Narzędzia osobiste
Integrator Integrator  > Archiwum  > Archiwum Wydania Online  > Wydanie 1996  > Nr 3/1996 (14)  > UltraComputing Odsłona pierwsza
Integrator nrI/2017(137)
 
 

UltraComputing Odsłona pierwsza

Wokół najnowszej rodziny procesorów Ultra SPARC firma Sun Microsystems, buduje nową strategię rozwoju sprzętu komputerowego pod nazwą UltraComputing. Pod tym hasłem kryje się dążenie do stworzenia systemu komputerowego o wysokiej wydajności. Pojęcie wysokiej wydajności nie ogranicza się tylko do dużej mocy obliczeniowej procesora, choć jest to jeden z kluczowych elementów UltraComputingu.

Wysoka wydajność jest rozumiana jako szybkość działania używanych na co dzień aplikacji, jako skrócenie czasu odpowiedzi systemu, jako szybka wizualizacja danych umożliwiająca komfortową pracę użytkownika. UltraComputing jest więc czymś więcej niż tylko osiągnięciem wysokich wartości wyników standardowych testów. Pierwszym produktem wprowadzającym w życie idee UltraComputingu jest rodzina komputerów Sun Ultra 1. Przyjżyjmy się bliżej architekturze nowego systemu, oceńmy na ile nowa architektura spełnia wymagania UltraComputingu.

Sercem nowego systemu Ultra 1 jest najnowszy procesor UltraSPARC spełniający wymagania specyfikacji SPARC w wersji 9. Procesor UltraSPARC jest 64-bitowym , 4-droższym superskalarnym procesorem typu RISC. Dzięki superskalarnej architekturze procesor może realizować 4 niezależne instrukcje w 1 cyklu zegarowym. Zwykle wydajność procesora jest ograniczana przez konieczność współpracy ze znacznie wolniejszymi od procesora układami pamięci. Procesor UltraSPARC posiada szereg mechanizmów rozwiązujących ten problem:

  • procesor posiada 2-poziomową pamięć podręczną, pierwszy poziom jest implementowany w procesorze, drugi poziom pamięci realizują zewnętrzne pamięci SRAM,
  • długa kolejka rozkazów oczekujących na wykonanie implementowania w procesorze zapewnia niezakłóconą jego pracę, nawet w przypadku braku wymaganych danych w pamięci cache i konieczności ich załadowania z pamięci operacyjnej, dane zostaną odczytane zanim wyczerpie się kolejka rozkazów,
  • zaawansowane mechanizmy przewidywania skoku pozwalają na załadowanie odpowiednich danych do pamięci cache, zanim procesor przystąpi do ich odczytywania, minimalizuje to ilość chybionych odczytów z pamięci cache.

Opisane mechanizmy wpływają korzystnie nie tylko na wydajność procesora, ale również na cenę systemu. Zaawansowane techniki zarządzania pamięcią cache, pozwalają na zmniejszenie jej rozmiaru, a więc i obniżenie ceny bez obniżenia szybkości przetwarzania.

Procesor UltraSPARC posiada ponadto szereg cech niespotykanych w innych procesorach jednak wpływających na wydajność pracy aplikacji. Procesor jest wyposażony w zestaw instrukcji VIS (Visual Instruction Set) optymalizowanych w zakresie podstawowych operacji graficznych. Dodatkowo procesor ma zaimplementowane sprzętowe mechanizmy dekompresji video MPEG w celu zapewnienia efektywnego wsparcia dla aplikacji multimedialnych.

Z uwagi na specyficzny charakter danych graficznych istnieje możliwość ładowania dużej ich ilości do procesora oraz przetwarzania z pominięciem pamięci cache, zapewnia to z jednej strony odpowiedni poziom wydajności, a z drugiej strony chroni cache przed "brudzeniem" jednorazowymi danymi.
Powyższe mechanizmy nie mają bezpośredniego wpływu na wyniki standardowych testów wydajnościowych, znacząco jednak wpływają na szybkość działania aplikacji wykorzystywanych w codziennej pracy.

Efektywne zastosowanie procesora UltraSPARC, w celu wykorzystania wszystkich jego możliwości, wymagało opracowania nowej architektury. Sun Ultra 1 nie jest wyposażona w standardową magistralę, tylko w przełącznicę krzyżową UPA (Ultra Port Architecture) zapewniającą komunikację pomiędzy procesorem, pamięcią, kartą graficzną i układami we/wy z dużą przepustowością oraz możliwość dokonywania wielu przesłań jednocześnie. Przepustowość UPA wynosi 1.3 GB/s. Tak wysoka przepustowość jest niezbędna, gdyż procesor UltraSPARC potrafi odczytywać dane z prędkością aż 600MB/s, szyna systemowa musi, w celu obsługiwania innych przesłań np. DMA oferować znacznie większą przepustowość. W celu zapewnienia efektywnej współpracy szybkiego procesora z pamięcią rozszerzona została ścieżka dostępu do pamięci typu ECC, szerokość ścieżki wynosi 288 bitów. Zastosowanie pamięci ECC zapewnia nie tylko kontrolę parzystości, ale również możliwość korekcji błędów. Komunikację z urządzeniami we/wy zapewnia standardowa 64-bitowa szyna SBus o przepustowości 123 MB/s.

Stacje Ultra mogą być wyposażone w nowy typ akceleratora Creator, wykorzystujący specyficzne możliwości graficzne procesora UltraSPARC. Creator zapewnia grafikę 24-bitową dając możliwość wyświetlania 16.7 mln kolorów jednocześnie. Sprzężenie akceleratora graficznego z procesorem zapewnia skalowalność grafiki wraz z rozwojem procesora, zwiększenie wydajności procesora automatycznie powoduje zwiększenie efektywności karty grafiki. Nowy akcelerator graficzny dostępny jest w dwóch wersjach Creator i Creator 3D z Z-buforem. Akcelator Creator reprezentuje nowe podejście do problemu szykich kart graficznych, zastosowana technologia 3D-RAM wykorzystuje 3 typy pamięci VRAM, SRAM i DRAM, co pozwala na zapewnienie wysokiej efektywności przy obniżeniu kosztu karty. Creator dysponuje pamięcią 5 MB, Creator 3D 15 MB. Akcelerator Creator jest podłączany wprost do UPA, co zapewnia niezwykle efektywną komunikację z procesorem.

Stacje Ultra wyposażone są w zintegrowany sterownik Fast/Wide SCSI-2 umożliwiający transmisję danych z prędkością 20 MB/s, jest to dwukrotnie więcej niż stosowane w pozostałych maszynach sterowniki FastSCSI-2. Większa przepustowość ma zwłaszcza znaczenie w przypadku stosowania nowych dysków o dużej szybkości, dwa lub trzy nowoczesne, szybkie dyski mogły z łatwością wykorzystać cale pasmo oferowane przez standardowe SCSI. Zastosowanie Fast/Wide SCSI poza dwukrotnie większą przepustowością umożliwia podłączanie większej ilości urządzeń.

1r

Firma Sun od dawna dostrzega korzyści płynące z pracy w środowisku sieciowym, potwierdza to hasło reklamowe "Dopiero siec to komputer". W celu spełnienia wymagań UltraComputingu stacje Ultra są wyposażone w interfejs FastEthernet 100BaseTX oraz MII. Do interfejsu MII można przyłączyć transceiver dla innych typów medium niż UTP 5, np. światłowód. Zastosowanie szybkiej technologii sieciowej eliminuje wąskie gardło, które mogą stanowić standardowe karty Ethernet.
Jak widać konstruktorzy projektujący nową architekturę wzięli pod uwagę wszystkie elementy systemu stanowiące o wydajności. Na każdym etapie przetwarzania zastosowane zostały mechanizmy zwiekszające szybkość pracy. Systemy Sun Ultra będące pierwszymi wcieleniami UltraComputingu w pełni zasługują na miano maszyn nowej generacji. Potwierdzają to wyniki testów wydajności, SPECint92 wynosi 252, a SPECfp92 351. Należy spodziewać się, że następne systemy firmy Sun wyposażone w szybsze procesory 200MHz będą osiągać jeszcze lepsze wyniki.

Firma Sun po raz kolejny podniosła poprzeczkę, w roku 1982 Sun jako pierwszy oferował maszyny typu desktop z systemem operacyjnym UNIX Sun1, następnie w roku 1989 SPARCstation 1 była pierwsza stacja robocza z procesorem typu RISC, a obecnie Sun jako pierwszy oferuje maszyny Ultra w ramach strategii UltraComputing.

Akcje Dokumentu

Nasze cookies są bezpieczne! Korzystamy z nich w minimalnym zakresie tak, aby nasz serwis był jak najlepiej dopasowany do potrzeb Użytkowników. Warunki przechowywania oraz dostępu do plików cookies, można zmienić w ustawieniach przeglądarki. Domyślne ustawienia popularnych przeglądarek pozwalają na zapisywanie cookies. Więcej informacji w naszej polityce cookies.

[X] Zaakceptuj, by informacja więcej się nie pojawiała