Czy NUMA zastąpi SMP?

Znane są skróty definiujące dwie technologie przetwarzania danych oparte na komputerach wyposażonych w wiele procesorów: MPP (Massive Parallel Processing - masowe przetwarzanie równoległe) i SMP (Symmetrical Multiprocessor Processing - symetryczne przetwarzanie wieloprocesorowe). Wygląda na to, że należy się nauczyć znaczenia jeszcze jednego skrótu - NUMA.

Znane są skróty definiujące dwie technologie przetwarzania danych oparte na komputerach wyposażonych w wiele procesorów: MPP (Massive Parallel Processing - masowe przetwarzanie równoległe) i SMP (Symmetrical Multiprocessor Processing - symetryczne przetwarzanie wieloprocesorowe). Wygląda na to, że należy się nauczyć znaczenia jeszcze jednego skrótu - NUMA.

Rozszyfrujmy zatem ten tajemniczo brzmiący akronim. NUMA to pierwsze litery wyrazów' Non-Uniform Memory Access (niejednolity dostęp do pamięci). Jest to najnowsza architektura silnych serwerów wieloprocesorowych, które pracują bardzo wydajnie, dysponując wieloma innymi, bardzo przydatnymi cechami.

CZYM NUMA RÓŻNI SIĘ OD SMP?

NUMA, mówiąc najprościej, jest to połączenie architektury SMP (nieco zmienionej i dostosowanej do nowego otoczenia) z technologią kla-strów komputerowych. Z tym że klastrem nie jest tu oddzielny komputer, ale jednostki obliczeniowe wchodzące w skład serwera NUMA.

Podobnie jak maszyny SMP serwery NUMA składają się z wielu procesorów połączonych w jeden logiczny organizm, co pozwala uzyskiwać bardzo dużą wydajność. Podstawowym elementem serwera architektury NUMA (takie przynajmniej rozwiązanie jest stosowane obecnie, a w przyszłości może się to zmienić) jest jednostka obliczeniowa składająca się z czterech procesorów, której nadano nazwę quad, czyli kwartet. Wszystkie cztery procesory są umieszczone na jednej płycie, a jednostki obliczeniowe quad komunikują się ze sobą korzystając z usług szybko pracujących łączy (przepustowość rzędu 1 GB/s), takich jak np. IQ-Link (Sequent).

Podstawowa różnica między architekturą NUMA i SMP polega na tym, że w przypadku tej pierwszej każdy procesor ma do dyspozycji własną pamięć, podczas gdy w serwerach SMP wszystkie procesory współdzielą tę samą pamięć, z którą komunikują się przez jedną szynę danych. Elastyczność to bardzo ważna cecha architektury NUMA, ponieważ serwer można w prosty sposób rozbudować osiągając wydajność potrzebną do efektywnej obsługi konkretnej aplikacji. Problem z serwerami SMP polega na tym, że można co prawda dokładać kolejne procesory, ale przepustowość magistrali

Aviion 20000 od środka

Najtańszy model serwera Aviion 20000 (4 procesory i 512 MB pamięci RAM) kosztuje 70 000 USD, a najdroższy (32 procesory i 4 GB pamięci RAM) - 690 000 USD.

danych sprzęgających te układy ze współdzieloną pamięcią znacznie spada (nie chodzi o przepustowość zagregowaną, która nie ulega zmianie, ale o przepustowość udostępnianą każdemu z procesorów). Jeśli w serwerze SMP zainstalujemy zbyt dużo procesorów, to szyna danych jest przeciążona i procesory mają ciągłe kłopoty z uzyskaniem do niej dostępu.

Dlatego wydajność takiego serwera pozostawia wiele do życzenia. Stąd pewne ograniczenie - w serwerze SMP można zainstalować najwyżej 16 procesorów, a serwer NUMA można rozbudowywać i rozbudowywać. Co prawda zawsze można połączyć ze sobą dwa 16-procesorowe serwery SMP w jeden klaster, ale nie ma to wiele wspólnego ze skalowalno-ścią, a raczej z niezawodnością pracy takiego układu (jeśli jeden serwer ulega awarii, jego zadania przejmuje druga część klastra).

NUMA: zwiastun przyszłości

1. Pozwala elastycznie skalować serwer

2. Zmniejsza koszty zarządzania

3. Zwiększa wydajność serwera

4. Pozwala partycjonować zadania

5. Obsługuje aplikacje platformy SMP

Firma Sequent twierdzi, że w serwerze NUMA można zainstalować do 252 procesorów (czyli 63 jednostki obliczeniowe quad) i może on wtedy przetwarzać bardzo duże porcje danych (nawet do 100 TB). Serwer pracuje pod różnymi systemami operacyjnymi (w tym pod Unix i Windows NT), obsługując wiele aplikacji biznesowych.

Chociaż niektórzy producenci oferują serwery NUMA oparte na procesorach RISC, to firmy Data General i Sequent skoncentrowały się na produktach wykorzystujących tańsze procesory firmy Intel (Pentium Pro). Serwery NUMA kosztują od 70 tys. USD nawet do jednego miliona USD (zależnie od konfiguracji i mocy obliczeniowej). Jednak serwery architektury SMP podobnej klasy wcale nie kosztują taniej.

ZASTOSOWANIE

NUMA jest nową technologią i serwery tej architektury nie zostały jeszcze do końca sprawdzone w praktyce. Pomimo tego coraz liczniejsi użytkownicy zaczynają się interesować tą technologią. Wielu uważa, że jest to krok we właściwym kierunku i NUMA zwiastuje przyszłość. Jedna z firm w Waszyngtonie (eksploatująca system informatyczny składający się z 3000 stanowisk pracy) zdecydowała się na zastąpienie jedenastu 32-procesorowych serwe-Tów SMP firmy Sequent dwoma 12-procesorowymi serwerami NUMA (także firmy Sequent). Na serwerach tych rezydują du-.że bazy danych Oracle i firma uruchamia na nich swoje najważniejsze aplikacje. Firma ta twierdzi, że po przejściu na serwery NUMA system informatyczny można łatwo skalować, nie wspominając już o tym, że pracuje on szybciej. Serwery NUMA nadają się idealnie do zarządzania dużymi hurtowniami danych, w których są przechowywane setki gigabajtów informacji.

Wśród aplikacji, które można - a nawet powinno się - uruchamiać na serwerach NUMA, należy wymienić takie, które są obdarzone sztuczną inteligencją. Można tu wymienić programy monitorujące giełdy i wybrane odcinki rynku oraz pakiety wspomagające użytkownika w procesie podejmowania decyzji. Serwery platformy NUMA dysponują wydajnością, która predysponuje je do obsługiwania bardzo wymagających aplikacji.

Jedyny kłopot w przypadku przejścia na serwery NUMA polega na tym, że aplikacje należy poddać drobnym modyfikacjom (chodzi o wpro-wadzenie pewnych poprawek, dzięki których bę-dą optymalnie pracować w nowym środowisku). Nie jest to zbyt pracochłonna procedura, ponieważ obie technologie - SMP I NUMA - opierają się na podobnych rozwiązaniach.

Testujący serwery NUMA podkreślają, że pracują one bardzo wydajnie - dane są przetwarzane nawet kilka razy szybciej niż w przypadku serwerów SMP. I tak np. jeden z użytkowników twierdzi, że 12-procesorowy serwer NUMA dysponuje większą mocą obliczeniową niż 14-procesorowy serwer SMP.

A jego przedsiębiorstwo eksploatuje bardzo wymagające aplikacje, takie jak np. pakiety wspomagające podejmowanie decyzji czy programy przetwarzania transakcyjnego, które korzystają z usług dużych baz danych i przetwarzają olbrzymie porcje informacji. Zarządzanie systemem informatycznym jest też łatwiejsze, ponieważ sześć serwerów SMP zostało zastąpionych przez trzy serwery NUMA. Jest to jednocześnie rozwiązanie przyszłościowe, ponieważ firma przymierza się do uruchomienia aplikacji (instalując odpowiednie oprogramowanie w pamięci serwerów NUMA) świadczących swe usługi komputerom sieciowym.

Inne przedsiębiorstwo, które zdecydowało się na wprowadzenie do systemu informaty

cznego serwerów NUMA, podkreśla, że przedtem dwie grupy użytkowników - pracujący

w trybie on-line i uruchamiający aplikacje wsadowe - rywalizowały ciągle ze sobą o uzyska

nie dostępu do zasobów rezydujących w pamięci serwerów SMP. Po zainstalowaniu serwe

rów NUMA kłopoty zniknęły. Kolejna korzyść polega na tym, że poszczególne elementy obli

czeniowe wchodzące w skład serwerów , - wspomniane wcześniej kwartety procesorów -

można tak konfigurować (operacja partycjonowania), aby świadczyły swe usługi wskazanym

aplikacjom i grupom użytkowników. Dzięki takiemu rozwiązaniu użytkownicy pracujący

w trybie on-line (którym przyznano wyższe priorytety) nie mają już kłopotów z uzyskaniem

dostępu do serwera i czekają znacznie krócej na wykonanie każdego z poleceń.

Potwierdzeniem, że NUMA nie jest jeszcze jedną nowinką techniczną ani efemerydą, która zniknie po kilku miesiącach jak piękny, ale krótko żyjący motyl, jest przykład Boeinga. Potentat w dziedzinie produkcji samolotów podpisał z firmą Sequent Computer Systems kontrakt o wartości 59 mln USD na dostawę serwerów platformy NUMA (NUMA-Q 2000) i wielu towarzyszących takiemu przedsięwzięciu usług. Boeing zamierza zrezygnować z usług systemów klasy mainframe i przenieść podstawowe aplikacje na serwery Sequent NUMA-Q 20000. Nie ma potrzeby udowadniania, że Boeing nie inwestowałby w technologię, która nie ma przed sobą przyszłości. Nie ulega wątpliwości, że serwery NUMA będą coraz śmielej wkraczać do systemów informatycznych eksploatowanych przez kolejne wielkie przedsiębiorstwa, banki, korporacje i szeroko pojęty biznes.

DEFINICJE I TERMINY

Po pojawieniu się nowej technologii - czy się nam to podoba, czy nie - musimy się zapoznać nieznanymi nam wcześniej terminami i skrótami. Nie inaczej jest w przypadku serwerów architektury NUMA, które wprowadzają do słownictwa informatycznego szereg nowych pojęć i definicji. Z niektóry-mi spotkaliśmy się już zapewne wcześniej, ale niektóre zupełnie nic nam nie mówią. Część z nich zawiera zamieszczona w artykule ramka.

I na koniec słów kilka o producentach serwerów NUMA. Przodują firmy Sequent i Data General, ale wielu innych producentów też ma już w swojej ofercie urządzenia tej klasy lub zapowiada, że wkrótce będzie miało. Są wśród nich tak znani producenci serwerów, jak: Hewlett-Packard, Silicon Graphics i Sun Microsystems.


TOP 200