64 бита -- "впереди паровоза" или "Вперед, в будущее"?

Кто бы мог подумать, что в ходе сравнительно непродолжительной эволюции (фактически, начавшейся в 1974 г.), совершенно невинный микропроцессор i8080 трансформируется в того "монополиста", который сегодня принято называть многозначным термином "архитектура x86"? Впрочем, судите сами -- в интересующем нас сегменте компьютерного рынка наиболее аппетитная часть (порядка 80% всего рынка) приходится на серверы начального и среднего уровня с числом процессоров, меньшим четырех. Нетрудно догадаться, что львиная доля этих "малопроцессорных" машин оснащается именно x86-процессорами (и эту догадку подтверждает неумолимая статистика). И если еще сравнительно недавно общей для "семейства x86" была одна черта -- разрядность, то на последних ступенях эволюции и эта общность осталась в прошлом. "32-битная платформа x86" стала существенно короче в названии...

Соответственно, в условиях грядущей "революции разрядности", как в любых предреволюционных условиях, особенно актуальным оказывается поиск ответа на вопрос "что делать?". Вопрос далеко не так прост -- не только "нужны ли нам 64 бита?", но и "какие 64 бита нам нужны -- достигнутые на эволюционном или революционном пути?".

Креатуры эволюционного пути развития -- наследующие свойства предков 64-битные процессоры, в архитектурах которых по сей день просматривается все генеалогическое древо -- от "основы основ" i8080 до самых последних 32-битных собратьев.

Детище революционного пути -- это, конечно, Itanium 2. Почему "конечно"? Хотя бы потому, что эта сравнительно молодая архитектура уже зарекомендовала себя во многих отношениях как совершенно исключительная. И еще потому, что рыночное давление со стороны конкурирующих эволюционных архитектур приводит к тому, чему всегда рад конечный потребитель, -- к повышению активности производителя и агрессивной ценовой политике. И наконец, этому "наглому" утверждению есть еще одно весомое оправдание -- на сегодняшний день подавляющее большинство "классических" 64-битных платформ выпускается "замкнутыми" компаниями. Причем их и без того не слишком обширный перечень за последние годы сильно сократился -- DEC Alpha ушел со сцены, судьба HP PA-RISC не определена, со старшими представителями семейства MIPS также ничего не понятно. Сегодня остались лишь неоклассические RISC-процессоры IBM Power 4+ и Sun UltraSPARC. Учитывая, что обе компании -- и IBM, и Sun -- эти разработки не позиционируют как направленные на достижение перевеса в упомянутой выше аппетитной рыночной нише (более того, Sun, например, для ее "штурма" использует 64-битные x86 процессоры), выбор, как говорится, небольшой, и он очевиден.

Так как в последнее время мы много внимания уделяли именно эволюционным 64-битным процессорам, на этот раз наступила пора "революционера" -- Itanium 2, точнее, систем на его основе.

Наши 64 бита

Процессоры Intel: Itanium 2 DP 1,4 GHz (сверху), Pentium 4 (Northwood) (слева), Xeon DP (Prestonia) (справа)

Итак, какие современные 64-битные серверные решения присутствуют в Украине и, главное, как они используются. Раз уж мы решили пристальнее взглянуть именно на Intel Itanium 2, то начнем именно с нее. Вот уже более года в Центре компетенции Intel в корпорации "Инком" эксплуатируется четырехпроцессорный сервер PrimeServer Grand 9000 на базе Itanium 2. Причем применяется он в основном как испытательная платформа для "обкатки" и портирования различного ПО, требующего значительных вычислительных ресурсов. За прошедшее время с использованием этого сервера было реализовано несколько успешных программных проектов, в частности, портирование украинской компанией Softline биллингового ПО для энергетических систем Украины. При содействии технического департамента корпорации и компаний--разработчиков ПО постоянно ведутся исследования по созданию и внедрению программных систем государственной важности, и, насколько нам известно, многие из подобных проектов уже завершены, а их результаты успешно используются рядом административных структур нашей страны. В перечень функций Центра компетенции Intel входит консультационная, техническая и программная поддержка мирового уровня как украинских компаний, заинтересованных в применении систем уровня Itanium 2, так и отечественных разработчиков программного обеспечения под эту платформу. Естественно, такие усилия, направленные на продвижение серверной платформы на основе Itanium 2, позволяют говорить о том, что у нее действительно хорошие перспективы. По словам Дмитрия Кручинина, начальника технического департамента "Инком", сервер PrimeServer Grand 9000 должен в ближайшее время стать основным продуктом для обслуживания баз данных корпоративного уровня на украинском рынке.

Возможный рост потребностей национальной промышленности и науки учтен маркетинговыми специалистами другой украинской компании -- "Оникс", начавшей поставки двухпроцессорного сервера Supermicro SuperServer 6113L-8 на Itanium 2 в 1U-исполнении (краткое описание -- в отдельной врезке), основной областью применения которого, помимо достаточно производительного "тонкого" (т. е. с ограниченным числом сервисов) 64-битного сервера, является построение кластерных HPC-систем (High Performance Computing). На основе таких "тонких" серверов можно строить и пользующиеся большей популярностью кластерные системы с повышенной отказоустойчивостью. К слову, подобные решения на платформе Itanium 2 уже прошли испытания в Центре компетенции Intel и готовы к коммерческой эксплуатации.

Несмотря на рост интереса к Itanium 2, позиции поставщиков "традиционно 64-разрядных" серверов остаются очень сильными. К примеру, и Sun, и HP располагают более чем десятком компаний--представителей в Украине, продвигающих серверы платформ UltraSPARC и PA-RISC соответственно. Тот факт, что многие серьезные государственные и коммерческие учреждения при выборе ключевого оборудования обработки данных в масштабных IT-системах отдают предпочтение именно двум данным платформам, имеет вполне разумные объяснения. 64-битные системы этих двух производителей -- "классика A-Brand", залуженно признанная во всем мире даже не за высокие показатели производительности и уж совсем не за технологические нюансы используемых в их "недрах" процессоров, а за надежность, мощную поддержку со стороны всей цепочки -- от поставщика до производителя и, конечно, за проверенное временем программное обеспечение, поддерживаемое этими платформами.

В техническом департаменте "Инком" мирно уживаются конкурирующие 64-битные платформы

Несмотря на неявно, но все же прозвучавший тезис "производительность не первична", о быстродействии 64-битных процессоров мы все же немного поговорим, а теперь вернемся к архитектуре x86 и попробуем рассмотреть положение дел основного конкурента Intel в области "настольных систем" -- компании AMD, буквально рвущейся в бой за аппетитные 80% серверного рынка. Серверные решения на базе Opteron также начинают "набирать обороты", и уровень их продаж постепенно увеличивается. Однако, перефразировав классику, можно сказать, что все серверные процессоры хороши, но платформа каждого из них "несчастлива по-своему". С одной стороны, как мы уже неоднократно отмечали, Opteron действительно отвечают самым высоким требованиям, предъявляемым к CPU подобного класса, -- как в функциональности, так и в производительности. С технической точки зрения главный платформообразующий элемент -- чипсет AMD-8000 -- также ни в чем не уступает, а во многом даже превосходит решения конкурентов. Но ту "среду успеха продукта", которая формируется огромным количеством не столько технических, сколько маркетинговых, логистических и даже коммуникационных факторов, AMD пока повторить не получается. Причина этого "нетехнического отставания на фоне технического равенства" проста -- компания фактически является новичком в сегменте "x86-серверов выше среднего". А именно в этом сегменте репутация производителя ценится на вес золота. Впрочем, пристальное внимание, которое в последнее время уделяет продукции AMD корпорация Sun, позволяет говорить о том, что один из возможных путей преодоления "барьера перед серверным A-Brand" AMD уже отыскала. Высокоуровневые архитектурные решения Sun, в отменном качестве которых сомневатья не приходится, мощная база системного и прикладного 64-битного ПО для ОС Solaris, дополненные весьма эффективными по критерию цена/производительность микроархитектурами AMD (естественно -- процессорами Opteron) -- такой альянс образует настоящую "гремучую смесь". Однако отечественные поставщики дожидаться "взрыва" этой смеси не намерены -- по крайней мере несколько украинских компаний начали продвигать системы класса "64 бита x86" на рынок. К примеру, Entry и "ЕПОС" уже предлагают заказчикам модельные ряды серверов на базе двухпроцессорных конфигураций, использующих процессоры Opteron. По мнению Андрея Тищенко, управляющего компании Entry, основные преимущества серверных решений на базе AMD64 (помимо высокой производительности) заключаются в возможности эволюционного перехода с 32 на 64-битные приложения без смены платформы. Действительно, подобное преимущество выглядит более чем убедительным в глазах разработчиков программного обеспечения, но за доверие конечных заказчиков серверного оборудования компании AMD еще предстоит побороться. Тем более что не за горами появление эволюционного 64-битного процессора от Intel...

Несмотря на то что основная тема обсуждения -- все-таки серверы, не сказать хотя бы пару слов об узком сегменте 64-битных рабочих станций будет непростительно. Хотя бы потому, что в нем в силу его "незначительности" просматриваются основные особенности "современной 64-битности". Здесь явная зависимость спроса на рабочие станции от спектра совместимого с ними программного обеспечения выводит в лидеры проверенных временем игроков, опять же классику 64-битного A-Brand -- HP и Sun. Стабильность Unix-платформ этих производителей -- важнейший "плюс" в и без того обширном списке достоинств. Возможно, с ростом популярности ОС Linux и доступности плодов "64-битной эволюции" x86 обе компании еще заявят о себе и в сегменте рабочих станций -- 64-битных "середнячков". Все необходимое у них для этого имеется, равно как и у разработчиков ПО есть все для относительного безболезненного портирования своих программ из одной Unix-совместимой системы в другую. Возможно, говорить о неизбежности грядущего в ближайшем будущем "взрыва" неоклассических рабочих станций Linux на неоклассической платформе "64 бита x86" несколько преждевременно. И HP, и Sun слишком много средств затратили на создание и упрочнение позиций собственных операционных систем и архитектур, чтобы перечеркнуть все достигнутое "одним движеньем" (в случае HP ситуация становится совсем пикантной -- компания, внесшая большой вклад в проектирование Itanium и располагающая отличным процессорным семейством PA-RISC, сегодня стоит еще перед одним выбором). И все-таки... цифры из последующего обсуждения производительности различных архитектур и хорошие показатели ОС Linux убеждают -- если даже "смесь" и не "взорвется", то инициатором чего-то нового и интересного такое сочетание станет непременно.

64-битные системы на базе Itanium 2 -- "живьем"

4U-сервер PrimeServer Grand 9000 (4xItanium 2 MP)

Сокет Itanium 2 и модуль VRM (Power Pod)

1U-нода Supermicro SuperServer 6113L-8 (2xItanium 2 DP)

Материнская плата SUPER i2DML-8G2 с установленными компонентами

У Тестовой лаборатории была возможность поближе познакомиться с платформой Itanium 2. Нам удалось "покопаться во внутренностях" двух серверов -- PrimeServer Grand9000 (4 Itanium 2 MP 1,3 GHz 3 MB L3-cache), построенного на стоечном 4U-шасси Intel Server Platform SR870BN4, и Supermicro SuperServer 6113L-8 (2 Itanium 2 DP 1,4 GHz 1,5 MB L3-cache) -- в конструктиве 1U на шасси того же производителя SUPER i2DML-8G2. В обеих системах применяется чипсет Intel Е8870, который сам по себе является настолько интересным продуктом, отвечающим за столь важные аспекты функционирования системы в целом, что однозначно заслуживает отдельного рассмотрения.

Набор серверной логики E8870 представляет собой модульную многоуровневую архитектуру, которая может состоять из следующих компонентов.

E8870 -- Scalable Node Controller (SNC) -- основной компонент набора, отвечающий за формирование процессорных шин и связь со всеми остальными модулями чипсета. Процессорная шина имеет ширину 128-bit при частоте 400 MHz, что позволяет, учитывая ее двунаправленность, оценивать пиковую теоретическую пропускную способность весьма внушительной цифрой -- 6,4 GBps.

E8870DH -- DDR Memory Hub (DMH) -- четырехканальный (256-битный) контроллер памяти, поддерживающий только регистровые модули DDR200 с коррекцией ошибок (на практике это означает, что необходимое для работоспособности системы количество модулей памяти кратно четырем). Пропускная способность соответственно составляет все те же 6,4 GBps. Контроллер допускает установку до четырех модулей памяти на каждый канал, что в результате позволяет обслуживать одним контроллером 16 модулей (пока объем модуля регистровой DDR200 ограничен рыночным предложением на уровне 2 GB, система, использующая этот контроллер способна содержать до 32 GB ОЗУ, появление коммерческих версий 4-гигабайтовых модулей дает возможность увеличить эту цифру вдвое).

E8870IO Server Input/Output Hub (SIOH) -- главный чип, отвечающий за взаимодействие четырех интерфейсных хабов с основным контроллером SNC с помощью портов Scalability Ports (SP). Теоретическая пропускная способность этого соединения также составляет 6,4 GBps. Кроме того, посредством данного модуля осуществляется взаимодействие с хабом вспомогательных интерфейсов ICH4, хорошо знакомым нам по десктопным решениям. Сделано это для получения возможности подключения к системе обычных IDE/PCI-устройств и различной периферии с помощью шины USB.

82870P2 -- 64-bit PCI/PCI-X Controller Hub 2 (P64H2). Число таких контроллеров может доходить до четырех. Каждый из них содержит две независимые 64-битные шины PCI-X с тактовой частотой вплоть до 133 MHz. В случае применения четырех P64H2 теоретически в систему допустимо установить восемь PCI-X устройств, каждому из которых будет выделена полоса пропускания, равная 1066 MBps. P64H2 соединяется с E8870IO шиной с пропускной способностью 1 GBps.

82802AC -- Firmware Hub (FWH) -- также знакомый нам по десктопным системам компонент, правда, включающий в себя шесть (!) микросхем емкостью 1 MB каждая. Такой значительный объем ПЗУ (6 MB) понадобился для размещения программной подсистемы EFI, о которой мы поговорим отдельно.

E8878SP -- Scalability Port Switch (SPS) -- опциональный модуль чипсета, позволяющий соединять две 4-процессорные ноды в единую систему. Если в двух независимых серверах с чипсетами Е8870 присутствуют контроллеры SPS, то их можно "соединить" с помощью портов Scalability Port в общую 8-процессорную структуру. Cоединение двух модулей SPS осуществляется шиной с полосой пропускания 12,8 GBps -- одновременно и несоизмеримой по пропускной способности с любым распространенным сетевым интерфейсом, и характеризующейся очень малым временем задержки. Такое решение явно ориентировано на использование в первую очередь для построения высокопроизводительных вычислительных кластеров.

Конструктив серверов, участвующих в тестировании, также весьма интересен, поэтому остановимся на нем подробнее. Сам процессор жестко закреплен на небольшой плате, содержащей дополнительные элементы стабилизации питания (в Xeon эти элементы расположены на самой подложке). Процессорная плата устанавливается в два разъема -- в собственно "процессорный сокет" и разъем модуля VRM (в терминах Itanium 2 это уже не VRM, а Power Pod). 4U-конструкция Grand 9000 имеет "зеркальное" расположение основных модулей (два процессора с модулями памяти расположены "вниз головой" относительно второго блока), к которым с помощью внутреннего интерфейса подключается back-line оборудование.

Конструктив же сервера от Supermicro вообще можно считать произведением инженерного искусства. С первого взгляда видно, насколько изящно и одновременно солидно конструкторам Supermicro удалось решить две противоречивые задачи -- минимизировать внешние габариты и при этом сохранить "расширяемость" сервера. Действительно, в максимальной конфигурации эта 1U-нода становится настоящим мини-монстром: два процессора Itanium 2, четыре жестких диска, 16 GB памяти, блок питания на 550 Вт. Согласитесь, для такого формфактора это действительно очень много. О проблемах тепловыделения всей этой мощи не забыли -- турбинные нагнетатели воздуха (улитки) с частотой вращения 5500 об/мин и внушительные радиаторы делают свое дело, но уровень шума, создаваемый данной системой охлаждения, приводит к тому, что SuperServer 6113L-8 становится непригодным к установке в обслуживаемом помещении. Можно ли считать упомянутый факт серьезным недостатком? Скорее всего, нет, ведь аппаратная часть сервера такого класса вряд ли потребует постоянного "дежурства" технического специалиста -- в конце концов, именно для этого она и создавалась. А при удаленном администрировании системного и прикладного ПО рев вентиляторов не слышен.

Блок-схема чипсета Intel Е8870

Этот краткий и поверхностный экскурс, кроме общих идей организационной структуры системы на Itanium 2, демонстрирует ярко выраженное стремление конструкторов к достижению сбалансированности пропускных способностей шин, соединяющих отдельные подсистемы. Учитывая, что в самом привлекательном для нашего рынка сегменте "малопроцессорных серверов" пропускная способность подсистемы памяти 6,4 GBps -- это более чем весомая цифра, принимая во внимание блестящие показатели производительности Itanium 2, достаточный объем поддерживаемой памяти, сбалансированную подсистему ввода/вывода и, наконец, возможность построения 8-процессорных систем, можно уверенно говорить, что в своем ценовом диапазоне на сегодняшний день равных этим системам нет.

Производительность

Тестирования 64-битных серверов мы не производили (так и хочется сказать -- естественно), и в этом разделе ограничимся только кратким обсуждением готовых результатов. Не собираясь оправдываться в нерадивости, приведем только ряд соображений -- и побудивших нас временно отказаться от тестирований серверных платформ "64 бита x86", и удерживающих от попыток вульгарных сравнений "64 бита x86 против 64 бит XXX" (вместо XXX можно подставить название любого 64-битного не-x86 процессора). По нашему мнению, "мучить" сегодняшних представителей эволюционного и революционного семейства "64 бита из мира x86" несколько преждевременно -- полученные результаты скорее будут "показывать погоду", чем позволят сделать какие-либо обдуманные выводы. Слишком молоды эти платформы, слишком быстро они меняются, слишком агрессивны продвигающие их производители. С другой стороны, до сегодняшнего положения вещей классики 64-битного A-Brand доводили свои платформы десятилетиями, тщательно оптимизируя каждую отдельную подсистему сервера независимо от ее уровня. "Столкнуть лбами" угрюмых цифр результаты тестирований (будь то даже принятая в анализе серверов оценка TPC) такого разнообразия -- только окончательно запутать ситуацию. А уж "пояснения" ее путем "сравнения несравнимого" или "гадания на кофейной гуще архитектуры" заводят в такой тупик, из которого выбраться крайне трудно. Остается одно -- сослаться на то, что уже получено другими, и, естественно, задействовать здравый смысл. Теперь, наконец, последнее: об "особенностях национальной ..." забывать не приходится. Крайне трудно собрать достойный "зоопарк" безумно дорогих (по отечественным меркам) машин и предоставить его на длительное время только для удовлетворения нашего с вами любопытства.

Процессорный модуль Grand 9000

И все-таки без цифр не обойтись... Но цифры мы используем не как жупел -- а для иллюстрирования высказанных ранее соображений. Реальными, а не взятыми "с потолка" оценками нам существенно облегчил жизнь исследовательский правительственный Совет инженерных и физических наук Великобритании (EPSRC, Engineering and Physical Sciences Research Council), при попечительстве которого в самом конце прошлого года 17 лидирующих вендоров в области высокопроизводительных вычислений выставили на "гонки" более 200 промышленно выпускаемых (не экспериментальных) образцов самой мощной на сегодняшний день техники. Условия "гонок", надо сказать, убедительно объективны: тестирования проводились незаинтересованными специалистами британского Совета, в качестве тестовых задач использовались выбранные учеными лабораторий EPSRC и признанные в научном сообществе реализации классической, требовательной к производительности алгоритмики -- решения задач молекулярной динамики, моделирование методом Монте-Карло, решение систем линейных уравнений высокой размерности с сильно разреженными матрицами и т. д. Естественно, речь идет об оценке одной из самых значимых характеристик современных 64-битных вычислителей -- "скорострельности" вычислений с плавающей точкой ("измеренной" в SPECfp2000). Так как "отдельностоящие показатели производительности" по сути ни о чем не говорят, британцы прибегли к взвешенной оценке, приняв за 100% быстродействие, показанное весьма и весьма пристойной машиной -- Unix-сервером семейства IBM pSeries 690 с процессором Power 4+ 1,3 GHz (к слову, вот и первое подтверждение сказанному -- со дня проведения тестов, 11 декабря 2003 г., прошло совсем немного времени, а в модельном ряду IBM такой конфигурации уже нет). Итак, давайте взглянем на картину "чистой вычислительной мощи", приведенную в таблице 1. Казалось бы, все понятно -- явным лидером является Itanium 2 (и он действительно им является), при равной тактовой частоте обгоняющий 1,3 GHz Power 4+ на целых 40%! Но задумаемся... и единственно правильный вывод, который можно сделать на основе этих результатов тестирования: если вам нужна по-настоящему могучая "числодробилка" за вполне разумные деньги, сегодняшний Itanium 2 -- вне конкуренции, практически независимо от платформы. В остальном же... Сравнивать сервер класса мини-мэйнфрейм pSeries 690 с четырехпроцессорным сервером Intel Tiger 4 мы даже браться не будем -- настолько эти две замечательные машины различны. А как иллюстрацию значимости "различности" серверов одного процессорного семейства разумно привести следующее пояснение "скачку" роста производительности на 40%, наблюдаемому на тестах SPECfp_Rate у серверов SGI Altix 3000 (CPU -- Itanium 2): в этих машинах применяется собственный чипсет разработки SGI, организовывающий разделенную подсистему памяти многопроцессорного сервера и акселерирующий программные механизмы межпроцессного взаимодействия(!).

Таблица 1

Система	Производительность, %*
HP AlphaServer ES45 CPU 1,25 GHz	96
Dell PW360 CPU P4 Extreme 3,2 GHz	108
AMD Opteron 848 2,2 GHz	128
IBM pSeries 690 CPU P4+ 1,7 GHz	133
SGI Altix 3700 CPU Itanium2 1,3 GHz	140
Intel Tiger Itanium2 1,5 GHz	159
HP Interity RX5670 CPU Itanium2 1,5 GHz	171

* SPECfp2000, относительно результата, показанного IBM pSeries 690, CPU Power 4 1,3 GHz

Второй набор результатов "тестирования" 64-битных серверов выдумывать также не требуется. Показатели производительности, оцениваемые по методике Совета TP (TPC, Transaction Processing Performance Council), -- отправные для большинства специалистов, занимающихся высокоуровневым проектированием информационных систем, потому как позволяют еще на ранних проектных этапах сформировать представление о потенциальных возможностях доступных образцов техники. В общем, здесь даже и не стоит приводить цифры количества транзакций в секунду, достаточно только сказать, что на специфических для большого бизнеса задачах и Itanium 2, и системы, его использующие, занимают лидирующие места в "лучшей десятке" (если говорить точно, то первые два места "лучших из лучших" принадлежат 64-процессорному Itanium 2 серверу HP Integrity Superdome, работающему под управлением как ОС HP-UX, так и Microsoft Windows Server 2003 Datacenter Edition). Правда, не надо забывать, что "лучшая десятка" TPC -- "вычислительные бронтозавры" многомиллионной стоимости. В связи с этим практическое значение лидерства машин такого класса на Itanium 2 для большинства отечественных заказчиков, которым не требуется такая производительность и чьи бюджеты не выдержат подобных затрат, ограничивается разве что демонстрацией потенциальных возможностей платформы.

IA-32 Execution Layer (IA-32 EL): новый уровень исполнения 32-битных приложений на процессорах Itanium 2

Программная надстройка IA-32 EL появилась совсем недавно и пока доступна для операционных систем Microsoft Windows Server 2003 64-bit Edition и Linux Red Hat Enterprise. Как можно догадаться, основная ее функция -- обеспечение нормальной работы "легких" 32-битных приложений на платформе Intel Itanium 2.

Как сообщается в официальных документах, в семействе 64-битных процессоров изначально был реализован аппаратный блок исполнения 32-битных команд. Однако до недавнего времени отсутствовала программная среда, позволяющая корректно функционировать привычному 32-битному ПО на специфической архитектуре Itanium 2. Теперь такая среда появилась -- это и есть IA-32 EL, которая, кстати, предлагается для свободной загрузки. Принцип ее действия прост и прозрачен. Собственно, после установки данной программы запуск приложений, собранных для процессоров меньшей разрядности, с точки зрения пользователя происходит в привычном режиме и, что самое главное, -- с достаточной производительностью.

Почему мы сделали ударение на словосочетании "легкие приложения"? С одной стороны, бессмысленно было бы применять специфическую 64-битную платформу Itanium 2 для работы со сложным 32-разрядным ПО, ведь для таких задач существуют, к примеру, процессоры Xeon -- для них оно является "родным". С другой -- есть масса программных пакетов, которым вовсе необязательно быть 64-битными, а во многих случаях даже нежелательно: антивирусные сканеры, утилиты мониторинга и управления устройствами, текстовые редакторы, да и вообще, множество небольших утилит, так часто используемых в повседневной практике. Безусловно, сервер -- это "специфический компьютер", и на нем нечасто запускают, к примеру, "Блокнот" (Notepad). Но все-таки когда подобная необходимость возникнет, зачем отдельно компилировать такое приложение в 64-битный код? Если взять Itanium 2 в качестве рабочей станции, полезность IA-32 EL возрастает многократно. По официальным данным, производительность Itanium 2 1,5 GHz с 6 MB L3-кэша в 32-битной среде приблизительно соответствует уровню Xeon MP 1,5 GHz. Согласитесь, для большинства "обслуживающих" программ и пакетов подобного быстродействия более чем достаточно. Кроме того, по мнению Intel, с дальнейшим увеличением частоты ее флагманских процессоров скорость выполнения 32-битных приложений будет также пропорционально возрастать. Так, планируется, что в недалеком будущем дальнейшая оптимизация IA-32 EL и новые частоты Itanium 2 позволят "обычному" ПО работать с 70%-ной скоростью по сравнению со стандартными 64-битным. Чтобы узнать, оправданы ли подобные заявления, ждать осталось совсем недолго. Но то, что это серьезный шаг, направленный на расширение функциональных возможностей главного "корпоративного" процессора Intel, сомневаться не приходится.

Что будет дальше?

Как мы уже говорили -- гадать не будем. Но на основе очевидных факторов можно уверенно утверждать: несмотря на далеко еще не исчерпанные возможности 32-битных платформ, их 64-битным конкурентам теперь будет не так трудно, как в недавнем прошлом. Снижение цен на платформообразующие компоненты (в первую очередь на процессоры и наборы системной логики) и оперативную память -- вот две главных причины, обусловливающих улучшение ситуации в 64-битном сегменте рынка. Низкие цены, рост агрессивности новых игроков, неожиданные альянсы и "маневры" признанных старожилов 64-битной ниши -- вся эта активность убеждает как минимум в одном: что-то произойдет. Будет ли это ренессанс 64-битных Unix-систем на эволюционных "64-битных x86", обещающий массовость и доступность, или становление новых 64-битных ОС Microsoft на совершенно новой платформе, наследнице сегодняшнего семейства Itanium -- это уже область догадок, которыми мы не занимаемся. Предполагаемый выход Intel в долго игнорируемый сегмент эволюционных 64-битных процессоров вообще затрудняет какие-либо прогнозы -- значимость этой компании очень высока для поставщиков конечных решений и систем, и такой шаг может привести к самым неожиданным последствиям.

Лицевая панель SuperServer 6113L-8

Между тем, жить нужно сегодняшним днем, в котором для существующих доступных 64-битных систем, без сомнения, уже есть перспективные области применения. "Тонкие" серверы с большими объемами адресуемой памяти -- одна из таких ниш. Будь то сервер intranet-сети масштаба крупного предприятия или фактически необслуживаемый "ящик", обеспечивающий сервисы, необходимые для функционирования Internet-портала, -- экспоненциальный рост требований, возникающий в ходе их интенсивной эксплуатации, неизбежно приведет IT-персонал к выбору 64-битной платформы. Пусть не сегодня, так завтра... Большие объемы поддерживаемой оперативной памяти при отличной производительности -- это как раз то, что нужно для долгоживущего "тонкого" сервера; то, что позволяет его экстенсивно "наращивать" (ведь не секрет, что "тонкость" таких серверов заключается в ограниченной функциональности, а рост требований обычно вызван увеличением количества обслуживаемых клиентов). Вторая, без сомнения перспективная область -- серверы баз данных. Кроме перечисленных выше факторов, здесь очень важен один нюанс -- способность 64-битной платформы эффективно оперировать гигантскими файлами. Сочетание, согласитесь, весьма подходящее для сервера баз данных: большая оперативная память, достаточная для размещения в ней требующих самого быстрого доступа информационных массивов (например, индексных файлов) и фактическое отсутствие ограничений на максимальный размер файла. Плюс ценовая эффективность, которая становится главным "поражающим фактором" 64-битных систем нового поколения. И наконец, третья область применения, где преимущества 64-битных машин бесспорны, -- высокопроизводительные вычисления. И уж совершенно очевидно, что для разработчиков ПО 64-битных платформ наличие реально работающей целевой системы -- условие обязательное.

Напоследок давайте вернемся к названию статьи. Сегодняшние 64-битные системы все-таки радикально отличаются от своих собратьев 10--15-летней давности. И дело даже не в производительности, не в совершенствовании микро- и макроархитектур, не в возросшей надежности или компактных габаритах. Дело в доступности. В отличие от прежних времен, "только за 64-битность" нового поколения фактически платить уже не нужно. Так что "впереди паровоза" бежать уже не требуется -- "паровоз" уехал слишком далеко. Рост адресного пространства и вычислительной мощности -- явление непрерывное и не отменяющее опыта, знаний и здравого смысла. Что означает: правильно выбранная, грамотно спроектированная, хорошо поддержанная 64-битная система -- это действительно "путь в будущее".

Прощай, BIOS

Что только не менялось в конструкции персонального компьютера архитектуры x86 за двадцать с лишним лет развития. И только одна "незначительная" деталь оставалась практически без изменений. А именно -- микросхема ПЗУ, содержащая firmware -- базовую систему ввода/вывода BIOS. Конечно, кое-какие изменения были и здесь, но назвать их радикальными язык не поворачивается. И вот на сегодняшний день мы уже имеем 64-битные системы, у которых базовые сервисы, обеспечиваемые прослойкой firmware, фактически остаются 16-битными. Похоже, так дальше продолжаться не может, и корпорация Intel предложила еще один путь избавления от "теней предков" (еще один потому, что с 1994 г. существует стандарт IEEE 1275 Open Firmware, разработанный Sun, firmware на его основе оснащаются рабочие станции этой компании и компьютеры Apple).

Итак, BIOS будущего под названием EFI (Extensible Firmware Interface, расширяемый интерфейс встроенных программ). Решаемые им задачи являются, пожалуй, самыми незаметными и одновременно фундаментальными. Так как на сегодняшний день слишком дорого обходится реализация способности каждой подсистемы и функционального узла массового компьютера полностью сохранять свое состояние, то после включения машины все эти устройства находятся в "неинициализированном состоянии". Вот одна сторона медали. Вторая ситуацию только усложняет: разработчикам операционных систем очень трудно и, что главное, небезопасно, придавать им способность инициализировать устройства на этапах загрузки ОС.

Собственно, в обнаружении и инициализации подсистем компьютера и заключается главная роль firmware. В существующих машинах x86-архитектуры такая ответственная задача до сих пор решается по старинке -- большим "ломтем" ассемблерного кода, упрятанным в микросхему ПЗУ. EFI же трансформирует монолит традиционного BIOS в мощную развитую подсистему, способную самостоятельно выполнять специфические программы и поддерживаемую собственной инфраструктурой драйверов, причем ее основная функциональность задействуется еще до этапа загрузки ОС.

Временной промежуток от момента включения питания до запуска первого загрузчика ОС разбивается EFI на ряд интервалов. На самом первом временном интервале, именуемом SEC, срабатывают механизмы безопасности EFI, которые, в силу развитости платформы, могут быть весьма сложными. Это означает, что потенциально процедура включения питания компьютера становится объектом внимания системы безопасности. Но главное назначение SEC -- верификация ключевых компонентов машины, необходимая для их точной инициализации. Следующий этап -- PEI, Pre EFI, на котором система загружает модули (PEIM) инициализации верифицированных компонентов и выполняет их. Теперь на процессор подано гарантированно правильное питание, частоты системных шин соотвествуют норме, настройки чипсета выставлены, компьютер подготовлен к следующему этапу инициализации -- активации "окружения исполнения драйверов" (DXE, Driver Execution Environment). На этом этапе система загружает необходимые драйверы "периферийных" устройств (DXE-драйверы) и перепоручает им инициализацию видеоадаптеров, сетевых и звуковых карт и т. д. Причем и модули этапа PEI, и драйверы DXE для EFI пишутся на языке С и распространяются производителями оттранслированными в мобильный байт-код. Каждый программный интерфейс модулей и драйверов именуется с помощью 128-битного гарантированно уникального идентификатора (GUID). На "плечи" EFI "взвалено" и решение задач по конфигурированию подсистемы загрузки компьютера -- для этого предумотрен модуль встроенного менеджера загрузки, функциональность которого, естественно, может наращиваться.

В дополнение к предзагрузочным операциям EFI предоставляет операционной системе ряд сервисов, сохраняя при этом удобные табличные программные интерфейсы BIOS. В перечне таких сервисов -- самое необходимое: не требующая драйверов ОС возможность прочитать/изменить состояние часов реального времени и независимого от питания "будильника" (alarm), поддержка механизмов чтения/модификации переменных окружения среды EFI и наконец, максимально абстрагированные примитивы управления виртуальной памятью системы.

Есть в EFI и подсистема, отвечающая за возможность эксплуатации традиционного BIOS для облегчения миграции на EFI-платформы некритичных устройств.

На сегодняшний день поддержка EFI в "массовых" машинах еще редкость (в системах на Itanium 2 она обязательна). Однако учитывая достаточно агрессивное продвижение EFI (исходные тексты образцовой реализации и спецификации которой свободно доступны с сайта Intel), низкую популярность конкурирующего стандарта IEEE 1257 в "x86-мире" и, что главное, назревшую необходимость в современной подсистеме firmware, можно сделать вывод, что свое слово эта разработка еще скажет.

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365