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30.11.2001 - 

3GIO und Hypertransport

PCI-Nachfolgestandard nimmt Formen an

MÜNCHEN (CW) - Angesichts immer leistungsfähigerer Rechensysteme besteht bei dem für die Kommunikation zwischen den Schlüsselkomponenten CPU, Speicher und Grafik eingesetzten I/O-Verfahren einiger Nachholbedarf. Neue Busarchitekturen sollen den künftigen Anforderungen in Sachen Bandbreite gewachsen sein.

Nach einem Entwicklungsspagat vom General-Purpose-Bus für PC-Clients zum allgegenwärtigen I/O-System in Servern, Kommunikationsplattformen sowie einer Vielzahl von Embedded-Applikationen scheint die PCI-Technik (PCI= Peripheral Component Interconnect) langsam an ihre Grenzen zu stoßen. Zwar hat sich der Bus, urspünglich als lokale Chip-to-Chip-Verbindung ausgelegt und in den 90er Jahren zum Allzweckersatz für die Industrie Standard Architecture (ISA) avanciert, bislang wacker geschlagen. Angesichts der bereits absehbaren Entwicklung einer Prozessortaktung von bis zu zehn Gigahertz, steigender Speicherbandbreiten sowie immer leistungsfähigerer Grafik gerät das betagte Bussystem nach Meinung von Experten jedoch zusehends zum Flaschenhals. Derzeit wird emsig an neuen Standards gebastelt, die es mit den künftigen Anforderungen in Sachen Bandbreite aufnehmen können.

Um die nächste I/O-Generation bemüht sich zum einen das Hypertransport Technology Consortium unter Federführung von AMD, dem auch API Networks, Apple und Cisco sowie Nvidia, PMC-Sierra, Sun und Transmeta angehören, mit der im Februar dieses Jahres vorgestellten "Hypertransport"-Technik. Zum anderen hat die Arapahoe Working Group, hinter der neben Intel Branchengrößen wie Compaq, Dell, IBM und Microsoft stehen, mit dem jüngsten Standard namens "3GIO" (Third Generation I/O) die Entwicklung einer auf die neuen Anforderungen zugeschnittenen General-Purpose-Verbindungstechnik angekündigt. Beide Standards wurden von ihren Betreibern in jüngster Vergangenheit als potenzielle PCI-Nachfolger propagiert.

Was sich Mitte dieses Jahres als weiterer Kriegsschauplatz zwischen den Erzrivalen AMD und Intel - nun um die I/O-Architektur der Zukunft - ankündigte, entschied sich allerdings recht schnell. Bereits Ende August hatte die von der Intel-Fraktion vorangetriebene 3GIO-Technologie das Rennen gewonnen: Das Standardisierungsgremium PCI-SIG (SGI = Special Interest Group) verkündete, sich des neuen I/O-Standards anzunehmen und ihn - wie Branchenkenner vermuten - unter der Bezeichnung "PCI 3.0" in der PC-Industrie zu etablieren.

Bei dem als PCI-Folgestandard deklarierten 3GIO handelt es sich um einen seriellen, bidirektionalen Bus, der zunächst Geschwindigkeiten von 2,5 Gigabit pro Sekunde und Richtung erreichen und damit einen 200-MB/s-Kommunikationskanal bieten soll. Das entspricht der nahezu doppelten Datenrate des klassischen PCI-Systems. Im Zuge der Weiterentwicklung der Silizium-Technologie soll sich die Frequenz jedoch auf bis zu 10 Gbit/s erweitern lassen - das De-facto-Leistungslimit bei Kupferleitern.

Peer-to-Peer-KommunikationDie I/O-Architektur in spe, die sich als offener Industriestandard für den Datentransfer in Desktops, Notebooks, Servern und schließlich auch Embedded-Systemen durchsetzen soll, umfasst eine Host-Bridge und mehrere Terminal-Points (I/O-Devices), die sich über einen Switch verbinden lassen. Letzterer ersetzt den Multi-Drop-Bus und kann sowohl als separates logisches Element genutzt als auch in eine Hostbridge-Komponente integriert werden. Seine Hauptaufgabe stellt die direkte Peer-to-Peer-Kommunikation zwischen verschiedenen I/O-Geräten dar. Dabei sollen die Daten beim Transfer nicht im Cache vorgehalten werden, was wiederum die Gesamtbelastung des Systems reduziert.

Nach Angaben der PCI SIG wird der 3GIO-Bus, der sowohl 32 als auch 64 Bit adressieren kann, neben skalierbaren Bandbreiten auch die Priorisierung von Datenpaketen ermöglichen.

Während die viel zitierte, ebenfalls von Intel vorangetriebene I/O-Architektur Infiniband als Kommunikationstechnik zwischen Servern, Clustern sowie der dazugehörigen Storage-Devices und damit eher als potenzieller Ablöser etwa von iSCSI und Fibre-Channel angesetzt ist, soll es sich bei 3GIO um ein zunächst vorrangig an Desktops orientiertes I/O-System handeln.

Rückwärtskompatibel mit PCILetzteres verspricht Softwarekompatibilität mit existierenden PCI-basierenden Applikationen, sprich: der Einsatz der neuen Architektur erfordert keine Anpassungen am Betriebssystem. Da-rüber hinaus sollen die ersten Implementierungen 3GIO-basierter Add-in-Cards mit herkömmlichen PCI-Boards koexistieren können.

Während die Entwicklungsarbeiten an der 3GIO-Spezifikation noch nicht abgeschlossen sind und erste Produkte in der zweiten Jahreshälfte 2003 Marktreife erlangen sollen, sind Resultate des Hypertransport-Konsortiums bereits in Sicht.

Die ursprünglich unter dem Namen "Lightning Data Transport" (LDT) entwickelte AMD-Technik wird als Point-to-Point-Link sowohl das künftige 3GIO als auch Infiniband- sowie 1GB-/10Gbit-Ethernet-Lösungen ergänzen und die systeminterne Chip-to-Chip-Kommunikation beschleunigen (siehe CW 8/01, Seite 41). In Sachen Geschwindigkeit soll der Hypertransport-Bus, der aus zwei bidirektionalen Punkt-zu-Punkt-Links mit einer Breite von jeweils zwei bis 32 Bit besteht, seinem PCI-Pendant und selbst Infiniband-Implementierungen deutlich überlegen sein. Nach Angaben des Hypertransport-Konsortiums ist der AMD-Bus auf Transferraten von bis zu 12,8 GB/s ausgelegt und soll damit das traditionelle PCI (133 MB/s) um das nahezu 50fache übertreffen, zwölfmal so schnell wie PCI-X (1 GB/s), die derzeit flinkste PCI-Variante, und zehnmal fixer als eine Vier-Kanal-Infiniband-Lösung (1,25 GB/s) sein.

Aufgrund der Entscheidung des PCI-Standardisierungsgremiums für 3GIO als General-Purpose-I/O wird sich Hypertransport, das sich theoretisch für den beschleunigten Datenaustausch nicht nur innerhalb eines Rechensystems eignen soll, nach Angaben von AMD nun auf seine ursprüngliche Bestimmung beschränken: Im Gegensatz zu Interconnects zur Außenwelt wie PCI-X, 3GIO oder Infiniband handele es sich bei der hauseigenen Technik primär ein Chip-to-Chip-Protokoll, das vor allem systemintern Daten bewege, so AMD-Sprecher Jan Gütter. Von Intels 3GIO unterscheide Hypertransport neben seiner Überlegenheit in Sachen Skalierbarkeit sowie Bandbreite auch die Tatsache, dass es bereits verfügbar sei - etwa in Form des "Nforce"-Grafik-Chipsatzes von Nvidia, bei dem North- und Southbridge über den AMD-Bus miteinander verbunden sind (siehe CW 8/01, Seite 41). (kf)

Intel-Manager zu den kommenden I/O-Systemen

"3GIO - die Evolution über den PCI-Bus hinaus"Mit Anand Chandrasekher, Vice President der Intel Architecture Marketing Group, sprach CW-Redakteurin Kriemhilde Klippstätter.

Mit Anand Chandrasekher, Vice President der Intel Architecture Marketing Group, sprach CW-Redakteurin Kriemhilde Klippstätter.

CW: Worin besteht der Unterschied zwischen "Third Generation I/O" (3GIO), das unter dem Codenamen "Arapahoe" entwickelt wird, und "Infiniband"?

CHANDRASEKHER: Das sind ganz unterschiedliche Technologien. Infiniband ist eine Hochgeschwindigkeits-Verbindung außerhalb des Server-Gehäuses. Der Zielmarkt dafür sind Storage Area Networks oder Cluster aus zwei Rechnern. Arapahoe ist die Evolution über den PCI-Bus hinaus und wurde als ein sehr schneller In-Box-Kanal entwickelt. Er soll in PCs, Switches oder Router eingesetzt werden und den Systembus schneller machen. Mit Arapahoe kommen wir zu einer seriellen Interconnect-Architektur, die zu geringen Infrastrukturkosten eine hohe Leistung bietet.

CW: Wo spart man Kosten?

CHANDRASEKHER: Ein serieller Bus bedeutet, dass man weniger verkabeln muss.

CW: Ist Infiniband wie der Fibre Channel ein Bus, auf dem verschiedene Protokolle übermittelt werden können?

CHANDRASEKHER: Ja. Beides sind Verbindungen, die aus dem Rechner rausgehen. 3GIO ist im Rechner implementiert - und wird in jedem PC zu finden sein.

CW: Wie ist der Zeitplan für Infiniband?

CHANDRASEKHER: Die ersten Chips wurden von verschiedenen Herstellern bereits in diesem Quartal geliefert. Im kommenden Jahr werden die ersten Server mit Infiniband angeboten werden.

CW: Wie setzt Intel die Infiniband-Spezifikationen in Produkte um?

CHANDRASEKHER: Wir werden, wie andere Hersteller auch, ganz sicher einen Infiniband-Switch anbieten. Außerdem werden wir die Infiniband-Fähigkeiten in unsere Server-Chipsets implementieren. Beispielsweise wird der McKinley-Chipsatz Infiniband unterstützen.

CW: Was benötige ich zum Aufbau einer Infiniband-Infrastruktur? Hostbus-Adapter?

CHANDRASEKHER: Ja, man benötigt ein Interface vom Chipsatz oder eine Komponente, die zwischen Chipset und den Adaptern oder Plug-in-Cards sitzt, die nach außen führen.

CW: Kann ich Inifiniband und Arapahoe kombinieren?

CHANDRASEKHER: Nein. Man kann aber einen Rechner bauen, der als Systembus den Arapahoe- statt des PCI-Busses verwendet. Zusätzlich kann die Unterstützung für ein Infiniband-Cluster realisiert werden.

Abb: Third Generation I/O

3GIO soll als General-Purpose-Verbindungstechnik zunächst in Desktops und Notebooks eingesetzt werden. Quelle: PCI SIG