Процессоры: БелАЗы против малолитражек?

Автор: Николай Смирнов

Энергоэффективность серверов играет не последнюю роль, но производительность процессоров в типичных серверных приложениях более важна.

Гонка про­цес­со­ров про­дол­жа­ет­ся. На­при­мер, в конце про­шло­го года Intel вы­пу­сти­ла про­цес­сор но­во­го по­ко­ле­ния се­мей­ства Itanium, по­ло­жив конец раз­го­во­рам, что жиз­нен­ный цикл этого семей­ства за­вер­ша­ет­ся, а ны­неш­ним летом пред­ста­ви­ла чет­вер­тое по­ко­ле­ние про­цес­со­ров Intel Core. AMD, в свою оче­редь, раз­ра­бо­та­ла новые про­цес­со­ры се­мей­ства Opteron, ориентирован­ные на со­зда­ние об­лач­ных сред, си­стем об­ра­бот­ки Боль­ших Дан­ных и высокопроиз­во­ди­тель­ных вы­чис­ли­тель­ных кластеров.

Од­на­ко в по­след­нее время по­яви­лась еще одна тен­ден­ция — борь­ба за де­ше­виз­ну и энергоэффек­тив­ность. В сер­ве­рах на­чи­на­ют ис­поль­зо­вать­ся про­цес­со­ры Intel Atom, из­на­чаль­но для них не пред­на­зна­чен­ные, и даже ARM, раз­ра­ба­ты­вав­ши­е­ся для смарт­фо­нов. Как по­ка­зы­ва­ет ис­то­рия, от­но­си­тель­но де­ше­вые чипы со вре­ме­нем почти все­гда вы­тес­ня­ют из боль­шин­ства сервер­ных си­стем более быст­рые, но до­ро­го­сто­я­щие процессоры.

Ин­стру­мент «хо­лод­но­го хранения»

В рам­ках Intel Developer Forum, со­сто­яв­ше­го­ся в пер­вой по­ло­вине сен­тяб­ря, Intel пред­ста­ви­ла мно­же­ство новых мо­де­лей сер­вер­но­го про­цес­со­ра Atom Avoton. Всего будет вы­пу­ще­но 13 вер­сий Avoton для ра­бо­ты с раз­лич­ны­ми при­ло­же­ни­я­ми, ори­ен­ти­ро­ван­ны­ми на вы­пол­не­ние вычислений, хра­не­ние дан­ных, обес­пе­че­ние се­те­вой без­опас­но­сти и бес­про­вод­ной связи. Мо­де­ли будут раз­ли­чать­ся ко­ли­че­ством ядер, объ­е­мом па­мя­ти, по­треб­но­стью в охла­жда­ю­щих вентиляторах и дру­ги­ми ха­рак­те­ри­сти­ка­ми. Они долж­ны всту­пить в схват­ку с новой вол­ной процес­со­ров, по­стро­ен­ных на ос­но­ве ар­хи­тек­ту­ры ARM.

В рам­ках фо­ру­ма были пред­став­ле­ны вы­чис­ли­тель­ные и се­те­вые си­сте­мы на базе Avoton, а также сер­ве­ры «хо­лод­но­го хра­не­ния», со­бран­ные HP, Dell, Quanta и рядом дру­гих ком­па­ний. Неко­то­рые из этих сер­ве­ров нач­нут вы­пус­кать­ся уже в ны­неш­нем году.

Как от­ме­ча­ют ана­ли­ти­ки Moor Insights & Strategy, по­яв­ле­ние боль­шо­го се­мей­ства новых процессоров сви­де­тель­ству­ет о се­рьез­ном от­но­ше­нии Intel к рынку энер­го­эф­фек­тив­ных ре­ше­ний. Atom всегда счи­тал­ся «бед­ным род­ствен­ни­ком» про­цес­со­ра Xeon, но в бу­ду­щем ему пред­сто­ит го­раз­до более ве­со­мая роль.

В HP на­ме­ре­ны уста­нав­ли­вать про­цес­со­ры Avoton в новой вер­сии сер­ве­ров ли­ней­ки Moonshot, пред­на­зна­чен­ной для об­лач­ных вы­чис­ле­ний, мо­биль­ных плат­форм, со­ци­аль­ных сетей и Боль­ших Данных.

Dell, со своей сто­ро­ны, одной из глав­ных пер­спек­тив для Avoton счи­та­ет «хо­лод­ное хра­не­ние». Име­ет­ся в виду хра­не­ние дан­ных, к ко­то­рым об­ра­ща­ют­ся до­ста­точ­но редко, но при необходимости до­ступ к ним дол­жен осу­ществ­лять­ся очень быст­ро. Глав­ны­ми по­тре­би­те­ля­ми систем хо­лод­но­го хра­не­ния долж­ны стать сайты со­ци­аль­ных сетей, но такие ре­ше­ния вполне могут быть вос­тре­бо­ва­ны и в дру­гих от­рас­лях. Их энер­го­по­треб­ле­ние можно при от­сут­ствии нагруз­ки све­сти почти к нулю.

Про­из­во­ди­тель­ность пока важнее

«Тен­ден­ция к ис­поль­зо­ва­нию все более мощ­ных про­цес­со­ров при пол­ном иг­но­ри­ро­ва­нии вопросов энер­го­эф­фек­тив­но­сти имеет место толь­ко в мас­со­вой элек­тро­ни­ке, — го­во­рит Денис Анд­ри­ков, за­ме­сти­тель тех­ни­че­ско­го ди­рек­то­ра по ра­бо­те с за­каз­чи­ка­ми ком­па­нии «От­кры­тые Тех­но­ло­гии». — В кор­по­ра­тив­ном же сег­мен­те, на­о­бо­рот, при­ме­не­ние де­ше­вых чипов по­лу­ча­ет до­воль­но ши­ро­кое рас­про­стра­не­ние». Более того, де­ше­вые про­цес­со­ры яв­ля­ют­ся ос­но­вой и при по­стро­е­нии ги­брид­ных су­пер­ком­пью­те­ров. Бу­дучи объ­еди­нен­ны­ми на базе гра­фи­че­ских ускорите­лей, они дают более при­вле­ка­тель­ную кар­ти­ну по про­из­во­ди­тель­но­сти: на­блю­да­ет­ся пере­ход ко­ли­че­ства в качество.

«Энер­го­эф­фек­тив­ное на­прав­ле­ние раз­ви­ва­ет­ся уже несколь­ко лет, но до мейн­стри­ма ему пока дале­ко», — счи­та­ет Павел Борох, ме­не­джер по мар­ке­тин­гу сер­ве­ров Primergy в Рос­сии и стра­нах СНГ ком­па­нии Fujitsu Technology Solutions. Есть опре­де­лен­ный набор задач, где ис­поль­зо­ва­ние боль­шо­го ко­ли­че­ства па­рал­лель­но ра­бо­та­ю­щих де­ше­вых ма­ло­мощ­ных про­цес­со­ров экономически обос­но­ва­но. Од­на­ко для мно­гих со­вре­мен­ных биз­нес-за­дач все же тре­бу­ет­ся произ­во­ди­тель­ность, ко­то­рую невоз­мож­но эко­но­мич­но ре­а­ли­зо­вать на де­ше­вых про­цес­со­рах. Так что, ско­рее всего, нас ждет по­яв­ле­ние сег­мен­та сер­вер­ных ре­ше­ний на де­ше­вых про­цес­со­рах, наце­лен­ных на опре­де­лен­ные задачи.

Как по­ла­га­ет Ан­дрей Ко­ва­лев, ди­рек­тор по кор­по­ра­тив­ным ре­ше­ни­ям Dell в Рос­сии, сле­ду­ет выделить три ос­нов­ные тен­ден­ции, важ­ные с точки зре­ния биз­нес-сег­мен­та. Пер­вая — сни­же­ние цен на ста­рые мо­де­ли про­цес­со­ров. Ис­поль­зо­вать ста­рые тех­но­ло­гии для опре­де­лен­но­го клас­са задач более эф­фек­тив­но, чем со­вре­мен­ные про­цес­со­ры. Вто­рая тен­ден­ция — это уде­шев­ле­ние самих тех­но­ло­гий. Се­год­ня су­ще­ству­ют тех­но­ло­гии 32 и даже 22 на­но­мет­ра, и этим уже ни­ко­го не уди­вить. Тре­тья тен­ден­ция — ори­ен­та­ция на биз­нес-за­да­чу: рас­па­рал­ле­ли­ва­ние про­цес­са обработ­ки дан­ных и ак­тив­ное раз­ви­тие тех­но­ло­гий па­рал­лель­ных вычислений.

И все-та­ки, на­сколь­ко кри­тич­ны­ми фак­то­ра­ми сей­час яв­ля­ют­ся де­ше­виз­на и энергоэффективность? «На­пра­ши­ва­ет­ся ана­ло­гия: как по­вли­я­ет на рынок гру­зо­вых пе­ре­во­зок появ­ле­ние су­пер­эко­но­мич­ных недо­ро­гих ма­ло­лит­ра­жек? Есте­ствен­но, ка­кие-то грузы можно разво­зить ар­ми­я­ми ма­ло­лит­ра­жек. Но для опре­де­лен­ных задач про­жор­ли­вые Ка­мА­Зы и Бе­лА­Зы оста­нут­ся един­ствен­ны­ми ва­ри­ан­та­ми», — под­чер­ки­ва­ет Борох. Энер­го­эф­фек­тив­ность сер­ве­ров иг­ра­ет не по­след­нюю роль, но про­из­во­ди­тель­ность про­цес­со­ров в ти­пич­ных сер­вер­ных приложени­ях, по­жа­луй, все же более важна. Ра­зу­ме­ет­ся, есть на­прав­ле­ния, где про­цес­со­ры ARM и Atom могут предо­ста­вить вполне до­ста­точ­ную про­из­во­ди­тель­ность: файл- и ви­део­сер­ве­ры, опре­де­лен­ные за­да­чи хра­не­ния дан­ных, веб-сер­ве­ры, маршрутизаторы.

Как от­ме­ча­ет Ан­д­ри­ков, при про­ек­ти­ро­ва­нии видно, что энер­го­по­треб­ле­ние про­цес­со­ра на самом деле очень важно и, более того, за­ча­стую по­став­ле­но бук­валь­но во главу угла. Не по­то­му, что не хва­та­ет элек­три­че­ства, а по­то­му, что су­ще­ству­ет про­бле­ма с от­во­дом тепла от сер­ве­ра в целом.

«С каж­дым годом ком­па­нии все боль­ше вни­ма­ния об­ра­ща­ют на энер­го­эф­фек­тив­ность своих вычис­ли­тель­ных мощ­но­стей, по­это­му умень­шен­ное энер­го­по­треб­ле­ние ста­но­вит­ся все более значи­мым фак­то­ром», — со­гла­сен Ви­та­лий Иш­ма­ев, ме­не­джер по сер­вер­ной ли­ней­ке ком­па­нии «Ак­ва­ри­ус». По его мне­нию, в бу­ду­щем пер­спек­ти­ва при­ме­не­ния ARM-про­цес­со­ров в сер­ве­рах огром­на: за счет ма­ло­го теп­ло­вы­де­ле­ния и неболь­шо­го раз­ме­ра можно до­бить­ся вы­со­кой плотности ядер — выше, чем у дру­гих си­стем, что будет вос­тре­бо­ва­но при­ло­же­ни­я­ми с параллель­ны­ми вычислениями.

AMD не сдается

Чтобы оста­но­вить со­кра­ще­ние доли рынка сер­вер­ных про­цес­со­ров, в AMD взяли на во­ору­же­ние агрес­сив­ную стра­те­гию, в числе задач ко­то­рой — вы­пуск новых про­цес­со­ров ар­хи­тек­ту­ры ARM и x86, а также про­дол­же­ние со­вер­шен­ство­ва­ния се­мей­ства Opteron.

Недав­но, на­при­мер, ком­па­ния анон­си­ро­ва­ла эко­но­мич­ные чипы Opteron 4300 и 3300 для облачных сер­ве­ров. Они будут при­ме­нять­ся в сер­ве­рах вы­со­кой плотности.

Ны­неш­ним летом ком­па­ния анон­си­ро­ва­ла стра­те­гию раз­ра­бо­ток про­цес­со­ров ARM для корпоратив­ных сер­ве­ров и ЦОД. Так, в 2014 году будет вы­пу­щен 64-раз­ряд­ный сер­вер­ный процессор ARM под на­име­но­ва­ни­ем Seattle, пред­на­зна­чен­ный для со­зда­ния энер­го­эф­фек­тив­ных си­стем. При­мер­но тогда же по­явят­ся про­цес­со­ры Berlin и Warsaw стан­дарт­ной архитектуры.

Про­цес­со­ры Atom как эле­мен­ты грид

Могут ли про­цес­со­ры, из­на­чаль­но ори­ен­ти­ро­ван­ные на мо­биль­ные устрой­ства, на прак­ти­ке стать до­ми­ни­ру­ю­щей плат­фор­мой при со­зда­нии сер­ве­ров или даже вы­со­ко­про­из­во­ди­тель­ных систем?

«Со­вер­шен­но точно, это во­прос не бли­жай­ших пяти лет», — по­ла­га­ет Ан­д­ри­ков. Любое построение вы­чис­ли­тель­ной ар­хи­тек­ту­ры — это базис для при­клад­но­го, си­стем­но­го и инфраструктур­но­го про­грамм­но­го обес­пе­че­ния, ко­то­рое при­дет­ся создавать.

Как от­ме­ча­ет Иш­ма­ев, стать до­ми­ни­ру­ю­щей плат­фор­мой «мо­биль­ные» про­цес­со­ры вряд ли смогут, а вот за­нять свою нишу и по­тес­нить сер­ве­ры стан­дарт­ной ар­хи­тек­ту­ры — вполне.

«Одним из пре­иму­ществ тех­но­ло­гии Intel Atom яв­ля­ет­ся воз­мож­ность ис­пол­нять две ин­струк­ции за один такт — то есть мы уже имеем дело с так на­зы­ва­е­мым кон­вей­е­ром и можем на­звать это пер­вым шагом на пути рас­па­рал­ле­ли­ва­ния», — го­во­рит Ко­ва­лев. С одной сто­ро­ны, вряд ли ее можно ис­поль­зо­вать в кор­по­ра­тив­ном сег­мен­те — на­зна­че­ние сер­ве­ров прин­ци­пи­аль­но иное. Зато можно го­во­рить о дру­гом под­хо­де: в по­след­нее время ста­но­вят­ся по­пу­ляр­ны­ми грид-вычисле­ния, осу­ществ­ля­е­мые на слабо свя­зан­ных между собой ге­те­ро­ген­ных ком­пью­те­рах, работа­ю­щих над вы­пол­не­ни­ем боль­шо­го ко­ли­че­ства задач. Такой под­ход ис­поль­зу­ет­ся в основном в на­уч­ной и ма­те­ма­ти­че­ской сфере, где тре­бу­ют­ся зна­чи­тель­ные вы­чис­ли­тель­ные ресур­сы. Возь­мем пред­при­я­тие, где несколь­ко де­сят­ков или сотен на­столь­ных ком­пью­те­ров работа­ет на базе тех­но­ло­гии Intel Atom. При ис­поль­зо­ва­нии грид-тех­но­ло­гии в днев­ное время это обыч­ные ра­бо­чие места пер­со­на­ла, а ночью, когда со­труд­ни­ки по­ки­да­ют офис, ком­пью­те­ры могут быть за­дей­ство­ва­ны как эле­мен­ты рас­пре­де­лен­ной вы­чис­ли­тель­ной струк­ту­ры, на базе ко­то­рой про­из­во­дят­ся по­доб­ные вы­чис­ле­ния. При этом пред­при­я­тие может не толь­ко ре­шать соб­ствен­ные внут­рен­ние за­да­чи, но и предо­став­лять свою ин­фра­струк­ту­ру в ка­че­стве услу­ги (IaaS) сто­рон­ней организации.

Если дан­ный под­ход срав­ни­вать со стан­дарт­ным (при­ме­не­ние вы­со­ко­про­из­во­ди­тель­ных си­стем), то его несо­мнен­ны­ми пре­иму­ще­ства­ми яв­ля­ют­ся более низ­кое энер­го­по­треб­ле­ние, от­сут­ствие необ­хо­ди­мо­сти опре­де­лен­ных кли­ма­ти­че­ских зон, упро­щен­ное мас­шта­би­ро­ва­ние инфраструктуры. Без осо­бо­го труда можно из­ме­нить раз­мер вы­чис­ли­тель­ной среды, что, естествен­но, более вы­год­но и эффективно.

Неко­то­рые ком­па­нии ра­бо­та­ют над со­зда­ни­ем вы­со­ко­про­из­во­ди­тель­ных энер­го­эф­фек­тив­ных систем на базе ARM-про­цес­со­ров. Од­на­ко пока это ско­рее экс­пе­ри­мент. Про­да­жи по­доб­ных техно­ло­гий ни­чтож­но малы, и в бли­жай­шее время си­ту­а­ция не изменится.

Источник: журнал «Директор информационной службы», № 09, 2013