فعالیتهای کامپیوتری ۶۴ بیتی با هزینه مناسب

کارآیی و توان عملیاتی همه چیز است میزان سرعت CPU هنگامی که در زمان دستیابی به حافظه, ابزارهای جانبی و سایر CPUها دچار مشکل می شود بسیار اهمیت پیدا می کند یک سرور Xeon که یک حجم کاری ثابت را اجرا می نماید یعنی یک مجموعه قابل پیش بینی از برنامه ها با نیازمندی های منبعی ثابت از نظر اقتصادی یک راه حل بی نظیر محسوب می شود

● IT یک اصل ساده اما تقریبا فراموش شده را احیا می‌کند:

کارآیی و توان عملیاتی همه چیز است. میزان سرعت CPU هنگامی که در زمان دستیابی به حافظه، ابزارهای جانبی و سایر CPUها دچار مشکل می‌شود بسیار اهمیت پیدا می‌کند. یک سرور Xeon که یک حجم کاری ثابت را اجرا می‌نماید (یعنی یک مجموعه قابل پیش‌بینی از برنامه‌ها با نیازمندی‌های منبعی ثابت) از نظر اقتصادی یک راه‌حل بی‌نظیر محسوب می‌شود. اما حجم کاری پویای کنونی – از برنامه‌های شبکه تا BI همزمان تا پارتیشن‌بندی منبع مجازی شده -- Xeon ۳۲ بیتی را ناچار می‌سازد زمان زیادی را صرف انتقال اطلاعات نماید. برای کارهای پویا، IT به سرورهای یونیکس ۶۴ بیتی با ورودی/خروجی سریع و قابلیت بسط بالا روی آورد. اما هزینه هنگفت، کارآیی نامناسب محاسبه و نیازهای پایان‌ناپذیر نگهداری این سرورها زمینه مهاجرت به Xeon را فراهم نمود. راه‌حل ایده‌آل، راه‌حلی است که کارآیی و توانایی بالا را بدون قربانی نمودن کارآیی محاسبه و هزینه مناسب محصولی مانند Xeon فراهم بیاورد – چیزی بین سرورهای ارزان PC ۳۲ بیتی و IBM Power ۶۴ بیتی، Itanium اینتل یا ماشین‌های Sparc Sun Microsystems. این خلا اکنون پر شده است. دو پلاتفرم ۶۴ بیتی ظاهر گردیدند، یکی Opteron از شرکت Advanced Micro Devices و دیگریPowerPC ۹۷۰FX از شرکت IBM. طبیعتا، ما نمی‌توانستیم برای تهیه دو تا از نخستین سیستم‌های مبتنی بر این چیپ‌ها و مشاهده محاسبه‌گری ۶۴ بیتی بر روی یک سیستم هم قیمت Xeon به انتظار بنشینیم. نخستین سیستم‌های آزمایش ما عبارت بود از یک سرور dual-Opteron از AMD که بر روی یک مادربورد MSI و یک Xserve G۵ جفت پردازنده از شرکت Apple Computer جای گرفته بود.

● سخت‌افزار گسسته

ارزش پلاتفرم‌های PowerPC ۹۷۰FX و Opteron بیش از پردازنده تنها است. سیستم عامل‌ها، باس‌ها، و چیپ‌ست‌ها همگی نقش قابل توجهی ایفا می‌کنند. اما معماری CPU در این رده جدید از سیستم‌های ۶۴ بیتی به همان صورت اولیه باقی مانده است. Opteron شرکت AMD چیپ سرور در یک رده ۶۴ بیتی از پردازنده‌های سازگار با پنتیوم است که دسک‌تاپ، mobile Athlon ۶۴ و Athlon ۶۴ FX-۵۳ ابداعی برای ایستگاه‌های کاری با کارآیی بالا را در بر می‌گیرد. از میان اینها، تنها Opteron پیکربندی‌های چندپردازنده را پشتیبانی می‌نماید. جادوی Opteron، یکپارچه‌سازی کارکرد north bridge – ارتباط حافظه و CPU -- درون خود چیپ است. PowerPC ۹۷۰FX، Xserve G۵ جدیدترین محصول همکاری میان Apple، IBM و Motorola است. IBM هسته‌ی CPU اینترپرایز Power۴ ۶۴ بیتی خود را در PowerPC ۹۷۰FX سهیم نمود. Apple سایر بخش‌های طراحی سیستم Xserve G۵ شامل باس‌ها، منطق north bridge، منطقsouth bridge و کنترل کننده‌ سیستم (نمایشگر سلامت) را انجام داد.

هر دو سیستم همان گونه که توسط فروشندگان پیکربندی شده بودند مورد آزمایش قرار گرفتند، به جز این که ما هر دو ماشین را به ۴ گیگابایت رم متصل کردیم. مشخصه‌های استاندارد در دو سرور شامل دو پورت Gigabit Ethernet، دو طبقه‌ جدا شدنی هارددیسک، کارت‌های اساسی VGA و پورت‌های USB می‌باشد. به همراه هر دو ماشین، نرم‌افزار مدیریت سرور ارائه شده است و می‌تواند چندین سرور را مانیتور نماید. سرور Opteron قادر به انجام مدیریت lights-out است – یعنی، کنترل از راه دور انرژی، پیکربندی و عیب‌یابی در هنگام خاموش بودن سرور.

● بررسی دقیق‌تر

هم Opteron و هم PowerPC ۹۷۰FX (ما در ادامه مقاله از نام ساده‌تر Apple G۵ استفاده می‌کنیم) می‌توانند هر ترکیبی از برنامه‌های ۳۲ بیتی و ۶۴ بیتی را به طور همزمان اجرا نمایند. البته، کارآیی ایده‌آل Opteron و G۵ هنگامی حاصل می‌گردد که CPU در حالت ۶۴ بیتی راه‌اندازی شود و تمامی برنامه‌ها برای عملکرد ۶۴ بیتی کامپایل شده باشند. اما عملکرد ۶۴ بیتی صرف هنوز برای اکثر ما کاربردی نیست. هزاران برنامه ۳۲ بیتی تجاری بایستی مجددا کامپایل گردیده و مورد تایید اعتبار قرار گیرند. مایکروسافت تا زمان نگارش این مقاله قادر به ارائه یک نسخه نهایی از ویندوز ۶۴ بیتی Server ۲۰۰۳ نبود. برای تست Opteron، ما SuSE Enterprise Server ۹.۰ Linux بارگذاری شده و پیکربندی شده توسط AMD را مورد استفاده قرار دادیم. این لینوکس یک کرنل و دستورات ۶۴ بیتی را اجرا می‌نماید و ابزار توسعه‌ آن بهره‌‌برداری کامل را از Opteron به عمل می‌آورد. کد فعال شده برای Opteron به لینوکس وارد شده و باید بخشی از اکثر توزیع‌های عمده باشد.

Xserve G۵، OS X Server نسخه ۱۰.۳.۴ را اجرا نمود. این یک سیستم عامل ۳۲ بیتی است که G۵ CPU را در یک حالت پل قرار می‌دهد که امکان دسترسی به برخی از امکانات ۶۴ بیتی G۵ را از کد ۳۲ بیتی فراهم می‌آورد. ابزار توسعه Xcode متعلق به Apple، که از یک مجموعه کامپایلر GNU توسعه یافته توسط Apple به عنوان یک back end استفاده می‌نماید، تا حدی برای G۵ بهینه خواهد شد که برنامه‌های اجرایی حاصل شده بر روی Macهای قدیمی‌تر اجرا نخواهند گردید. اما Apple نمی‌تواند بدون قراردادن آن در عرضه‌های ۳۲ بیت و ۶۴ بیت این کار را در مورد کرنل انجام دهد، که این نیز یک کار بسیار بزرگ است. هر دو سیستم حاضر در آزمایش ما به خوبی بوت شده و کاملا کار خود را انجام دادند. ما کار کامپایل تعدادی از تست‌های open source را انجام دادیم و دریافتیم، همان گونه که امیدوار بودیم، هر پروژه‌ای که ما برای لینوکس SuSE بر روی Opteron کامپایل کرده بودیم همچنین بدون تغییر برایOS X Server کامپایل می‌گردد.

تست کارآیی ما بر روی توان عملیاتی متمرکز گردید. توان عملیاتی حافظه برای هر دو سیستم، که توسط بخش کپی حافظه از تحلیلگر STREAM سنجیده شد، در میزان حدود ۲GBps برابر بود. این سرعت کانال میان حافظه و CPUها نیست؛ این صرفا سرعتی بود که STREAM با آن قادر به تکمیل عمل جابجایی یک قطعه از داده از یک مکان در حافظه به مکانی دیگر بود. همان گونه که ما پروسس‌های موازی آزمایشی بیشتری را به دو ماشین اضافه می‌کردیم، کاهش اجتناب‌ناپذیری را در توان عملیاتی مشاهده کردیم. توان عملیاتی حافظه G۵ تقریبا در یک خط مستقیم تقلیل یافت، در واقع هر بار که تعداد پروسس‌های موازی دو برابر می‌شد توان عملیاتی نصف می‌گردید. به عبارت دیگر، Opteron یک قابلیت جالب در نسبت توان عملیاتی حافظه‌اش تحت بار افزایشی داشت. با هشت پروسس موازی که از سوی STREAM به دوپردازنده Opteron وارد می‌شد، توان عملیاتی حافظه به ندرت پایین‌تر از ۱/۲GBps رفت. این بیانگر قدرت کنترلرهای حافظه موجود بر روی CPU ”Opteron“ و سیستم عامل ۶۴ بیتی محض لینوکس SuSE Enterprise بود.

در مقابل، G۵ از لحاظ کارآیی ورودی/خروجی جانبی بسیار قدرتمند بود. کنترلر ورودی/خروجی Apple درخواست‌های داده را به صورت همزمان و به شکلی بسیار کارآمد میان ابزارها انتقال می‌داد، صرفنظر از بار محاسبه یا مشغولیت سایر ابزارهای جانبی. این برعکس Opteron است، که الگویی از تقلیل کارآیی ورودی/خروجی تحت افزایش بار ورودی/خروجی و/یا محاسبه نشان می‌داد – که ما از سرورهای PC انتظار داریم. این امر برای ما کاملا واضح است که اولویت طراحی Apple برای معماری خود توان عملیاتی جانبی بوده است. تونایی اجرای برنامه‌های ۳۲ بیتی بدون از دست رفتن کارآیی و پشتیبانی لینوکس و یونیکس، بهایی را که معمولا توسط مهاجرت‌کنندگان پرداخت می‌شود حذف می‌نماید. شما می‌توانید یک سرور جفت Xeon را با یک جفت Opteron بدون اینکه مشکلی در اجرای برنامه‌های نصب شده – شامل برنامه‌های فراگیر ویندوز – پیش آید جایگزین نمایید. همچنین، Xserve G۵ با هیچ یک از سرورهای مبتنی بر Apple G۴ (شامل نسل‌های قبلی Xserve و Power Mac G۴) مشکلی ندارد و تقریبا تمامی برنامه‌های open source را بر روی یونیکس، لینوکس و BSD اجرا می‌کند.

هر دو معماری سرورهای کاربردی جاوا را به شکل خاص خود ایجاد نموده‌اند، با ویرایش‌های Opteron از جاوا برای لینوکس و Solaris. مهندسان Apple به شکل خاص بر روی جاوا کار کرده‌اند و ویرایش‌های بهینه‌ شده دسک‌تاپ و سرور را از جاوا ساخته‌اند، به همراه نرم‌افزار سرور Web Objects که یک محصول ساده و توسعه‌پذیر از Apple می‌باشد. اما فروشندگان نرم‌افزار تجاری، هنوز موضعی در قبال تکنولوژی ۶۴ بیتی اتخاذ نکرده‌اند. Opteron تا کنون توانسته با عرضه‌کنندگان عمده نرم‌افزار برای پشتیبانی به توافق برسد.اما با وجود سازگاری ۱۰۰ درصد اینتل، فروشندگان نیازی به مهاجرت ندارند، چرا که کاربران می‌توانند به شکل نامحدودی نرم‌افزارهای ۳۲ بیتی خود را اجرا نمایند.

Apple راه بسیار دشوارتری را در پیش رو دارد. زیرا شروع دیرهنگامی را در دنیای اینترپرایز داشت. درست است که Apple احتمالا قادر خواهد بود با استفاده از ابزار توسعه‌ی مجانی، پایه BSD Unix و چارچوب برنامه کلاینت Cocoa خودش، توسعه‌گران را از سایر پلاتفرم‌ها (شامل ویندوز) جذب خود نماید؛ اما اگر شرکت واقعا خواهان جذب فروشندگان نرم‌افزار است، به چیزی بیش از یک پلاتفرم جدید ۶۴ بیتی جذاب به عنوان طعمه نیاز خواهد داشت. آن باید بازار اینترپرایز خود را که در حال ظهور است به شکلی ابتکاری توسعه دهد.

● روی دیگر سکه

برای آن دسته از افرادی که دوست دارند آن روی سکه را ببینند، چند واقعیت کوچک در مورد ارزیابی پلاتفرم‌ها جالب خواهد بود. بیایید از شرح برخی از مزایایی که این دو پلاتفرم ۶۴ بیتی نسبت به Xeon دارند شروع کنیم. ابتدا، سازگاری وعده داده شده از سوی AMD و IBM به نظر می‌رسد که تحقق یافته است. به صورت پیش‌فرض، هر دو CPU در مواجهه با سیستم عامل‌ها و برنامه‌های کاربردی که از پیشینیان ۳۲ بیتی خود قابل تشخیص نیستند، به عنوان پردازنده‌های ۳۲ بیتی بوت می‌شوند. در مورد Opteron، کارآیی محاسبه در حالت legacy ۳۲ بیتی، با Athlon MP ۳۲ بیتی AMD مشابه است. حتی در حالت legacy، Opteron همچنان دارای حافظه‌ on-board و باس‌های چند پردازنده می‌باشد. آن همچنین دارای یک اتصال بسیار سریع Hypertransport به کنترلر ورودی/خروجی south bridge است که می‌تواند با سرعت بسیار بالا داده را از CPU به کارت‌های توسعه انتقال دهد. و آن همچنان دارای معماری NUMA (non-uniform memory access) است که کارآیی چند پردازشی را بهبود بخشیده و حد رم را به ۴ گیگابایت برای هر CPU افزایش می‌دهد.

بنابراین از از یک دید سطح بالا، این گونه به نظر می‌رسد که حالت legacy ۳۲ بیتی Opteron را تبدیل به یک Xeon می‌نماید. اما این تغییر حالت بر روی کارآیی توان عملیاتی Opteron تاثیر محسوسی نمی‌گذارد.همچنین، G۵ در هنگام بوت شدن در حالت ۳۲ بیتی همانند نسل پیشین خود، G۴، می‌شود. و همان گونه که Opteron کار خود را انجام می‌دهد، معماری ورودی/خروجی پیشرفته آن همچنان با سیستم عامل‌ها و برنامه‌های ۳۲ بیتی کار می‌کند. اما G۵ یک تجدید نظر اساسی در هسته PowerPC محسوب می‌گردد، با دستورالعمل‌های جدید و یک طراحی اجرای داخلی جدید که در مقایسه با Opteron کارآیی بهتری را در اجرای برنامه‌های ۳۲ بیتی ارائه می‌دهد. نرم‌افزار ۳۲ بیتی که با بهینه‌سازی‌هایی برای مشخصه‌های منحصربه فرد G۵ مجددا کامپایل شده، افزایش محسوسی را هم در توان محاسبه و هم در توان عملیاتی ورودی/خروجی به دست می‌آورد. هیچ راه ساده‌ای برای دستیابی به بیش از ۴ گیگابایت رم که تمامی سیستم‌های ۳۲ بیتی توانایی خواندن و نوشتن مستقیم آن را دارند، وجود ندارد. Xeon حافظه را در حد بالاتر از ۴ گیگابایت با استفاده از سگمنت‌هایی که می‌توانند درون یک منطقه رزرو شده در فضای ۴ گیگابایت صفحه‌بندی شوند (صفحاتی که می‌توانند به این منطقه وارد یا از آن خارج شوند) ایجاد کرده است. قابلیت Opteron در الحاق ۴ گیگابایت رم به هر CPU به شکل بالقوه‌ای یک راه‌حل مناسب‌تر ایجاد کرده است: اگر سیستم عامل بتواند پروسس‌ها را برای اجرا بر روی CPUای که دارای فضای آزاد بیشتری در رم است مجددا سازماندهی نماید، صفحه‌بندی بسیار کمی مورد نیاز است. اما Opteron می‌تواند از طرح صفحه‌بندی نیز استفاده نماید، و حافظه الحاق شده به هر پردازنده برای سایرین نیز قابل دستیابی است.

● مقایسه با Xeon

اگر اینتل Opteron را از لحاظ حافظه فیزیکی افزایش یافته دارای برخی مزایای منحصربه فرد بداند، حق با اوست. در هر صورت، اینتل ناچار است CPUها و باس Xeon را مجددا طراحی نماید تا تاکید آنها را از سرعت کلاک به توان عملیاتی انتقال دهد. در میان سرورهای دارای قیمت مناسب، با وجود هشت CPU که Opteron بدون دخالت کنترلرها آنها را اداره می‌نماید، هیچ معماری CPU و باسی وجود ندارد که با قابلیت‌های کلی توان عملیاتی Opteron برابری کند. معماری G۵، که توسط چیپ‌ست Apple و سیستم عامل OS X آن بهبود یافته، نیز قابل توجه است. طراحی ورودی/خروجی پردازنده PowerPC ۹۷۰FX خوب است، اما از لحاظ طراحی اساسی، با اینتل برابری نمی‌کند. چیزی که G۵ را سرپا نگه می‌دارد برتری چیپ‌ست Apple و هسته عالی Power۴ متعلق به IBM است.

حتی هنگامی که به عنوان یک چیپ ۳۲ بیتی مورد استفاده قرار می‌گیرد، معماری G۵ RISC آنقدر کارآمد است که برنامه‌های بهینه شده می‌توانند به شکلی عالی اجرا گردند، به خصوص در حوزه محاسبات اعشاری، که IBM همواره در آن از برتری برخوردار بوده است، و در حوزه‌ی محاسبات برداری. G۵، از آنجایی که در پلاتفرم Xserve G۵ پیاده‌سازی شده، از لحاظ توان محاسبه و قدرت عملیاتی در مقایسه با Opteron دارای توازن و ثبات بیشتری است. نکات فراوانی برای بررسی جهت گزینش معماری‌های سرور وجود دارد، اما مهم نیست که شما بر چه مبنایی مقایسه خود را انجام می‌دهید، Opteron و G۵ به دلایل متعددی انتخاب‌های بهتری نسبت به Xeon خواهند بود.

نویسنده: Tom Yager

مترجم: امین ایزدپناه