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07.12.2001 - 

64-Bit-Computing/Sun baut weiter auf seine proprietäre Architektur

Eingespieltes Doppel: Sparc und Solaris

Wer auf Bewährtes setzt, ist auf der sicheren Seite. Das sieht auch Sun Microsystems so und setzt deshalb auf Sparc-Prozessoren und Solaris als Betriebssystem. Damit stehe den Anwendern eine sichere Plattform zur Verfügung, im Gegensatz zur mit noch vielen Unwägbarkeiten behafteten IA-64-Initiative Intels. Von Uwe Harms*

Vor mehr als zwölf Jahren startete Sun Microsystems mit Sparc-basierenden Rechnern in den Server-Markt. Die "Sparc-Station 1" als erster Vertreter der neuen Rechnergeneration arbeitete noch mit einer 32-Bit-CPU. Somit waren diese Computer mit handelsüblichen 32-Bit-Workstations und -Servern vergleichbar, bei denen das Betriebssystem und die Anwender nur 4 GB Arbeitsspeicher adressieren können.

Doch dieser Adressraum reichte den Benutzern schon bald nicht mehr aus. Unter der Betriebssystem-Version 2.7 des Sun-Unix-Derivats Solaris, das 1998 ausgeliefert wurde, bot der kalifornische Server-Hersteller neben dem 32-Bit-Adressraum zusätzliche Bereiche jenseits der 4-GB-Grenze an. Mit Hilfe des "Memory-Mapping"-Verfahrens stand indirekt mehr Speicher für Anwendungen bereit. In diese Speicherbereiche konnte der Anwender wichtige Tabellen oder häufig benötigte Teile einer Datenbank ablegen und hatte damit einen erheblich schnelleren Zugriff auf die Informationen als von der deutlich langsameren Festplatte aus.

Doch auch damit war der Leistungsbedarf der Anwender nur für kurze Zeit gedeckt. Umfangreiche Datenbanken erforderten einen Schritt in neue Dimensionen. Die Vorgängerversion Solaris 2.6 war bereits in der Lage, Dateisysteme mit 4 Terabyte (TB) und Dateien mit 1 TB Speicherplatzbedarf zu verwalten. Ferner sorgten die stetig sinkenden Preise für Speicherchips dafür, dass ein großzügiger Ausbau des Hauptspeichers nicht mehr allein den reichen Unternehmen vorbehalten blieb.

Vor etwa sechs Jahren schwenkte Sun in seiner Sparc-Prozessor-Architektur von der 32-Bit- auf die 64-Bit-Welt um. Damit eröffneten sich zwar neue Möglichkeiten für die Anwender, aber auch große Herausforderungen für den Rechnerhersteller. "Wir mussten damals das Betriebssystem umstellen, neue Compiler entwickeln, und vor allem durften wir unsere Kunden mit 32-Bit Applikationen nicht vergessen. Diese Anwendungen, die vor vielleicht zehn Jahren auf einer Sparc I entwickelt wurden, laufen heute noch als Binary von damals auf Servern mit dem neuesten Ultrasparc-III-Prozessor", erzählt Ingo Frobenius, Product Manager für die Enterprise- und Midframe-Server bei Sun.

Roadmap steht bis zum Ultrasparc VDie wesentlichen Grundelemente für die 64-Bit-basierende Befehlsverarbeitung sind die Hardware, die eine 64-Bit-Verarbeitung unterstützen muss, das Betriebssystem sowie die systemnahe Software wie zum Beispiel die Compiler. Die Hardware liefert automatisch eine höhere Leistung als für 32 Bit ausgelegte Server, da sie doppelt so viele Informations-Bits im gleichen Takt verarbeiten kann. Diese Eigenschaft nutzen Supercomputer- oder Mainframe-Hersteller in ihren Arithmetikeinheiten. Daneben müssen auch Befehls- und Adressregister hardwaremäßig erweitert werden, um auf den Speicherplatz zugreifen zu können. Der 64-Bit-Ultrasparc-III-Chip unterstützt einen 64 Bit großen virtuellen und einen 43 Bit großen physikalischen Adressbereich. Damit kann der Hauptspeicher derzeit mit maximal 8,8 TB ausgerüstet werden.

Sun hat seine Roadmap für die Ultrasparc-Prozessorfamilie schon vor längerer Zeit veröffentlicht. Nach Einschätzung der verantwortlichen Manager dürfte der anvisierte Zeitplan wohl eingehalten werden. Der neue Prozessor, die Ultrasparc-IV-CPU, soll Ende nächsten Jahres kommen. Die geplante Taktrate beträgt 1,5 Gigahertz. Damit würde der Prozessor dann immerhin eine Spitzenleistung von drei Gflops (Milliarden Rechenoperationen pro Sekunde) bieten. Der Chip soll wie der Power-4-Prozessor von IBM aus einem Dual-Prozessorkern bestehen, aber für jede CPU separate Cache-Speicher enthalten.

Der Ultrasparc-V-Prozessor ist für Ende 2003 vorgesehen. Der Chip soll bei einer Taktrate von mehr als 2,1 Gigahertz eine Leistung von mehr als 4,2 Gflops bringen. Dieser Prozessor bietet eine teilweise neue und überarbeitete Architektur - allerdings unter Beachtung der Kompatibilität zu den alten Applikationen. So haben die Sun-Entwickler beispielsweise Hardware-Multithreading vorgesehen, das dynamische Aktivieren und Deaktivieren einer CPU im laufenden Betrieb, parallele Funktionseinheiten sowie das Abschalten nicht benötigter Gleitkomma-Rechenwerke.

Eine wichtige Eigenschaft der Sparc-Prozessorarchitektur ist die Bandbreite im Speicherzugriff sowie bei der Kommunikation zwischen den verschiedenen CPUs. Außerdem bildet die Skalierbarkeit der Prozessoren sowie der Applikationen einen wesentlichen Leistungsfaktor. Nachdem im bis vor kurzem aktuellen Highend-Server "E10000" bis zu 64 Prozessoren als Simultanous-Multiprocessing-(SMP-)System arbeiteten, schraubte das Unternehmen bei der "Sun Fire 15K" die Zahl auf maximal 106 CPUs nach oben.

Nach Aussagen von Sun eigne sich der Ultrasparc-III-Prozessor auch für Rechner mit mehr als 1000 Prozessoren in einem System. Der aktuelle Chip arbeitet mit einer Taktrate von 900 MHz. Das bedeutet bei einer voll ausgebauten Fire 15K eine Spitzenleistung von fast 200 Gflops.

Cluster schaltet 64 Rechner zusammenZur Prozessorskalierbarkeit kommt noch die der Rechner hinzu. Bis zu 64 Knoten können in einem Cluster verbunden werden. Auf Seiten der skalierbaren Applikationen nutzt Sun die Thread-Funktionen aus. Daher ist keine spezielle Programmierung erforderlich. Je mehr Prozessoren verfügbar sind, desto mehr Threads können simultan ablaufen. Da diese nur geringen Overhead erfordern, nutzen sie die Ressourcen im Rechner sehr effizient.

Das Betriebssystem Solaris ist bereits seit mehr als zehn Jahren im Einsatz und verfügt inzwischen über die Eigenschaften, die in derartigen Rechenzentrumsumgebungen benötigt werden. Es läuft stabil, ist auf die Sparc-Architektur hin optimiert und hat sich im praktischen Betrieb bewährt. Eine wichtige Eigenschaft von Solaris und der Sparc-Architektur ist das Konzept der Partitionierung. Der Rechner kann in bis zu 18 Partitionen von vier und mehr Prozessoren aufgeteilt werden. Innerhalb dieser Partitionen können unterschiedliche Applikationen unabhängig und voreinander geschützt ablaufen. Die neue Solaris-Version, die Ende dieses Jahres verfügbar sein soll, unterstützt eine dynamische Rekonfiguration des Rechners. Selbständig oder ereignisgesteuert entscheidet das System, welcher Applikation wie viele Systemressourcen wie Prozessoren, Speicher und Ein/Ausgabe-Bandbreite zugeteilt werden.

Neben dem Betriebssystem spielen auch die Middleware, beispielsweise Lastverteilungssysteme, und die Compiler eine große Rolle. Mit dem Kauf der Firma LSC verfügt Sun über das Dateisystem QFS, das sich besonders für große und viele Dateien eignet. Eine Datei kann bis zu 1 Petabyte (PB), ein Volume sogar beliebig groß sein. Als hierarchisches File-System hat Sun "SAM-FS" integriert und kann damit wenig benötigte Dateien automatisch auf Tape-Roboter auslagern.

Angesichts der immer größer werdenden Bedeutung der IT für das Geschäft verlangen Kunden vermehrt nach hochverfügbaren Systemumgebungen. Sun bietet sowohl hardware- wie betriebssystemseitig entsprechende Möglichkeiten. So sind beispielsweise alle Rechnerkomponenten wie CPUs, Speicher, CPU/Speicherboards, System-Controller, Systemuhr, Switches sowie die Stromversorgung redundant ausgelegt. Das Betriebssystem unterstützt CPU-Upgrades sowie den Austausch defekter Komponenten im laufenden Betrieb. Zusätzlich können neue Komponenten ohne Reboot in das System eingefügt werden. Bei Wartungsaufgaben kann das System mit reduzierter Leistung weiterarbeiten.

IA-64 ist eine unsichere PlattformIn der Systemumgebung der Betriebssystem-Version Solaris 8 kann der Systemverwalter mit Live Upgrades neue Versionen aufbauen, während die alte Umgebung noch läuft. Ein Reboot wechselt auf die neue Version. Tritt ein Fehler auf, kann sofort wieder zurückgeschaltet werden. Auch Patches lassen sich im laufenden Betrieb einspielen.

Wesentliche Gründe für den Einsatz der Highend-Server sind nach Einschätzung der Sun-Manager die Flexibilität, Skalierbarkeit und Ausgereiftheit der Systeme. "Unsere Kunden finden es sehr wichtig, dass sich Sun Microsystems klar und deutlich zur Sparc-Architektur und zum Solaris-Betriebssystem bekennt. Es besteht keine Unsicherheit wie bei der IA-64-Architektur und dem künftigen Betriebssystem. Kommt es von Microsoft, ist es Linux, HP-UX oder eines der Compaq-Systeme?" so die Erfahrungen von Frobenius. (ba)

*Uwe Harms ist freier Journalist in München.

Abb: Ultrasparc-Roadmap

Suns Pläne reichen bis zum Ultraspark V. Ob es wieder Verzögerungen wie beim Ultrasparc III gibt, bleibt abzuwarten. Quelle: Sun