بر فراز نیاگارا نگاهی به پردازنده های شركت سان مایكروسیستمز

امروزه كاربرد پردازنده های اسپارك از كامپیوترهای شخصی قابل حمل گرفته تا سرورها و سوپركامپیوترها را در برمی گیرد زمانی كه شركت سان مایكروسیستمز در سال ۱۹۸۷ اولین كامپیوترهای مبتنی بر پردازنده های اسپارك را به بازار عرضه كرد, هیچ كس تصور نمی كرد در آینده, این نوع كامپیوترها به یكی از بهترین انتخاب ها برای سرور ویژه اجرای برنامه های كاربردی Application Server تبدیل شوند

شركت سان مایكروسیستمز را باید در كنار آی‌بی‌ام به عنوان یكی از پیشكسوتان دنیای پردازنده‌ها به حساب آورد. این شركت كه به‌طور مداوم در نهان و آشكار به‌منظور رقابت با دیگر سازندگان پردازنده در ساخت محصولات خود نوآوری می‌كند، به شدت بر روی پردازنده‌های خود موسوم به اسپارك (SPARC) تمركز كرده و تنها راه ادامه حیات خود در مقابل رقبای سرسختی چون آی‌بی‌ام و اینتل را تولید پردازنده‌هایی می‌داند كه همواره از لحاظ سطح فناوری برای كاربردهای سرور، چند پله بالا‌تر از همتایان خود باشد. گذشته از این كه در بسیاری از موارد، این موضوع به واقعیت نپیوسته و در برخی مواقع، بیشتر باعث بروز هیاهو و سروصدا در بازار پردازنده شده تا ارائه یك محصول واقعی، جا دارد به تلاش‌های این شركت همراه با سایر شركای پروژه اسپارك برای پیشبرد پروژه، نگاهی بیندازیم.

كلمه scalable Processor Architecture) SPARC) به معنای معماری مقیاس‌پذیر پردازش است. امروزه كاربرد پردازنده‌های اسپارك از كامپیوترهای شخصی قابل‌حمل گرفته تا سرورها و سوپركامپیوترها را در برمی‌گیرد. زمانی كه شركت سان مایكروسیستمز در سال ۱۹۸۷ اولین كامپیوترهای مبتنی‌بر پردازنده‌های اسپارك را به بازار عرضه كرد، هیچ‌كس تصور نمی‌كرد در آینده، این نوع كامپیوترها به یكی از بهترین انتخاب‌ها برای سرور ویژه اجرای برنامه‌های كاربردی (Application Server) تبدیل شوند.

در آن زمان بسیاری از دیگر سازندگان كامپیوتر، نظیر آی‌بی‌ام، اینتل و اچ‌پی نیز مشغول تحقیقات و مذاكره برای ساخت پردازنده‌های مبتنی‌بر تكنولوژی RISC بودند كه ناگهان شركت سان خبر ارائه اولین سری پردازنده‌های مبتنی‌بر این فناوری را اعلام نموده. پس از این واقعه، سان در دومین گام، در خط تولید دو محصول كلاینت یونیكس خود كه با پردازنده‌های ساخت اینتل و موتورولا كار می‌كردند، تغییراتی ایجاد نمود. در این تغییر، پردازنده‌های اسپارك جایگزین پردازنده‌های دو شركت مذكور شدند و بدین ترتیب بخش بزرگی از بازار كلاینت‌های یونیكسی به دست سان افتاد.

دو سال بعد و در ادامه این فعالیت‌ها، سان به كمك دیگر شركای تجاری خود مؤسسه‌ای را تحت عنوان اسپارك بین‌المللی (SP ARC International Inc) جهت مستقل‌تر كردن و فراگیرتر ساختن پلتفرم اسپارك و طرح مباحث تجاری و حق‌امتیاز ساخت آن برپا كرد. در همین سال شركت سان، كامپیوترهای SPARC Station ۱ را با ویژگی۲۱.۵ MIPS و ۴/۱ مگافلا‌پس و خطوط حامل SBUS با سرعتی سه برابر مدل قدیمی‌تر خود به بازار عرضه كرد كه باعث وارد آمدن شوكی جدید به رقبا و به‌ویژه موتورولا بود.

در سال ۱۹۹۰ كامپیوترهای SPARC Station ۲ با ویژگی ۲۸.۵MIPS و ۴.۵MFLOPS و بالاخره در سال ۱۹۹۱ سری سرور كامپیوترهای اسپارك با نام SPARC server ۶۰۰mp با خطوط حامل MBUS به بازار ارائه شدند. پردازنده مورد استفاده همه این كامپیوترها تا این سال، از نوع SPARC معمولی بودند. اما از آن سال به بعد، سان با ساخت پردازنده‌های نسل جدید اسپارك، یعنی Super SPARC (كه بازهم یك پردازنده ۳۲ بیتی بود، اما با فركانس بالا برای انجام دستورالعمل بیشتری در واحد زمان بود) و پردازنده‌های ۶۴‌‌‌بیتی Ultra SPARC كه ویژه سرور محیط‌هایEnterprise در نظر گرفته شده بود)، گام‌های بسیار اساسی‌ای را در كسب سهم مهمی از بازار كامپیوترهای سرور در جهان برداشت.

لازم به ذكر است كه در همین سال‌ها، سایر شركای تجاری سان، نظیر فوجیتسو مایكروالكترونیك و یا رُزتكنولوژی نمونه‌هایی از پردازنده‌های اسپارك مانند hyper SPARC و Turbo SPARC را ساختند كه البته موفقیت آن‌ها در كسب سهم از بازار سرورها نسبتاً خوب بود. اما این توفیق به‌اندازه موفقیت سان نبود.

در حالی كه سرورهای مبتنی‌بر پردازنده‌های اسپارك به‌همراه سیستم‌عامل اختصاصی سان، یعنی سولاریس، كارایی بسیار عالی و سرعت بی‌نظیری را در كاربردهای مهمی چون وب سرور سایت‌های بزرگ و پربیننده به نمایش گذاشته بودند. اما سان در سال‌های ۲۰۰۲ تا ۲۰۰۴ روزهای كم فروغی را در عرضه پردازنده‌های جدید گذراند. طی این سال‌ها، سان خود را به شدت درگیر مباحث مربوط به سیستم‌عامل سولاریس كرد و سعی نمود موقعیت این سیستم‌عامل را هم در پلتفرم SPARC و هم در پلتفرم ۸۶X در رقابت با لینوكس و ویندوز مستحكم‌تر كند. بنابراین حتی با وجود ارائه نسخه دهم سولاریس كه با هیاهوی اُپن‌سورس بودن نیز همراه بود، هیچ‌كدام از وعده‌های سان برای ارائه پردازنده‌های قوی‌تر در طی این سال‌ها به سرانجامی نرسید.

در این حال برخی مشتریان بزرگ كامپیوترهای SPARC مثل صنایع نظامی ایالا‌ت‌متحده و بریتانیا كه درگیر جنگ با عراق بودند، به شدت نیاز به ساخته شدن نسل جدیدی از اسپارك‌های پرسرعت‌تر را در بازار افزایش دادند. طی چند سال توقف سان در ارائه پردازنده‌های قوی‌تر و پرسرعت‌تر، برخی از سازندگان كامپیوتر با ساختن سرورهایی كه امكان پشتیبانی از تعداد بیشتری پردازنده‌های موجود اسپارك را داشتند، سعی نمودند خلا وجود پردازنده‌های پرسرعت را به نحوی جبران نمایند.

در مقاطعی نیز برخی مشتریان به تدریج از برطرف‌شدن این معضل در آینده نزدیك ناامید شدند و به بررسی سایر پلتفرم‌ها برای مهاجرت احتمالی پرداختند. اما در آوریل سال ۲۰۰۴ سرانجام سان با ارائه رده جدیدی از پردازنده‌هایUltra SPARC IV، این طلسم را شكست. سرورهای جدید SUN Fire كه به این سری از پردازنده‌های اسپارك مجهز بودند، در سپتامبر سال ۲۰۰۴ ركورد جدیدی را در فروش سرورهای مبتنی بر اسپارك به جا گذاشتند. در همین حین، سان مشغول طراحی نسل جدیدی از پردازنده‌های اسپارك موسوم به نیاگارا (Niagara) شد و اعلام كرد كه این طرح را برای به‌دست‌آوردن یك جایگاه مستحكم و پایدار در میان سازندگان پردازنده برای دو تا سه سال آینده مدنظر قرار داده و تا چندی دیگر پس از تكمیل مراحل طراحی، آن را روی خط تولید قرار خواهد داد.

طرح نیاگارا كه دارای قابلیتی به نام Chip Multi threading است، برای سرعت بخشیدن به پردازش و ارسال صفحات وب به سمت كاربر بهینه شده و هسته آن در واقع قدرتی برابر با هشت هسته پردازنده اسپارك ۲(SPARC II) دارد و در نتیجه قادر است ۳۲ (=۴*۸) پردازش موازی را به صورت همزمان انجام دهد.

به عقیده بسیاری از كارشناسان، این طرح در مقایسه با فعالیت‌های مشابه سایر سازندگان پردازنده، بسیار رادیكال و تند به نظر می‌رسید. چرا كه سرشناس‌ترین آن‌ها، یعنی اینتل، در آن زمان تنها دو هسته با قابلیت دو پردازش یعنی مجموعاً ۴= (۲*۲) پردازش موازی همزمان را برای پردازنده‌های خود در نظر گرفته بود. اصولاً سان یكی از شركت‌هایی است كه به تخصصی بودن محصولات سخت‌افزاری برای هر نوع كاری كه قرار است انجام شود، اعتقاد عجیبی دارد.

با این حال معتقد است كه پردازنده‌های نیاگارا در تلفیق با سیستم‌عامل سولاریس ۱۰ قادرند در سرورهای بانك اطلاعاتی و وب‌سرورها، كه دو رده كاملاً متفاوت از سرورها را تشكیل می‌دهند، كارایی بی‌نظیری را از خود نشان دهد. با تمام این تفاسیر، سان ارائه رسمی پردازنده‌های نیاگارا را تا سال ۲۰۰۶ به تعویق انداخت و همچنان به فروش سرورهای مبتنی‌بر پردازنده‌های iv و iv+ پرداخت. پردازنده‌های iv+ نسبت به iv برای افزایش سرعت اجرای برنامه‌ها در سولاریس ویژگی‌هایی برتری دارند. جدول ۲ برخی مشخصات این پردازنده را نشان می‌دهد.

● برخی مشخصات پردازنده‌های اسپارك

در دنیای پردازنده‌های اسپارك با واژه‌هایی روبه‌رو می‌شویم كه شاید كم و بیش در عرصه سایر پردازنده‌ها نیز با آن‌ها برخورد كنیم.یكی از مهم‌ترین آن‌ها مفهوم thread است كه در این‌جا مختصراً به آن اشاره كنیم.

● Throughput Computing

این قابلیت در واقع سیاست و استراتژی اصلی طراحی و ساخت پردازنده‌های نسل Ultra SPARC است و به پردازنده امكان می‌دهد به صورت همزمان دو برنامه مختلف را اجرا نماید كه هر كدام بیش از یك مسیر موازی دارند. یعنی هر كدام را در قالب عملیات (Multi threading) در سیستم‌عامل سولاریس اجرا نماید. این قابلیت كه در واقع تلفیق دو قابلیت پردازشی موازی (Multi threading) و چند هسته‌ای (Multi core) است، به هر هسته (core) پردازنده اجازه می‌دهد یك برنامه دارای قابلیت Multi threading را با سرعتی بیشتر اجرا نماید. در این حالت اگر یكی از دستورات در حال اجرای یك برنامه باعث شود یكی از هسته‌های پردازنده منتظر دریافت اطلاعات از هارددیسك یا حافظه بماند، آن هسته می‌تواند با مسیر (thread) دیگری به اجرای سایر دستورات بپردازد و فقط یكthread خود را جهت دریافت اطلاعات در حالت انتظار باقی بگذارد.

حال تصور كنید كه اگر هر هسته بتواند این كار را انجام دهد، در نتیجه تعدادی برنامه می‌توانند به صورت همزمان و هر كدام با چند مسیر موازی و با سرعت زیاد اجرا شوند.

شایان ذكر است كه برای طی شدن مطلوب این روند، سیستم‌عامل سولاریس نیز با قابلیت اجرای برنامه‌ها در قالب مسیرهای موازی سهم مهمی را در ارائه این سرویس به خود اختصاص داده است. همچنین نباید نقش برنامه‌های اجرایی یا همان Applicationها را در زمینه قابلیت اجرا شدنشان به صورت مسیرهای موازی نادیده گرفت. این پدیده برای تمام برنامه‌های تجاری تحت سولاریس مثل پایگاه‌های اطلاعاتی، وب سرور، سرویس‌های وب، برنامه‌های ERP ،CRM و Data Mining مفید بود و باعث افزایش چشمگیر سرعت پردازش آن‌ها شد.

همان‌طور كه گفته شد، یك پردازنده می‌تواند به صورت موازی چند برنامه همزمان را اجرا نماید. این امكان، به‌چند صورت اجرا می‌شود:

- از طریق وجود چند هسته در یك پردازنده كه به آن Chip Multi Processing) CMP) یا Multiple core نیز گفته می‌شود.

- از طریق توانایی یك هسته در اجرای چند مسیر موازی كه به آن (simultaneous Multi threading) اطلاق می‌گردد.

- به‌صورت تركیبی از CMP و SMT كه به آن Chip Multi Processing) CMT) می‌گویند كه به همراه قدرت آدرس‌دهی ۶۴‌بیتی حافظه در پردازنده‌های آلترا اسپارك، قابلیت Throughput computing را به‌وجود می‌آورند.

این سرمایه‌های گران‌بها حاصل تلاش ۱۷ ساله شركت سان در ساخت پردازنده‌های قدرتمند با كمك شركای معتبری چون Texas Instruments است كه در پروژه آلترا اسپارك و یا حتی نیاگارا (در آینده) از متحدان استراتژیك سان به‌شمار می‌رود.

● نیاگارا عرضه شد

شركت سان‌مایكروسیستمز در ماه نوامبر سال ۲۰۰۵ میلادی جدیدترین پردازنده مركزی خود را با نام رسمی

UltraSparc T۱ (و نام رمز Niagara) عرضه كرد. این شركت امیدوار است با استفاده از این پردازنده‌های پرقدرت فروش سرورهای خود را تقویت نماید. پردازنده ۱T دارای هشت هسته اجرایی (با قابلیت اجرای چهار thread) برروی یك قطعه سیلیكون است و مصرف برق آن حدوداً ۷۰ وات می‌باشد. این شركت همچنین نمونه‌های ۴ و ۶ هسته‌ای T۱ را نیز عرضه كرده است.

جاناتان شوارتز، مدیر امور اجرایی سان، ضمن اشاره به این‌كه T۱ پردازنده‌های Power۵ از IBM و Xeon از اینتل را پشت‌سر می‌گذارد مدعی است كه عرضه این پردازنده سان را پنج سال جلوتر از رقبای خود قرار خواهد داد. وی می‌گوید: <احتمالاً متوجه شده‌اید كه طی چند سال گذشته ما هیچ برتری‌ای در زمینه پردازنده‌های Sparc نداشته‌ایم. با این حال اكنون ما یك برتری انكارناپذیر در زمینه كارایی پردازنده‌ها داریم>. سان در نظر دارد از این پردازنده پرقدرت در سری جدید سرورهای SunFire خود استفاده كند. این شركت در حال حاضر سومین تولیدكننده بزرگ سرور پس از IBM و HP است.

مهیار داعی‌الحق