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10.09.1999 - 

Anwender und Hersteller profitieren

Einigung über das Bussystem zukünftiger PC-Server in Sicht

MÜNCHEN (kk) - Die Benutzer von PC-Servern können aufatmen: Auch in Zukunft wird es nur eine verbindliche Architektur für das I/O-System geben. Die beiden rivalisierenden Lager wollen sich nun doch auf einen einheitlichen Standard einigen.

Lange Zeit stand zu befürchten, daß sich die Hersteller von PC-Servern in zwei Gruppen aufspalten würden. Seit Ende 1997 arbeitete Intel, unterstützt von Sun Microsystems und Dell Computer, an einer Busstruktur, die sich "Next-Generation Input/ Output" (NGIO) nannte. Im Frühjahr dieses Jahres trat ein Triumvirat - die DV-Schwergewichte IBM, Hewlett-Packard und Compaq - mit einem zweiten Konzept, "Future I/O", an die Öffentlichkeit. Beide Initiativen hatten zum Ziel, den veralteten PCI-Bus durch eine flexiblere und insbesondere schnellere Architektur zu ersetzen. Nun sollen die beiden Ansätze in ein Design zusammengeführt werden.

Die technischen Fortschritte beim Computerbau beschränkten sich seit Jahren hauptsächlich auf die Entwicklung immer schnellerer Prozessoren. Gemäß Moores Gesetz verdoppelte sich die Rechenleistung alle 18 Monate, nur das I/O-Subsystem blieb seit der Einführung des PCI-Bus 1992 unverändert. Derzeit arbeitet in den PC-Servern der 64 Bit breite "Front-side-Bus" vom Prozessor zum Hauptspeicher mit einer Taktrate zwischen 100 und 333 Megahertz. Der PCI-Bus ist bei vielen Systemen nur 32 Bit breit und mit 33 Megahertz getaktet, Hochleistungsmaschinen verfügen über einen doppelt so breiten und zweimal so schnellen Bus.

Daraus ergeben sich für PCI-Rechner eine Reihe von Nachteilen. So werden eine oder mehrere Leitungen für den Datentransport von und zu den Peripherikarten genutzt (shared bus), I/O-Eingang und -Ausgang teilen sich also eine Leitung. Die "Memory-mapped"-Architektur des PCI bewirkt, daß der Prozessor bei jedem Datenaustausch mit den Controller-Karten seine Taktfrequenz an die des Busses anpassen muß. Beispielsweise läuft eine Pentium-II-Xeon-CPU mit einer Taktrate von 450 Megahertz bei der Kommunikation mit Peripheriekarten nur mehr mit den 66 Megahertz des PCI-Bus. Die heutigen I/O-zentrierten Anwendungen leiden also trotz schneller Chips unter der langsamen Versorgung mit Daten.

Ein weiteres Manko des PCI-Busses ist die Tatsache, daß in die Platine eingesteckte Adapter nur mit technischen Klimmzügen während des laufenden Betriebs austauschbar gemacht werden können. Defekte Karten lassen sich auch nur schwer identifizieren und isolieren. Da zudem der I/O-Verkehr im Systemspeicher eingetragen wird (memory mapped), können fehlerhafte PCI-Karten oder Treiber Teile des Speichers zerstören. Probleme bereiten PCI-Systeme auch bei der Skalierbarkeit, da die Anzahl der PCI-Steckplätze nicht beliebig vergrößert werden kann.

Aus diesen Gründen entwickelten IBM, HP und Compaq als Zwischenschritt das "PCI-X-Bus"-Protokoll und legten es Mitte 1998 zur Zertifizierung vor.

PCI-X als Nachfolger von PCI soll mit einer Busbreite von 64 Bit und einer Taktfrequenz von 133 Megahertz den Datendurchsatz auf 1066 MB/s anheben. Damit könnte nach Ansicht der Analysten der Bostoner Aberdeen Group das Leben des PCI-Konzepts um zwei bis drei Jahre verlängert werden. Mit den ersten PCI-X-Maschinen - vorzugsweise von den Entwicklern IBM, HP und Compaq - darf zur Jahrtausendwende gerechnet werden, allerdings war bis Redaktionsschluß dazu nur von IBM und Compaq eine Zusicherung zu erhalten.

Sowohl PCI als auch PCI-X beruhen auf dem Konzept des Shared Bus und sind darum untauglich für flexible und schnelle I/O-Systeme. Ein Ziel moderner I/O-Designs ist es, das Input-Output-Subsystem vom Prozessor-Hauptspeicher-Komplex abzutrennen und so die Enpässe zu umgehen. Sowohl Intels NGIO- als auch die Future-I/O-Initiative setzen auf eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung mittels Switches, die die Daten an die Peripheriekarten weiterleiten (siehe Grafik Seite 41).

Da dabei das I/O-System vom Rechnerkomplex getrennt werden kann, sind Server denkbar, die aus zwei separaten Geräten bestehen: Im einen arbeiten Prozessoren und Hauptspeicher, im zweiten sitzt das gesamte I/O-System inklusive Peripheriekarten. Die Limitierung auf eine bestimmte Anzahl von freien Steckplätzen im Rechner für Erweiterungen wäre damit hinfällig. Die Aberdeen Group hat ausgerechnet, daß bei dem NGIO-Konzept bis zu 65 000 Peripherieanschlüsse möglich sind.

NGIO basiert auf Teilen der "Virtual-Interface"-(VI-)Architektur, deren Spezifikationen von Intel, Compaq und Microsoft entwickelt wurden, um eine schnelle Kommunikation zwischen Servern in einem Cluster zu ermöglichen. Die VI-Richtlinien enthalten unter anderem Angaben über die Transportschicht und die Schnittstelle für Anwendungsprogramme (API).

Das NGIO-Design besteht aus drei Hauptkomponenten: den Host-Channel-Adaptern, die als Schnittstelle zum Hauptspeicher des Servers dienen, dem Switch für serielle Verbindungen und den Target-Channel-Adaptern, die die Kommunikation zur I/O-Peripherie wie Fibre Channel, Ultra-SCSI oder ATM übernehmen.

Die Future-I/O-Initiative, angestoßen von IBM, HP und Compaq und erweitert um 3Com und Adaptec, setzt ebenfalls auf eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung mit einem Switch als Schaltzentrale. Vorgesehen waren drei unterschiedliche Distanzmodelle zwischen CPU und I/O-Systemen: bis zu zehn Metern über parallele Kupferkabel, zwischen zehn und 300 Metern über Glasfaser oder serielle Kupferkabel mit zusätzlicher Logikeinheit sowie mehr als 300 Meter etwa für Ausweich-Rechenzentren, die von WAN-Spezialisten je nach Bedarf mit passenden Leitungen, zusätzlichen Buffern und Logikeinheiten angeschlossen werden.

Beide I/O-Konzepte unterscheiden sich in technischer Hinsicht wenig voneinander. In der Vergangenheit überzogen sich die Lager aber mit diversen Anschuldigungen. So begründete die Future-I/O-Gruppe ihren Alleingang damit, daß Intels NGIO die Daten zu langsam übermitteln würde und sich ein Wechsel des Systemdesigns nicht lohnen würde. NGIO konterte, daß das von Sun propagierte Konzept der "fat pipes" in eine neue Version aufgenommen werde und mehr Datendurchsatz bringe. Damit seien die Bemühungen des IBM-Lagers überflüssig geworden, dessen Implementierungen noch dazu zu kostspielig und viel zu spät marktreif wären. Die Kontrahenten warfen sich gegenseitig vor, ihr Konzept gegen Lizenzgebühren am Markt durchsetzen zu wollen.

In der jetzt erreichten Verständigung auf einen gemeinsamen Busstandard - Arbeitsname "System I/O" - konnten zwar noch nicht alle Vorwürfe ausgeräumt werden, aber Arbeitsgruppen wollen in den kommenden Monaten Klarheit bringen. Fest steht, daß ein "System Area Network" basierend auf Switches definiert werden soll, das sowohl für herkömmlichen Datenverkehr innerhalb des Servers als auch für die Kommunikation im Cluster-Verbund genutzt wird.

Die Vorteile gegenüber PCI und PCI-X wären eine Erhöhung der Systemleistung, da die CPU nicht mehr für den Datenverkehr zuständig ist, zuverlässigere Systeme sowie bessere Verfügbarkeit und Skalierungsmöglichkeiten bei Servern und Peripheriegeräten. Geplant sind die drei Bandbreiten 0,5, 2 und 6 GB/s. Lizenzgebühren für Drittanbieter sollen nicht anfallen. Der Nachteil des Kompromisses ist die geschätzte Einführungszeit für entsprechende Systeme: nicht vor dem Jahr 2001.

Analysten werten die Einigung hauptsächlich als Erfolg für Anwender und die Hersteller von Peripheriekarten, die sich nicht zwischen unterschiedlichen Systemkonzepten entscheiden müßten. Kim Brown, Analystin bei Dataquest, ist der Meinung, daß die Mitglieder der Future-I/O-Gruppe keine andere Wahl hatten, als sich zu einigen, da andernfalls Intel NGIO am Markt einfach per Massenverkauf durchgesetzt hätte. Gewinner wären dann die Systemhersteller aus dem NGIO-Lager gewesen: Dell, Hitachi Data Systems, NEC, Siemens und Sun.

TEILNEHMER

Mitglieder bei System I/O

Intel und IBM (führen das Komitee), Compaq, Dell, HP, Microsoft und Sun.

Mitglieder bei NGIO

Intel, Dell, Hitachi Data Systems, NEC, Siemens und Sun.

Mitglieder bei Future I/O

Compaq, HP, IBM, Adaptec, Cisco und 3Com.

Abb: Bei Intels NGIO-Konzept kann das I/O-System vom Prozessorkomplex abgekoppelt werden. Kernstücke sind der Switch, der Host-Channel-Adapter für die Kommunikation zum Hauptspeicher und die Target-Channel-Adapter für den Datenaustausch mit den Peripheriegeräten. Quelle: Aberdeen Group