IBM Power - мікроархітектура, процесор, сервер 

IBM Power - це сучасна архітектура мікропроцесора, це сімейство процесорів і сімейство серверів IBM. Ця архітектура з'явилася і розвивається вже 26 років і зараз на ринку представлені процесори Power10 вже 10 покоління.

Усі моделі серверів IBM Power десятого покоління мають у нумерації цифру 10 і тому легко ідентифікуються за найменуванням. Наприклад, S1022 означає сервер на базі процесора Power10, «2» означає, що в сервері два процесорні сокети, і остання двійка означає, що корпус сервера має розмір 2RU в шафі. До речі, треба зауважити, що якщо в х86 сімействі серверів, як правило, два сокети означають можливість встановлення двох процесорів, в IBM же в сокети материнської плати можуть бути встановлені як однопроцесорні, так і двопроцесорні модулі. Тож залежно від типу модулів, сервер може бути 2- і 4-процесорним. У цій статті мова піде про деякі елементи порівняння двох архітектур, що існують на ринку, щоб краще пояснити відмінності х86 архітектури від Power. Тут треба зробити крок назад і зануриться трохи в історію.

Цього року IBM відзначила свій 100 річний ювілей. Навряд чи знайдеться у світі ще одна така компанія, яка настільки б сильно вплинула на ландшафт IT як IBM. Зауважимо також, що в 1924 році з'явилася торгова марка IBM, а сама компанія під ім'ям C-R-T була заснована 13 роками раніше. І якщо бути зовсім точним, C-R-T утворилася внаслідок злиття трьох компаній, що випускали схоже обладнання, і одна з них стала широко відома після перепису населення 1870 року в США (завдяки автоматизації процесу перепис зайняв один рік замість десяти). І весь час свого існування IBM випускала обладнання для автоматизації рахункових процесів, навіть у доцифрову і доелектронну епоху. Й продовжує це робити в епоху переходу від цифрових до квантових обчислень.

Цей невеличкий екскурс дає змогу зрозуміти той момент, коли натхненний тим, що побачив у IBM, Стів Джобс вирішив заснувати компанію Apple і створити персональний комп'ютер на базі мікропроцесорів, що тільки з'являлися тоді. Сміливе рішення в епоху тотального домінування мейнфреймів IBM. Компанія у відповідь розробила архітектуру персонального комп'ютера IBM PC. Саме IBM запросила для розробки мікропроцесора маловідому тоді компанію Intel, а для створення операційної системи - нікому не відому тоді Microsoft. Саме в лабораторіях IBM з'явилися Базова Система Вводу-Виводу (BIOS), SCSI-контролер і т.і. І дуже важливо, що розробивши архітектуру, IBM не закрила її своїми патентами, що привернуло для її розвитку великий капітал і багато ентузіастів. Наприклад Майкл Делл залишив коледж і створив багатомільярдну корпорацію, виробляючи ПК на базі цієї архітектури. Грандіозна історія успіху.

Але в міру розвитку цієї архітектури, яка отримала неформальну назву х86, стали спливати її недоліки та обмеження. Intel доклала багато зусиль для мінімізації обмежень архітектури. І все ж таки багато закладених у неї рішень виправлялися досить складно. Як результат, багато виробників вирішили розробити поліпшену альтернативу, випустивши мікропроцесори RISC, засновані на скороченій системі команд: Digital Alpha, MIPS, PA-RISC, SuperH тощо. Більшисть з них не витримала випробування часом, і на ринку їх уже давно немає. Платформа IBM Power зародилась в ті часи і на поточний момент успішно розвивається вже 26 років паралельно з класичними мейнфреймами.

У чому ж відмінність IBM Power від поточної х86? Відмінностей багато і в рамках однієї статті усі їх не розкриєш. Відразу скажу, що спроба порівнювати ядра процесорів Power і Xeon, наприклад, неправильна. Ядра процесора Power10 набагато потужніші, ніж Xeon, і показують на більшості завдань більшу продуктивність. Кожне ядро Xeon має математичний співпроцесор всередині себе. Кожне ядро Power має їх 4 (MMA). Intel Xeon має більше ядер на процесорі, але сервери зазвичай обмежені 4 процесорами. IBM підтримує до 16 CPU в одному сервері. Загалом 4-процесорний сервер Xeon з 60-ядерними чипами підтримує 240 ядер. 16 процесорний Power E1080 підтримує їх стільки ж. Але ядра Power потужніші, тому в IBM швидкість все одно вища. Завдяки Multi threating ядро Xeon може виконувати два потоки одночасно, якщо програміст правильно використовував бібліотеки під час написання коду. Ядро Power обробляє паралельно до 8 потоків незалежно від того, як саме програміст писав свій код. Таким чином сервер Intel Xeon зможе обробляти одночасно 480 потоків, а сервер IBM Power 1920. Поява 72 ядерних процесорів у Intel загальну картину не змінює. Сервери IBM Power все одно потужніші. Процесори AMD мають більше ядер, але сервери на них зазвичай мають менше процесорів, що загалом картини не змінює теж, з огляду на те, що ядра Power знову таки потужніші.

Звідси перша категорія замовників, які купують IBM Power, - ті що мають ресурсомісткі додатки, яким потрібна швидкість, масштабованість, багатопотоковість. Особлива категорія замовників — ті, хто використовує платформу Oracle. Володарі найвідомішої та найдорожчої СУБД у світі зазвичай шукають шляхи зменшення часом багатомільйонних рахунків, які вони щороку оплачують цій поважній компанії. І пошук рішення часто приводить їх до IBM Power. Чому? Тому що ліцензування Oracle EE прив'язане до числа ядер сервера. А зважаючи на високу потужність ядер Power, таких ядер для обслуговування баз потрібно менше. Знаючи про різницю в продуктивності ядер х86 і Power, Oracle спробувала вирівняти їх за допомогою коригувальних коефіцієнтів. Для IBM Power - це 1. Для х86 це 0,5. Тобто через різницю в продуктивності Oracle призначає різні ціни. Але IBM все одно вигідніше. Наші останні тести показують перевагу у 2,15 раза над архітектурою x86. Ціна ліцензії СУБД Oracle ЕЕ на одне ядро є $47500 GPL (price-list Oracle викладений у відкритому доступі). Тобто 4-процесорний сервер зі скромними 10 ядерними процесорами - це 40 ліцензій і бюджет близько 1,9 млн дол. GPL + підтримка, яка на 5 років подвоїть цю суму. Чи зможе замовник заощадити тут застосувавши архітектуру Power? Трохи. Наші розрахунки показують часто, що там, де х86 необхідно 40 ядер, часто IBM вистачає 18. Тож економія невелика, але є. Але дві ліцензії - це вже економія майже 200 тис дол. з підтримкою (GPL).

І це ще не все. IBM дозволяє замовляти сервери з неповністю активованими ядрами на процесорах. Що це дає? Наприклад, з 12 ядер активовано 10 - решта перебувають у резерві. Ціна процесора Power складається з двох компонент:
- Ціна самого процесора (виробляє для IBM компанія Samsung з використанням техпроцесу 7 нм).
- Вартість активації ліцензій.

Якщо замовник не активував ядро Power, то Oracle не вимагає на нього ліцензію. У х86-світі це не так. Усі ядра, що є в процесорі, мають бути покриті ліцензіями, навіть не активовані. Якщо застосунок переїхав на резервний сайт, то в IBM де активуються ліцензії на одному сайті й активуються на іншому. Це не призводить до перевитрати та перезамовлення ядер і, як правило, рішення на базі IBM Power дасть змогу заощадити не кілька ядер, а набагато більше. А це призводить до щорічної економії в мільйони доларів на платежах в Oracle.

Ще один аспект: надійність. Рішення на базі IBM Power забезпечують замовнику до 8 дев'яток надійності. Наскільки це багато? Простенький сервер х86 забезпечує одразу 99,95%. Це означає, що виробник гарантує простій не більше 258,48 хвилини на рік (SLA). Це понад 6 годин простою. І є замовники, яким такий простій для їх сервісів не страшний. Але є й інші. Наприклад, 99,99% це вже 50,64 хвилини. Уже менш як годину - це краще. Що більше вимог до SLA висуває замовник, що більше «дев'яток» йому потрібно, то більше рішень і архітектур стають непридатними. А скільки це - 8 дев'яток? Це простій не більше 0,31 секунди на рік. І саме цей рівень надійності забезпечує IBM Power. Звідси друга категорія замовників IBM - ті компанії, які вимагають найвищого рівня надійності їхніх сервісів. Це державні органи, що обробляють дані національного масштабу, військові, великі компанії з завданнями рівня business critical. Часто власники БД Oracle є одночасно і клієнтами IBM.

Кібербезпека - так само важлива причина вибору IBM Power як основи для бізнес-критичних завдань. Як правило, більшість прикладного ПЗ, яке використовує замовник, є кросплатоформним. Важко уявити якусь популярну платформу, де не працював би той же Oracle - практично будь-які сервери, будь-які ОС. IBM Power пропонує на вибір три види операційних систем, які можуть працювати на серверах: AIX, IBM I та Linux. Причому завдяки вбудованому гіпервізору вони можуть працювати на ньому одночасно і в безлічі екземплярів. Немає абсолютно незламуваних систем. У кожній системі рано чи пізно знаходять уразливості. На платформі IBM Power/AIX їх виявлено 443. Це багато. Але за той самий термін на платформі Intel/Windows їх знайдено понад 11 тисяч. З огляду на те, що наші IT-системи перебувають під час війни та постійно під ударами угруповань хакерів, наші CIO і СISO дедалі частіше звертають увагу на правильний вибір платформи для роботи бізнес-критичних застосунків. Інакше ті дірки в безпеці, що утворюються, вельми важко і дорого закривати іншими засобами на інших рівнях захисту. Платформа Power/IBM I має ще більший рівень безпеки. На ній виявлено 41 вразливість за весь час її існування. Тому вона така популярна в таких секторах як фінансовий, держсектор та військовий.

Ще одна особливість IBM Power - це пам'ять. У світі x86 ми найчастіше зустрічаємо пам'ять DDR у вигляді стандартних 168 пінових модулів. Чи застосовує таку саму пам'ять IBM? Звичайно. Наприклад у своєму найменшому і бюджетному сервері S1012. Усі інші сервери використовують нову пам'ять стандарту OMI. Чим вона краща? Свого часу переміщення контролера пам'яті з материнської плати у процесор значно прискорило роботу підсистеми процесор-пам'ять, але у цього рішення з'явилися негативні риси. Для того, щоб збільшувати об'єм і швидкість роботи пам'яті, необхідно нарощувати кількість паралельних каналів пам'яті, а це веде до росту числа контактів на процесорі, що тягне за собою збільшення площі кристала. Але собівартість чипа пропорційна площі кристала. Щоб зменшити кристал, IBM винесла контролер фізики модуля пам'яті з процесора в сам модуль пам'яті. Це дало змогу побудувати багатоканальну надшвидкісну магістраль. У наше століття популярності додатків типу In memory Database такий підхід знайшов свого замовника. Одним із частих застосунків для IBM Power є SAP HANA. Такі замовники висувають підвищені вимоги до об'єму, швидкості та надійності підсистеми пам'яті. Вихід з ладу модуля пам'яті не зупиняє роботу сервера (Memory Mirroring), атаки хакерів з переадресацією комірок пам'яті в сервері неможливі (Memory Encrypting). Причому все це без зниження продуктивності. Це вбудовані функції серверів IBM Power.

Так само важливим моментом є тісний взаємозв'язок між продуктами IBM Security та IBM Infrastructure. Прикладом може слугувати нещодавнє демо для замовника.

Адміністратор логіниться на сервер СУБД IBM Power, використовуючи деактивований обліковий запис. IBM Qradar (SEIM) ловить цю спробу і дає команду на систему зберігання IBM FlashSystem, де сервер Power зберігає дані, зробити моментальний знімок даних і тут же перевести його в Read Only mode (WORM). Ми ще не знаємо, чи був цей інцидент людською помилкою, чи це частина атаки, але вже приготувалися до найгіршого.

До слова, про сімейство систем зберігання даних IBM FlashSystem. Компанія пропонує на ринку сімейство продуктів, яке на 99% перекриває потреби замовників в Україні. Абсолютно конкурентоспроможне за ціною і з деякими функціями, які не представлені у конкурентів. Прикладом можуть бути диски Flash Core Module (FCM), розроблені IBM спільно з Micron. Вони об'єднують у собі перевагу економічного зберігання даних технології MLC зі швидкістю і надійністю технології SLC. На рівні чипів у диску організовано захист даних із Parity. Ці диски місткістю до 38 ТБ самостійно здійснюють стиснення даних і шифрування, знімаючи значну частину навантаження з процесорів контролерів дискових масивів, прискорюючи їхню роботу. В останній версії FCM4 додалася функціональність пошуку шкідливого ПЗ в комірках пам'яті диска FCM.

Саме такі системи компанія Solidity, бізнес-партнер IBM, неодноразово постачала в банківський сектор Україні.

Формат цієї статті не дає змоги заглибитися далі. Резюмуючи вищесказане слід зазначити:
IBM Power - потужна і надійна архітектура, перевірена часом. Вона позиціюється для замовників, які цінують потужність, надійність, масштабованість, швидкість, кібербезпеку. IBM Power любить високі навантаження і створювалася саме для них.

IBM і Solidity ([email protected]) будуть раді запропонувати свою експертизу тим компаніям і замовникам, хто ще не знайомий з рішеннями IBM, а також поточним клієнтам у наші непрості часи.

 
«Одного разу шторм закінчиться. І ти не згадаєш, як його пережив. Ти навіть не будеш упевнений у тому, чи закінчився він насправді. Але одна річ безперечна: коли ти вийдеш зі шторму, ти ніколи знову не станеш тією людиною, яка увійшла в нього. Тому що в цьому і був весь його сенс»

Харукі Муракамі

*стаття спонсорована IBM

Про DCIM у забезпеченні успішної роботи ІТ-директора