Sun Microsystems wprowadza na rynek serwery Sun Fire T1000 i Sun Fire T2000 ,wykorzystujące 8-rdzeniowe procesory UltraSparc T1 znane dotychczas pod kodową nazwą Niagara.

Impulsem do podjęcia pracy nad nowymi serwerami była dla Suna utrata prymatu w dziedzinie wydajności serwerów, która dodatkowo zbiegła się z osłabieniem popytu na serwery po załamaniu się rynku firm internetowych. Dodatkowym problemem stała się popularyzacja systemu Linux, uruchamianego w większości przypadków na tanich serwerach x86. Stawienie czoła tak wielu wyzwaniom wymagało kilku lat wytężonej pracy u podstaw. Prace rozwojowe właśnie się zakończyły, a ich ukoronowaniem są układy UltraSparc T1 oraz wyposażone w nie serwery Sun Fire T1000 i Sun Fire T2000.

Wygląda na to, że triumfatorski ton konkurentów Suna, wieszczących "koniec jego ery", był przedwczesny. Sun powraca bowiem na rynek z propozycjami trafiającymi w sedno współczesnych problemów wielu centrów danych. Po pierwsze, nowa architektura procesorowa skupia się na wydajnym przetwarzaniu wielu wątków, co jest typowe dla wielodostępnych aplikacji serwerowych. Jest to jednocześnie słaby punkt architektur opartych na układach x86, które powstały z myślą o komputerach osobistych. Drugim obszarem usprawnień jest pobór energii, przekładający się na koszty zasilania i emisję ciepła, a w konsekwencji także na koszty klimatyzacji i koszt budowy 1 m2 serwerowni.

Procesor w centrum uwagi

Blisko 4 lata temu Sun podjął decyzję o rozpoczęciu projektowania nowej generacji procesorów o kodowej nazwie Niagara. Ich konstrukcja fizyczna miała być opracowana od podstaw, ale miały one zachować zgodność z architekturą SPARC v. 9 zapewniającą binarną zgodność aplikacjom pisanym dla starszych generacji układów UltraSparc. Tak powstały układy UltraSparc T1 wyposażone w 8 rdzeni obliczeniowych, z których każdy może obsługiwać do 4 niezależnych wątków. UltraSparc T1 jest widziany przez system operacyjny (na razie tylko Solaris 10, ale Sun zabiega o to, by dla nowej platformy powstały wersje Linuxa i BSD Unix) jako serwer 8-procesorowy. Z punktu widzenia projektanta aplikacji platforma UltraSparc T1 zapewnia bowiem możliwość równoległego wykonania do 32 wątków ze wsparciem sprzętowym.

Aby być precyzyjnym, wypada podkreślić, że procesor UltraSparc T1 przetwarza 32 wątki nie w ramach jednego, lecz 4 kolejnych cykli zegara. Z punktu widzenia aplikacji wielowątkowej taki zabieg nie wprowadza opóźnienia, bowiem opóźnienia w przetwarzaniu aplikacji wielowątkowych nie wynikają z intensywności pracy z jednym wątkiem, lecz z czasu oczekiwania na odpowiedź pamięci RAM, które trwa zazwyczaj kilkaset, jeśli nie kilka tysięcy cykli zegara. W procesorze jednordzeniowym konieczność sięgnięcia do pamięci wstrzymuje jego pracę. W UltraSparc T1 nawet gdy 3 rdzenie czekają na dane, pozostałe 5 przetwarza swoje wątki bez opóźnień. Według Suna, UltraSparc T1 pracuje przez ok. 85% czasu, podczas gdy procesor x86 jedynie przez 15-20%.

Oprócz 8 rdzeni CPU, układy zawierają przełącznik krzyżowy (crossbar) o przepustowości 136 GB/s, obsługujący wymianę danych między rdzeniami, 4 kontrolery pamięci RAM oraz 4 współdzielone przez jednostki CPU układy pamięci podręcznej o łącznej pojemności 3 MB. Łączne pasmo procesora do pamięci zapewniane przez 4 niezależne kanały DDR2 533 MHz sięga ok. 23 GB/s.

Procesory UltraSparc T1 są wytwarzane w fabrykach Texas Instruments przy wykorzystaniu technologii 90-nanometrowej i dostępne w wersjach 4-, 6- i 8-rdzeniowych o częstotliwościach zegara 1 GHz i 1,2 GHz. Te dwa pierwsze modele nie są odmiennymi konstrukcjami, a procesorami 8-rdzeniowymi, które nie spełniają założonych parametrów jakościowych. Takie podejście stosują także inni producenci półprzewodników, w tym Intel. Celem jest oczywiście zmniejszenie odpadów produkcyjnych, a więc obniżenie jednostkowego kosztu wytwarzania.

Układy UltraSparc T1 nie są przystosowane do instalacji w serwerach wieloprocesorowych - takie możliwości będzie mieć następca układów Niagara - procesor o kodowej nazwie Rock (a być może również kolejna generacja układów Niagara II), który trafi na rynek nie wcześniej niż w 2007 r., kiedy to Texas Instruments zamierza przejść na technologię 65-nanometrową. Wtedy też najprawdopodobniej Sun zwiększy również liczbę rdzeni CPU integrowanych w jednym procesorze. Jakie konkretnie będą parametry Niagara II - na razie niewiele wiadomo.

Oszczędność poszukiwana

Jak mówi Marc Tremblay, główny architekt układów Niagara, jednym z najważniejszych założeń było przygotowanie układów o jak najprostszej konstrukcji i małym poborze mocy, ale przede wszystkim umożliwiających równomierne rozłożenie obciążenia wszystkich elementów procesora, tak aby zarówno jednostki CPU, jak i szyny systemowe, interfejsy I/O i pamięci podręczne nie pozostawały niedociążone, a ich utylizacja była jak najbardziej zbliżona do maksymalnej. Przetwarzanie wielowątkowe i ograniczenie opóźnień skutkujące maksymalnym wykorzystaniem to filary lansowanej przez Sun Microsystems koncepcji Throughput Computing.

Względnie prosta konstrukcja oznacza pewne kompromisy. Procesory UltraSparc T1 są wyposażone tylko w jedną współdzieloną jednostkę zmiennoprzecinkową, co nie predestynuje ich do zastosowań stricte obliczeniowych. Sun deklaruje, że UltraSparc T1 dobrze znoszą obciążenia, w których operacje zmiennoprzecinkowe nie przekraczają poziomu 1-2% ogólnej ich liczby. Również w przypadku aplikacji jednowątkowych korzyść z zastosowania UltraSparc T1 będzie niewielka - chyba, że zasadne jest uruchomienie tej samej aplikacji w wielu kopiach z wykorzystaniem dostępnego w Solaris 10 mechanizmu wirtualizacyjnego Solaris Zones.

Oszczędna konstrukcja umożliwiła Sunowi zmniejszenie przeciętnego poboru energii przez procesor do poziomu 72 W. Maksymalna moc to 79 W, a więc znacznie niższa, niż w przypadku układów Intel Xeon, Power5+, a nawet AMD Opteron. Przy ośmiu rdzeniach jest to wynik imponujący. Oprócz tego Sun wbudował w procesor algorytmy zarządzania, które optymalizują przydzielanie zadań obliczeniowych konkretnym rdzeniom na podstawie analizy ich dotychczasowego obciążenia i temperatury. W efekcie, żadna część procesora nie nagrzewa się nadmiernie i nie wymaga silnego chłodzenia i serwery wyposażone w układy UltraSparc T1 mogą być umieszczane w szafach przemysłowych bez obawy o przegrzanie w wyniku niewydolności klimatyzacji. A w dużych centrach danych oszczędności na rachunkach za energię mogą być niebagatelne.

Serwer mały i duży

Niedługo po premierze procesorów UltraSparc T1 Sun zaprezentował dwa oparte na nich modele stelażowych serwerów - Sun Fire T2000 (o wysokości 2U) i Sun Fire T1000 (1U). Ich ceny katalogowe zaczynają się od 2995 USD (T1000 z 6-rdzeniową wersją T1) i 7995 USD (T2000 z układem 4-rdzeniowym). Sun Fire T2000 jest już w sprzedaży (również w Polsce), a T1000 pojawi się na początku przyszłego roku. SunFire T2000 może być wyposażony w maksymalnie cztery 2,5-calowe dyski SAS (Serial Attached SCSI), napęd DVD, po 3 gniazda PCI-X i 2 gniazda PCI-Express, dwa redundantne zasilacze, 4 interfejsy Gigabit Ethernet i dwa USB 1.1 oraz dodatkowe porty Ethernet i RS232 do zarządzania systemem.

Trzeba przyznać, że nowe serwery Suna to wyjątkowo energooszczędne konstrukcje - ich średni pobór mocy to zaledwie odpowiednio 180 W i 275 W. Jak wynika z pierwszych testów SunFire T2000 w centrach danych, zapewnienia producenta o wyjątkowo niskim zużyciu mocy potwierdzają się również w praktycznych zastosowaniach (Google, eBay i kilkadziesiąt innych firm). Niski pobór mocy niewątpliwie predestynuje UltraSparc T1 do implementacji w serwerach kasetowych. Przedstawiciele Suna przyznają, że takie modele komputerów są przygotowywane, ale nie deklarują, kiedy nastąpi ich premiera - najprawdopodobniej najwcześniej w II kwartale 2006 r.