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双核开创新x86时代

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企业和消费者开始需要利用多核心处理器所提供的优势。与单核心处理器相比,多核心处理器可以提供显著的性能和生产效率优势,最终将成为主流模式。

来源: 2005年12月29日

关键字:x86 双核

编者按:多核心处理器代表了计算技术的重要进展。目前,由于数据呈指数式增长,加上因特网的普及,企业和消费者开始需要利用多核心处理器 所提供的优势。与单核心处理器相比,多核心处理器可以提供显著的性能和生产效率优势,最终将成为主流模式。

双核处理器架构很早就出现在RISC处理器上,IBM在2001年10月就推出基于双核的POWER 4处理器;随后是Sun和惠普公司,都先后推出了基于双核架构 的UltraSPARC IV以及PA-8800芯片,但双核处理器真正在x86领域出现,却是在去年。英特尔先AMD一步推出双核桌面处理器;随后是AMD推出了在服务 器领域的Opteron处理器。不过,在x86领域中出现双核架构,对业界的影响远比在RISC架构上出现双核的影响要大——毕竟,目前90%以上的服务器都是 基于x86架构。x86架构进入双核时代,到底会带来哪些影响呢?

双核x86对x86服务器市场的影响
x86服务器市场上首次出现双核处理器,首先影响的肯定就是x86服务器市场本身。这种变化首先体现在高端的x86服务器市场上。典型的例子就是,某服 务器巨头就已经放弃了其8路x86服务器的研发计划。而众多的服务器供应商也表示,双核架构将对4路及以上的x86服务器市场产生影响。

浪潮公司表示,以8 路服务器为例,双核处理器的出现使得4 路服务器也具有了8 个CPU(内核)SMP的能力,处理器的性能可以接近8 路服务器的性能 。但严格来说,由于双核共用 I/O或总线,4 路服务器的处理器性能还是不能和8 路服务器相提并论。除了CPU 计算能力无法达到真正8 路服务器的水平 ,8路服务器的外围设备如I/ O 设备等的性能也比4 路服务器有很多地增加和提升。另外,在可靠性方面,4 路服务器也无法与8 路服务器相比。因此,浪 潮认为双核处理器的出现肯定会对8 路服务器的市场产生冲击,那些因为不满4 路服务器性能而选择8 路服务器的客户将会重新考虑自己的采购选择。

                      双核单核性能对比

  双核Xeon 2.8 GHz/2×2 MB二级缓存 单核Xeon 3.6 GHz/2 MB二级缓存
SPECint_rate
_base2000
1.51 1
Linpack 1.39 1
LS-Dyna 1.34 1
Star-CD 1.31 1
Fluent 1.31 1
数据库 1.31 1
SPECfp_rate
_base2000
1.25 1
  双核Opteron 275(2.2 GHz) 单核Opteron 248(2.2 GHz)
SPECjbb2000 1.87 1

而在4路市场,IBM公司表示,双核也将改变传统的x86服务器的卖法。IBM公司x系列服务器大中华区总经理傅斌表示,随着2 路处理器(指Xeon DP)的 性能越来越强大,客户发现2 路服务器也能做到4 路服务器的很多功能,从而认为4 路及以上服务器的性能价格比不算合理。对于这种情况,傅斌表示, IBM 已经在考虑,应该采用新的方式、方法来推动4 路以及以上服务器的销售,典型的例子如为客户提供在x86 平台上的虚拟化解决方案。

AMD公司对此也持相同观点。AMD公司服务器/工作站产品经理梁宏伟表示,“目前,市场上的4路服务器的售价为7万~10万人民币,而2路服务器的价格 是2万~3万人民币。而应用了双核处理器的双路服务器,实际上有4个计算内核,其性能完全可以满足那些计算密集型用户的需求。广电系统通过采用 双核双路的系统来代替4路服务器,节省了80%的成本。”

双核x86对RISC市场的影响
在早期,x86处理器的性能有限,对RISC市场的影响也无关大局。不过,随着x86处理器的性能一步步提高,RISC市场受到的冲击会越来越大。例如,基 于双核AMD Opteron Model 880型的4路服务器,其TPC-C值已经达到了20万,而采用1.9 GHz POWER5处理器的IBM eServer p5 570的TPC-C值也不过是21.7万 。更关键的是,IBM的p5 570的售价为24927美元,每tpmC值需要花费3.93美元,而基于Opteron处理器的服务器的每tpmC值只需花费2.4美元。

无论从性能上看,还是从性能价格比上看,x86服务器已经具备了挑战或者超越传统RISC服务器的实力。更重要的是,x86架构上除了有Windows以及各 种版本的Linux的支持,由于Sun公司的Solaris系统已经开源,并且正式支持x86架构,这使x86服务器上的应用也能够具有传统UNIX系统上的强壮性与稳定 性。国家智能计算机研究开发中心孙凝辉教授表示,双核处理器对吞吐率密集应用(例如多任务、多网络请求)、计算密集应用、企业关键业务以及高 性能计算机有非常大的帮助。他说,x86 架构下的双核处理器以低廉的成本、有竞争力的性能,使8路服务器与AMD双核处理器的搭配足以与传统的 IBM 、惠普、Sun公司的小型机竞争。

曙光公司表示,其基于双核Opteron处理器的天演系列服务器,其主要的竞争对手就是基于RISC架构的小型机。曙光公司的新闻发言人表示,“天演系列 的目标就是抢占16路以下的RISC服务器市场。特别是那些在UNIX操作系统上跑中间件和数据库软件的应用将首当其冲;其次是大规模科学计算,而这些 应用又主要分布在金字工程、大中型企业数据库服务、高效以及科研机构等三大领域中。”

对此,IBM公司也坦言,其低端RISC服务器OpenPower的竞争对象就是基于Opteron、Xeon等处理器的4、8路服务器以及竞争对手的入门级RISC服务器。

双核x86对软件授权的影响
在高端领域,软件的授权方式多种多样,有的是基于CPU的核心收费的,例如Linux等一系列软件;有的是基于用户数收费,例如Office平台。双核处理器 的出现,将导致授权方式变得复杂化。实际上,双核并不等于性能就是单核处理器的一倍,而不同架构的双核方案,所能提升的性能程度也不相同。事实上,按照一般的测算,Opteron、Xeon等的双核产品,在频率相同的情况下,比单核系统平均提高30%~50%的性能。但是,传统上的双路、单核系 统,比单路系统所能提高的性能达到了70%以上。也就是说,单路双核系统的性能要弱于双路单核系统。因此,以处理器核心数计费的方式显然不合适 宜。中间件厂商BEA 则表示,针对双核处理器的服务器加收25%授权费。

Sun公司执行副总裁颜维伦博士表示,“基于UltraSPARC T1处理器(该处理器最高可达8个核)的Sun Fire T1000服务器的售价不到6万人民币。如果按照传 统的授权方式,在其上运行的Oracle软件的授权费用将高达几十万。”Oracle针对这种情况也做出了改变,在Sun Fire T1000/T2000平台上,仅按照实际核 心数目的1/4收取授权费用。在x86处理器未来进入多核时代时,Oracle的这种方式将成为一种重要参考。

两个逻辑处理器vs两个物理处理器

       超线程技术是英特尔公司在2002年首次在Xeon处理器当中应用。该技术通过资源调配可以让操作系统 将一个物理处理器当作两个逻辑处理器来应用。英特尔采用超线程技术的原因在于,尽管提高处理器的主频和增加缓存数量可以提高处理器的性能,但 在实际应用中,由于各种原因,处理器当中的执行单元并没有得到充分利用。
       不过,尽管超线程技术可在同一时间里,使应用程序可以使用芯片的不同部分,但超线程技术并不像 两个真正的处理器那样,每个处理器都具有独立的资源。当两个线程都同时需要某一个资源时,其中一个要暂时停止,并让出资源,直到这些资源闲置 后才能继续。因此超线程的性能并不等于两颗CPU的性能。相对而言,双核处理器是两个物理处理器核心,目前为对称多处理(SMP)多线程应用优化的企 业IT系统,能够利用多内核处理器获得显著的性能提升,其实际应用效果好于超线程技术。

部分同时是服务器软件和双核服务器的厂商则决定对不同的产品进行区别对待。以 IBM 为例,IBM 服务器软件的收费办法会把x86 双核芯片当作一颗处理 器来计价,但对于双核Power 5处理器而言,还是会继续把每一核心当成单独的处理器来计价。这是因为,POWER 5的的设计更接近2倍的性能,IBM也 是因此坚持双核POWER4/5要收取双颗处理器的授权。

AMD公司与英特尔公司都在积极推动基于每个处理器 ——而不是每个核心——的软件定价模式。据悉,微软表示,即使是用在双核服务器上的 SQL Server 软件,仍依处理器数目计价,至于Windows Server,则是以服务器数量来计算。AMD 公司表示,微软的这项政策将成为一项重要的先例,其他软件供应 商将会纷纷加以响应,从而可以确保多核心计算机可以保持较低的成本。

而我国台湾省的资深IT人士颜国伟认为,最可能的作法是采行效用计算概念的用量计费,以每核使用时间来收费。Sun目前即有每颗Opteron使用一小时 收取一美元的运算租用法。不过不同架构的CPU,每小时能够贡献的性能也有差异,不同的操作系统也有不同的性能发挥,不能一概而论,总而言之只 会让事情愈来愈复杂,或者愈来愈简化(既然难以细估,干脆概算,付年费随便用,或其他的概略计法)。

双核推动虚拟化
引入双核架构不仅提高了处理器的性能,还全面增加处理器的功能性。双核处理器架构的引入和微软下一代 操作系统将在很大程度上促进虚拟技术的发 展。这些技术在2006年~2007年将有望成为下一代计算机系统的主要特征。目前部分厂商已经推出了异曲同工的虚拟化技术,如英特尔的Vanderpool( 面向个人电脑)、Silvervale(面向服务器)技术及AMD 公司的Pacifica技术。

虚拟化技术可以让一台物理计算机虚拟出若干个虚拟的系统,这些虚拟系统能使用同样的资源独立工作。换句话说,这些技术将允许用户在他们的桌面 P C 上使用超过一个操作系统,以便每个操作系统解决特定的运算任务。双核处理器将成为虚拟化技术实施的物理依托平台。

同时,大幅度增加的计算能力也使企业的计算中心能够通过虚拟技术更有效地利用数据中心的计算资源,将多台服务器上的不同资源从管理的角度“看 成”是一台服务器。

AMD 表示,采用虚拟技术的服务器整合对单个服务器提出了很高的要求。虚拟软件必须在管理多个虚拟环境的同时,及时向用户提供各种应用和数据服 务。目前, 采用直连架构的 AMD64 可以提供这样的性能。作为一种支持虚拟技术的平台,AMD64技术可以提供较短的内存延时和较高的I/O带宽,从而 可以帮助企业更加方便地与客户和业务伙伴合作,以及提供先进的解决方案。

双核x86对企业数据中心的影响
据行业专家所言,能量消耗和空间的利用是数据中心的最大成本所在,对IT管理者而言,这是限制数据中心扩展的主要因素。“太吵,运行费用太高。” Sun公司的颜维伦博士表示,硅谷的一个用户就曾如此抱怨目前的IA刀片服务器。对此,AMD表示,双核处理器的出现将有效缓解这个问题。AMD公司 服务器/产品经理梁宏伟表示,Opteron处理器在设计时就考虑到了双核需求,其耗电量与单核相差无几。因此,采用双核Opteron服务器可以立即倍增机 架的性能,用户可以在功率受限的情况下提高数据中心基础设施的性能,降低数据中心的每平方米成本,达到最佳的每瓦性能。

上海超算中心曾经算过这么一笔帐,如果将“红色网格”当中的双核Opteron处理器全部换成单核处理器,在达到同样峰值时,需要更多的占地,更多的后 备电源,而每年的运行费用将增加1500万人民币。不仅如此,对于刀片服务器而言,由于刀片服务器本身体积的限制,刀片服务器最高也只有4路产品 。但对于一些企业的关键应用而言,例如数据库应用,4路服务器的性能并不一定能够满足需求。双核处理器使刀片服务器也能具有8个计算核心,从而 使用户可以在刀片架构中建立起从前台、中间件、后台的三层应用系统,可以最大程度地简化IT基础设施,也更方便管理。

小结
多核心处理器代表了计算技术的重要进展。目前,由于数据呈指数式增长,加上因特网的普及,企业和消费者开始需要利用多核心处理器所提供的优势 。与单核心处理器相比,多核心处理器可以提供显著的性能和生产效率优势,最终将成为主流模式。

Sun Galaxy 系列服务器

Sun 公司于去年9 月推出的Galaxy 系列x64(x86、 64 位)服务器采用了Opteron 处理器,运行Solaris 10 操作系统,并在几个行业标准基准性能测试中都取得了破世界记录的好结果。事实证明,相比任何采用Intel处理器的同类x86 架构服务器,Sun 产品的性能至少高 28%;相比其它基于AMD Opteron处理器的竞争对手的系统,Sun 的产品要快12% 以上。

Galaxy服务器还具有内在的热插拔功能,简化了管理并提高了可靠性,让客户能在系统运行的过程中卸载和替换系统部件。小型单机架单元、最多是2 路的Sun Fire X2100 入门级服务器,起价不到一千美元,产品包括Solaris 10 OS、一颗146 型AMD Opteron 处理器和 512 MB 内存。Sun Fire X4100 入门级服务器配置为 Solaris 10、一颗248 型AMD Opteron 处理器、1 GB 内存、一个供电单元与一颗服务处理器,价格不到2500美元。Sun Fire X4200入门级服务器配置为Solaris 10 OS、一颗248 型AMD Opteron 处理器、1 GB 内存、一个供电单元和一颗服务处理器、价格不到3000 美元。

曙光天阔A620r-E

曙光天阔A620r-E 采用AMD 8000系列芯片组,配置8 个内存插槽,最高可支持32 GB 内存,集成双通道 Ultra320 SCSI控制器,可支持6块热插拔硬盘,可作为存储服务器使用。

在可靠性方面,该产品还提供BIOS 保护恢复、网卡自动切换、电源自检报警;支持多网卡冗余,自动均衡网络流量;自动电源检测功能,发现问题及时报警;可选 500W1+1冗余电源,为用户提供更稳定可靠的系统电源。在管理性方面,可选曙光智能硬件监控系统,配合集群系统及相应软件提供系统内部温度,直流电源电压等工作状态信息显示。

此外,天阔A620r-E 可运行Windows 2000/2003 、 RedHat Linux、Solaris x86、SCO Unixware、Novell Netware等多种操作系统平台,用户可以根据自己的需求在各种平台上构筑自己的网络及应用。

联想万全T350 G5

万全T350 G5 采用具有800 MHz 前端总线的64位Xeon处理器,2M 或1M 二级缓存,主频可达3.6 GHz;更高主频、更高系统前端总线频率、更大的缓存使得系统处理性能较上一代Xeon 有大幅提升。该产品也采用了 DDR2-400 内存,提供与CPU 处理速度相匹配的内存速度,使整体系统处理获得均衡提升。在可靠性方面,内存采用了ECC 内存并且支持内存镜像与备份,硬盘支持热插拔,可选不同级别的RAID 配置,可选冗余热插拔风扇、冗余热插拔电源,保证了系统的稳定运行。在扩展性方面,兼容传统、主流、未来三类设备。PCI-E 扩展槽给企业未来业务发展预留扩容空间; PCI-X 扩展面向当前主流设备扩展,稳定易用;32bit 扩展槽让用户的传统专用设备无忧使用。8 个DIMM 内存插槽可将内存扩展至16 GB。在提供10个热插拔SCSI 槽位同时,还可再扩展2 块非热插拔硬盘。

浪潮英信NF280 G2

浪潮英信NF280服务器采用IFA架构中独特的智能散热系统设计,有效保证了在2U 高扩展状态下良好的散热,提高了系统的可靠性并降低用户使用成本。在管理上,NF280 G2采用了例如“智能电源切换”、 “系统快速定位指示灯”、“安全协同键”、“智能部署”、“智能控制芯片”以及“PCI、内存、硬盘热插拔”等技术,减少了人工管理强度和难度,提高了管理效率,降低了管理成本。

而在软件方面,NF280 G2 配备了浪潮的蓝海豚安装导航软件和猎鹰管理软件。通过安装导航软件,管理员无需专业技术即可轻松完成系统和驱动的安装;而猎鹰管理软件则在智能控制芯片的配合下,可以实现跨平台操作、远程监控、实时报警等多种管理功能,帮助管理员提高系统管理效率和系统的安全性。

戴尔PowerEdge 1855

戴尔双核刀片服务器PowerEdge 1855 通过采用特别设计的机箱,服务器可象书本插在书架上一样垂直安装在19 英寸的行业标准化机架式机柜中。每台独立服务器的电源、散热系统整合到机箱背面和服务器线缆整合减少了空间占用。一个占用7U 机架空间的机箱可容纳多达10 台的双核刀片服务器,不仅可节省高达70% 线缆资源,更比10 台1U 独立服务器的密度高43%。

在部署和管理方面,戴尔与其他领先第三方企业级管理应用和现有管理架构的整合。此外,与分别安装独立的机架式服务器不同,添加1855 服务器的过程只是简单的将服务器滑入机箱并打开电源——就象书本水平放入书架中一样便捷。

PowerEdge 1855还采用了业界通用的可扩展架构,并且延续了与单内核产品相同的系统影像,从而使客户可以轻松地管理和升级他们的所有系统,降低了客户的成本。

IBM eServer x100/x206m/x306m

2004 年10 月,IBM 公司针对中小企业推出了三款服务器—— e S e r v e r x100、eServer x206m 以及 eServer x306m,用户可选赛扬、奔腾4、双核奔腾D 等多种不同的处理器,最大可支持两个SATA 硬盘,并可获得I B M 所承诺的 ServerProven 兼容性以及 IBM 所提供的高安全性与可靠性。

x206m 面向小型至中型企业以及零售店,支持单路奔腾4和双核奔腾4处理器,最大支持4块硬盘,集成了RAID 0/1。需要指出的是,该产品不仅可以支持 SATA 硬盘,还可以支持SAS(串行SCSI)硬盘,并且提供了热插拔电源。由于SATA 与SAS的背板通用,这使客户在选择x206m 的存储介质时可以自由选择强调成本、容量的SATA 硬盘或者强调稳定性的SAS硬盘。此外,x206m 还提供了易插拔硬盘的设计。

惠普联手AMD 推出全线双核ProLiant 产品线
2005 年12 月27 日,惠普与AMD 公司在北京联合宣布, 基于A M D Opteron 双核处理器的HP ProLiant 服务器已经全面上市并可供货。其中包括ProLiant BL25p、BL35p、BL45p刀片服务器,和ProLiant DL145、385、 585机架式服务器。这表明,2006年采用双核处理器的服务器有望成为市场主流。同时,随着双核服务器的就绪,惠普还宣布,未来将全力推广采用双核AMD Opteron处理器的4 路服务器,并将于2006 年6 月停止8 路服务器的研发和生产。

 

联手AMD 引领双核潮流
双核AMD Opteron 处理器基于直连架构,在同一个硅片上集成两个核心,与单核处理器相比,双核处理器在一些应用领域带来了很大的性能提升,例如高性能计算、海量数据处理、大规模网络应用、复杂科学计算及大型图形建模为特征的企业级或行业关键应用。目前, 惠普已经推出了全系列基于 A M D O p t e r o n 6 4 位处理器的H P ProLiant 服务器,包括ProLiant BL25p、 BL35p、BL45p 刀片服务器,和高性能企业级应用的ProLiant DL145、385、 585 机架式服务器,成为全球第一大基于AMD Opteron 处理器的服务器产品家族,包括了从机架式到刀片,从2 路到4 路,从单核到双核,为用户提供了更多选择。最新的测试数据表明,基于双核AMD Opteron 的HP ProLiant 服务器在性能方面创下了业界新高:P r o L i a n t DL385 在TPC-C 测试中首次突破了10000 ,达到了109633,高居2 路服务器的记录榜首; ProLiant DL585 4 路双核服务器在性能方面则突破了23 万Tpmc 达到第一。

中国惠普 ProLiant服务器产品经理林迎全表示,惠普之所以选择在机架和刀片两个产品线中采用双核处理器,主要基于两个因素:一是刀片和机架服务器是目前增长最快的领域,第二是这两类产品更适用于大规模数据中心的应用。其中, DL145 1U 服务器是企业数据中心和重视成本的中小型企业的理想选择,并能够满足大型集群高性能计算环境和通用计算需求,例如教育、石油等高性能计算领域以及WEB 应用等。DL385 可以用于多种大规模部署和应用的领域,如金融、电信、政府等。DL585 可满足复杂的商业应用,可用于企业后端的关键应用如大型数据库扩展,3D 图像处理、查询检索、金融建模、基于主机的桌面应用和科学计算等。

定义新标准放弃老8 路
中国惠普工业标准服务器产品总监杨诺础表示,根据IDC 调查,2004年亚太地区8路服务器市场仅为3400台,2005 年为 3489 台,几乎没有增长,8 路服务器在国内只占整个X86市场的0.6%。与全球工业标准服务器的高于10%的增长率相比,形成鲜明对比。IDC 预计,2006 年亚太地区 8 路服务器市场仍将没有增长,并呈缓慢下降趋势,这从一定程度上说明了市场对8路服务器的关注度越来越低。从计算能力来看,随着双核技术的诞生,单颗 CPU的计算能力大大提高,4路双核服务器的性能远远超过传统8 路服务器的计算能力,能全面满足用户的应用需求。例如,HP ProLiant DL585 在TPC-C 测试中达到了236054,刷新了4 路服务器的记录,性价比数倍于现有的8 路服务器。同时,ProLiant BL45p 4 路刀片服务器在性能、企业级的可用性,以及密度和可扩展性方面均已满足目前8 路服务器用户的需求。并且,随着CPU 主频的提高,复杂的芯片设计导致服务器主板散热量提高,主频的瓶颈提前出现,因此,多内核技术将比多CPU 的SMP 架构更加先进。

正是因为双核服务器在性能和性价比上的巨大优势,惠普认为继续在传统8 路上投资对厂家和用户都是某种意义上的资源浪费,决定停止在HP ProLiant DL700 系列产品上研发新品,但目前的 ProLiant DL740 和DL760 两款8 路服务器产品还将继续销售至2006 年6 月。为确保原有用户利益,HP ProLiant 保证上述两款服务器的配件生产5 年内仍然延续,面向用户的3 年保修承诺保持不变,为用户解除后顾之忧。

而针对原有的8路服务器的用户,惠普为其提供了多种技术路线选择:用户可以选用AMD 双核AMD Opteron 处理器的4 路服务器HP ProLiant DL585 和 BL45p 刀片服务器;或者转向基于英特尔双核的HP ProLiant DL580;另外,针对一些高端用户的关键业务应用、或者需要多操作系统环境以及考虑未来升级延续性的客户,还可以转向惠普基于安腾的Integrity 动能服务器。

让ProLiant 续写辉煌
作为全球第一大工业标准服务器品牌,HP ProLiant 服务器始终引领技术潮流,在全球、亚太及中国市场,一直保持销量第一地位。2005年,HP ProLiant 服务器总出货量达1000 万台,几乎相当于后两名竞争厂商之和。在刀片服务器领域,惠普在全球已售出超过15万台的HP ProLiant 工业标准刀片服务器。

根据IDC报告,2005年第3季度,在全球x86 服务器市场,HP ProLiant 销售额增长超出市场年同比增长,已连续37 个季度占据全球市场份额的冠军位置。由于基于AMD Opteron处理器的服务器的快速增长,HP单位出货量与销售额的年同比增长远远超出市场增长率。在中国市场,IDC最新统计数据显示,2005年第3 季度, HP ProLiant 销量所占市场份额高达25.0%,同上年相比增长41.5%;销售额所占市场份额为28.8%,同上年相比增长39.3%,继续蝉联中国x86服务器市场销量和销售额双料冠军。  

杨诺础表示,2006 年,HP ProLiant 将与AMD等战略合作伙伴紧密协作,在产品的可用性、可管理性、性能方面继续提升产品品质,同时,继续提升服务水平,并通过增加人员的数量以及渠道的策略扩大产品的覆盖范围,增加帮助用户全面跨入双核服务器时代。H P ProLiant 服务器将与HP 高端的Integrity 动能服务器、StorageWorks 存储设备无缝衔接,全面整合,以惠普专业服务为保障,为客户提供全方位的解决方案。

责任编辑:张竺

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