научных, так и для коммерческих расчетов, был слишком амбициозен и, потому, ни к чему не привел. В результате, лаборатория в Остине начала разработку своей версии Belatrix для научных расчетов, а Рочестер – своей, под названием Northstar, которая и стала началом семейства процессоров четвертого поколения. Затем эти процессоры были оптимизированы для коммерческих расчетов как для AS/400е, так и

для RS/6000.

Процессоры четвертого поколения особо примечательны тем, что спроектированы с учетом перехода на более быстрые технологии КМОП. Семейство четвертого поколения насчитывает несколько версий, все они используют общую архитектуру, но реализованы на разных этапах развития микросхем. Можно ожидать, что диапазон производительности этих 64-разрядных процессоров PowerPC составит от 250 до 800 МГц. В подразделении IBM Research также ведется работа для достижения на этом процессоре тактовой частоты более 1 гигагерца (ГГц). Поэтому, если будет принято соответствующее решение, архитектура третьего поколения может использоваться и после версии 4.

Теперь поговорим о пятом поколении процессоров AS/400. Здесь возможны разные интересные варианты. Но сначала, давайте разберемся, как обстоят дела с технологией КМОП. Примерно к 2005 году появится возможность размещения до 100 миллионов транзисторов на одном кристалле. Как лучше использовать все это множество цепей – предмет больших дискуссий.

Современные микросхемы процессоров содержат от 5 до 8 миллионов цепей. Одно из очевидно возможных применений дополнительных цепей – увеличение внутренних кэшей. Другой вариант – реализация с их помощью функций, для которых сейчас выделяются отдельные микросхемы. Третий – доверить им новые функции, по примеру Intel, включившей в свои процессоры Pentium технологию MMX.

Но даже после всего этого часть цепей, возможно, останется незадействованной. Их можно использовать для создания процессоров со сверхширокими трактами данных. 128– и даже 256-разрядные процессоры уже не кажутся чем-то мифическим. 128-разрядный видеопроцессор уже сейчас используется на многих ПК. Конечно, проблема перевода процессоров общего назначения на большие размеры регистров связана с ПО. К 2005 году многие компании лишь только перейдут на 64-разрядное ПО.

Вероятно, для перехода на 128 или 256-разрядные процессоры не стоит ждать еще 12 лет. Куда практичней размещать на одной плате несколько процессоров. Например, благодаря прогрессу в области SMP вполне реально представить себе n-процес-сорный узел SMP вместе со всеми кэш-памятями на одной микросхеме. Подобная реализация не потребует изменения ПО, которое уже сейчас поддерживает SMP. По мере увеличения размеров конфигураций SMP и размещения на одном кристалле нескольких процессоров, не за горами и такая фантастическая картина: миллиард транзисторов на одном кристалле. Это может произойти примерно после 2010 года.

Фактически, мы уже идем по этому пути. У каждого процессора четвертого поколения – два полных набора регистров на одном кристалле. Аппаратура процессора может попеременно использовать их то для одного, то для другого потока управления в программе. (Процесс может иметь одну или несколько единиц исполнения, называемых потоками, – об этом рассказано в главе 9). Когда говорят о параллелизме внутри процесса, обычно подразумевают, что несколько потоков выполняются одновременно на нескольких процессорах. Однако выполнение нескольких потоков возможно и на единственном процессоре с несколькими наборами регистров, которые аппаратура использует попеременно. Такой процессор называется многопоточным (multithreaded).

В главе 2 мы говорили, что современные процессоры обречены на простои во много циклов из-за промахов кэшей и длительного обмена с памятью. Чтобы предотвратить потери, многопоточный процессор может использовать такие циклы для исполнения команд из другого потока, что повышает загрузку процессора, и, таким образом, производительность. В конце 70-х годов суперкомпьютер на неоднородных элементах HEP (heterogeneous element processor) ныне несуществующей фирмы Denelcor продемонстрировал поддержку процессором до 16 потоков команд.

Многопоточные процессоры отлично вписываются в концепцию AS/400. Сегодня даже в самых малых системах AS/400 установлено не менее двух процессоров: основной и IOP. В будущем все IOP перейдут на PowerPC, и тогда многопоточные процессоры появятся на всех AS/400. Например, один набор регистров на микросхеме процессора третьего поколения может использоваться для основного процессора, а второй – для IOP, а значит можно будет выпускать дешевые модели, использующие лишь одну микросхему.

Весьма вероятен и такой вариант использования многопоточности: с появлением в 1998 году встроенной поддержки потоков каждая процессорная микросхема будет поддерживать несколько потоков процесса.

А теперь попробуем заглянуть еще дальше. Придет время, когда на одной микросхеме разместятся нескольких независимых процессоров. В AS/400 это, несомненно, будет кристалл с несколькими процессорами как узел SMP, но есть и другие возможности. Вообразите себе на мгновение, что мы можем динамически назначать процессорам одной микросхемы разные функции. Например, сейчас все процессоры выполняют операции ввода-вывода, а в следующий момент некоторые из них переключаются на вычисления. Возможности таких архитектур сегодня трудно даже оценить.