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15.04.1994

SW-Angebot immer noch bei CISC-Rechnern am groessten

Das Betriebssystem und damit das Applikationsangebot beeinflusst die Entscheidung fuer oder gegen einen Rechnerhersteller. Intel deckt mit das breiteste Spektrum ab, ist aber nicht zuletzt wegen des Schulterschlusses mit Microsoft Marktfuehrer bei den PC- Prozessoren. Im Hochleistungsbereich gibt es zwar Konkurrenz aus dem RISC-Lager, doch hat es diese bisher schwer. Mit der Power-PC- Allianz IBM-Apple-Motorola muss sich Intel jetzt allerdings auf Gegendruck einstellen: Die neue RISC-Architektur soll Intels Loesungen an Betriebssystem-Vielfalt nicht nachstehen.

Von Achim Scharf*

Im PC-Markt spielt die Musik: Hier geht es um die Volumina bei Prozessoren, Betriebssystemen und Anwendungssoftware. So wurden im letzten Jahr mit geschaetzten Stueckzahlen von 40 Millionen weltweit mehr PCs als Autos abgesetzt. Im Zuge des mobilen Computings oder anderer technischer Neuerungen wird sich dieser Trend auch weiterhin fortsetzen. Treibende Kraefte sind dabei die drastisch sinkenden Kosten - 1988 zahlte man noch rund 2000 Dollar pro MIPS, mittlerweile sind es nur noch knappe zehn Dollar - sowie die exponentiell steigende Rechenleistung der Chips von rund 10 MIPS beim 80386er im Jahr 1986 bis auf 100 MIPS beim neuen Pentium.

Die Moeglichkeit, eine groessere Zahl von Transistoren auf einem Chip zu realisieren, hat dazu gefuehrt, dass immer mehr Komponenten, die frueher extern untergebracht waren (mathematische Koprozessoren, Cache-Speicher), auf dem Chip selbst integriert werden. Dadurch wird einerseits die Zugriffszeit auf diese Komponenten reduziert, andererseits die Leistungsfaehigkeit drastisch erhoeht. Der "Supercomputer auf dem Schoss" wird so langsam zur Realitaet, die "MIPS stehen frei zur Verfuegung", meint Intel-Praesident Andrew Grove.

Er und viele Analysten sehen den Intel-Befehlssatz mit 80 und mehr Prozent Anteil im PC-Geschaeft dominieren. Das soll auch so bleiben, meint Grove und verweist auf Investitionen in Forschung und Entwicklung sowie in Produktionsanlagen in Hoehe von 1,9 Milliarden Dollar im letzten Jahr.

Anwenderinvestitionen praegen Intel-Strategie

Kompatibilitaet zu den bisher fuer die Intel-Architektur entwikkelten Softwarepaketen - 50 000 sollen es bisher sein - sei daher auch fuer kommende Prozessoren essentiell. Ihr Marktvolumen wird weltweit auf rund 20 Milliarden Dollar geschaetzt. "Die zeitlichen und finanziellen Investitionen des Anwenders liegen in der Software; diese Investitionen muessen daher auch mit neuer Hardware gesichert bleiben", umreisst Grove die Produktpolitik und erteilt damit dem totalen Wechsel von CISC auf RISC eine Absage.

Intern steckt in den Intel-Prozessoren bereits ein RISC-Kern, der viele Befehle in einem Taktzyklus ausfuehrt (siehe auch Seite 32, "In der Debatte ..."). "Wir arbeiten derzeit an mehreren Architekturen, um den bisherigen Integrationstrend zu beschleunigen und nicht zuletzt, um die Kosten pro MIPS weiter zu senken", erklaert Grove.

Ein Ergebnis dieser Bemuehungen sind die anlaesslich der CeBIT vorgestellten 486DX/4- und Pentium-Prozessoren der zweiten Generation mit 100 Megahertz Taktfrequenz und reduzierter Verlustleistung von 4 Watt. Zwischen sieben und neun Millionen Pentiums will Intel in diesem Jahr absetzen.

Entsprechend breit faellt auch die Unterstuetzung seitens der Betriebssysteme aus: Von DOS, Windows, OS/2, Windows NT ueber Unix (SCO, SVR4, Solaris) und Nextstep bis hin zu den Netz- Betriebssystemen Netware und Vines erstrecken sich die Portierungen im Native-Betrieb, also ohne Emulation eines Befehlssatzes. Diese breite Unterstuetzung kann bisher kaum eine der neuen RISC-Architekturen nachweisen - mit Ausnahme des Power- PCs in Zukunft.

Apple, Bull, IBM, Motorola und Thomson/CSF initiierten im Maerz letzten Jahres die Poweropen Association, der sich spaeter auch Harris, Sunsoft and Tadpole Technology anschlossen. Ihr Ziel ist die Ueberwindung des Intel-Monopols im PC- Markt.

Zu den Technologien der Poweropen Association gehoeren die Power- PC-RISC-Chips, Bull Open Software/X, AIX/6000, UNI/XT sowie weitere Unix-Betriebssysteme, die den Spezifikationen der Poweropen-Application-Binary-Interfaces (ABIs) entsprechen; hinzu kommen Optionen wie Macintosh Application Services. Die Vereinigung definiert produktneutrale ABIs.

Jede Software oder Anwendung, die fuer die Poweropen-Umgebung entwickelt wurde, soll damit ohne Rekompilierung oder Modifizierung auf allen Poweropen-Systemen lauffaehig sein, vom Laptop bis zum Multiprozessorsystem. Umfangreiche Pruefverfahren sollen dabei die Kompatibilitaet von Hardware und Software zu den Poweropen-Standards sicherstellen.

Zu diesem Zweck hat die Association im Maerz ein weiteres Buero in Paris eroeffnet. Sowohl Endanwender als auch Software-Entwickler haben so die Gewissheit, dass Hard- und Software zueinander passen. Diese Kompatibilitaet gibt es bisher nur bei Rechnern, die unter DOS beziehungsweise Windows laufen.

Basierend auf der Power-Architektur (Power = Performance Optimization With Enhanced RISC) der RS/6000-Systeme definierten die Gruendungsmitglieder der Poweropen die sogenannte Power-PC- Architektur als Ein-Chip-CPU. Diese beinhaltet 64 Bit Datenbreite, Kompatibilitaet zu 32-Bit-Anwendungen sowie Multiprozessor- Unterstuetzung. Hersteller der Chips ist IBM, als Zweithersteller fungiert Motorola. Definiert sind die Power-PC-Chips 601, 603, 604 und 620. Der 601 war auf der CeBIT in einigen Rechnern bereits zu sehen.

Die Grundstruktur ist fuer alle Prozessoren gleich. Spezielle Optionen sind Power-Management, Groesse des Cache, Bus-Schnittstelle sowie Superskalaritaet (drei bis fuenf Instruktionen pro Takt). Alle Power-PC-Prozessoren werden nach einem identischen Konzept programmiert. Auch der Instruktionssatz ist fuer alle Prozessoren gleich. Der 601 zielt zwar zunaechst auf Desktop-Systeme der unteren und mittleren Preiskategorie, weist mit 32-Bit- Adressierung und paritaetsgeprueften 64-Bit-Daten-Bussen aber auch Skalierungseigenschaften fuer Multiprozessorsysteme auf. Bis zu drei Befehle pro Taktzyklus arbeitet dieser Chip ab. Auch Ganzzahlen- oder Gleitkommabefehle mit einfacher Genauigkeit erledigt er in einem Maschinentakt; lediglich fuer doppelte Genauigkeit (64 Bit) sind zwei Taktzyklen notwendig.

Mit Stand Ende Februar wurden 250 000 Stueck ausgeliefert, und nach Aussage der Poweropen sollen bis zum Jahresende knapp eine Million 601-Chips in Computern werkeln.

Der 603 ist mit Power-Management-Funktionen fuer portable Rechner vorgesehen. Fuer leistungsfaehige Workstations ist der 604 mit etwa dem dreifachen Leistungspotential des 601 kon-zipiert. Der 64-Bit- Prozessor "MPC620" wird Leistungswerte zwischen 300 und 500 Specmarks erreichen und in High-end-Workstations, Servern und Multiprozessorsystemen eingesetzt.

Auf der CeBIT wurde der Power-PC in grossem Stil propagiert und von einigen Firmen wie beispielsweise IBM oder Apple waren auch schon Produkte zu sehen. Ein Notebook mit 601-Chip, TFT- Display und angepasstem AIX-Betriebssystem zeigte IBM mit dem Modell "N40". Mit rund 41 MIPS (Specint 41,7) ist dieses drei Kilogramm leichte Geraet leistungsfaehiger als viele Desktops. Die Power-Macintosh- Modelle 6100/7100/8100 basieren ebenfalls auf dem 601-Chip. Sie sollen zunaechst die bisher mit CISC-Prozessoren der 680X0-Reihe ausgestatteten Macintoshs im mittleren sowie oberen Leistungsbereich ergaenzen und spaeter wohl ganz ersetzen (siehe Seite 34, "Apple besitzt mit ..."). Voraussetzung fuer letzteren Punkt duerfte die Verfuegbarkeit aller Komponenten sein, die unter die sogenannte Referenzplattform fallen. Dazu zaehlen hardwareseitig Bus-Systeme wie PCI, ISA, MCA und PCMCIA, allerdings nicht der bisher in den Macs eingesetzte Nubus.

Neben AIX wurde bereits System 7 von Apple in der Version 7.1.2 fuer die Power-Macs implementiert. Damit sind nicht nur die bisherigen Mac-Anwendungen lauffaehig, auch Quicktime und Quickdraw wurden laut Apple auf RISC hin optimiert. In Verbindung mit "Soft Windows" von Insignia laufen auch DOS- und Windows-Anwendungen - letztere allerdings nur im Standardmodus. OS/2 von IBM und Solaris von Sunsoft folgen noch in diesem Jahr, das Taligent- Betriebssystem Pink wird 1995 kommen.

Gerade Solaris ist eine interessante Variante, laufen doch unter dem Windows Application Binary Interface (Wabi) Windows- Anwendungen schneller als unter Windows selbst - wie es heisst, auch im Protected Mode.

Die Portierung von Windows NT soll bis zum Herbst abgeschlossen sein. Verwendet wird die "Little-Endian"-Byte-Folge, bei der das wichtigste Byte hinten ansteht. Es wird damit eines der ersten Betriebssysteme sein, das die zwischen Big- und Little-Endian umschaltbare Architektur des Power-PC nutzt. Microsoft hat den Quellcode bereitgestellt und unterstuetzt die Portierung. Motorola bereitet eine Entwicklungsumgebung mit speziell abgestimmten Codegeneratoren vor.

Auch Digital hat sich, gemessen an Intels Zielen, nicht zuviel vorgenommen. Rund eine Million Chips will DEC in diesem Jahr verkaufen, nachdem im Februar 165 Millionen Mark in die schottische Halbleiterfertigung investiert wurden. Dort sollen zusaetzlich zur US-Produktion AXP-RISC-Prozessoren in CMOS- Technologie mit Strukturen von 0,5 Mikron und Taktfrequenzen von 300 Megahertz und schneller gefertigt werden. Weiterhin wird in Hudson, USA, noch in diesem Jahr ein neues Werk eroeffnet, das Alpha-Prozessoren und PCI-Peripherie-Chips in 0,25-Mikron-CMOS- Technik herstellt.

Die Alpha-Architektur umfasst neben der Datenbreite von 64 Bit auch eine direkte 64-Bit-Adressierung, die einen theoretisch viermilliardenmal groesseren Adressraum gegenueber der 32-Bit- Architektur bietet. Die Skalierbarkeit soll den Einsatz in Systemen aller Groessen erlauben - vom Notebook bis zum Supercomputer.

Der Alpha-RISC-Mikroprozessor "21064A-275" ist mit einer Taktgeschwindigkeit von 275 Megahertz der bisher schnellste Mikroprozessor. Er misst etwa 17 mal 14 Millimeter und enthaelt knapp 1,7 Millionen Transistoren. Der Prozessor ist zwar schon jetzt erhaeltlich, in groesseren Mengen aber erst im Spaetsommer naechsten Jahres lieferbar.

Auf dem bereits Ende 1992 eingefuehrten 21064 sind je 8 KB Befehls- und Daten-Cache sowie eine Pipeline-Gleitkomma-Einheit integriert. Gleichzeitig lassen sich je zwei beliebige der folgenden vier Befehlstypen ausfuehren: Ganzzahl, Gleitkomma, Load-Store und Verzweigung. Sowohl VAX- als auch IEEE-Gleitkommaformate werden verarbeitet. Auf diese Weise ist die Uebereinstimmung mit der VAX- Architektur gewaehrleistet; zusaetzlich werden Industriestandards unterstuetzt.

Binaercode-Uebersetzer fuer den Architekturwechsel

Weiterhin arbeitet dieser Mikroprozessor in superskalaren und super-pipelining Modi. Super-Pipelining bedeutet, dass pro Zyklus eine Instruktion an die jeweiligen Funktionseinheiten gegeben wird und die Ergebnisse dann mittels "Pipeline"-Verfahren weiterverarbeitet werden. Im superskalaren Modus kann die Befehlseinheit hingegen zwei Befehle pro Zyklus ausgeben. An Betriebssystemen stehen OSF/1 (64-Bit-Implementierung), Open VMS, Windows NT und Soft-PC fuer DOS- und Windows-Anwendungen zur Verfuegung.

Eine besondere Komponente der Alpha-AXP-Architektur, der Privileged Architecture Library Code (PALcode), macht es moeglich, diese und weitere Betriebssysteme jeweils ohne Emulationen zu implementieren. Open VMS bietet neben einer Posix-Schnittstelle die Bedienoberflaeche Motif, eine SQL-Datenbank, Teile der TCP/IP- Netzanbindungen sowie OSI-Protokolle. Laut Achim Apel, Vertriebsdirektor Distribution und OEM bei DEC, ist die Portierbarkeit von Anwendungen zwischen Open VMS und Unix beziehungsweise OSF/1 nicht viel schlechter als zwischen unterschiedlichen Unix-Derivaten. Auch die Interoperabilitaet zwischen Open VMS und OSF/1 sei der verschiedener Unix-Versionen vergleichbar. Die Interoperabilitaet mit anderen Netzen wie beispielsweise IBMs SNA sei sogar besser als bei den meisten Unix- Systemen.

Eine Besonderheit in OSF/1 fuer AXP-Systeme ist der Dateibeschleuniger Prestoserve, der den NFS-Datendurchsatz steigert. Damit sind kuerzere Reaktionszeiten bei den Clients oder eine hoehere Anzahl von Clients im Netz realisierbar.

Sowohl von VAX/VMS-Systemen als auch von Mips-RISC-Systemen unter OSF/1 lassen sich Anwendungen sanft auf Alpha migrieren. Durch Kompatibilitaet des Quellcodes lassen sich die meisten VAX/VMS- Programme nach einer erneuten Kompilierung (Re-compile) und Programmverbindung (Re-link) mit gesteigerter Geschwindigkeit auf Alpha/VMS-Systemen ausfuehren. Eine aehnliche Quellcode- Kompatibilitaet ist fuer Anwendungen auf Decsystems beziehungsweise Decstations mit OSF/1 auf Alpha-Systemen gegeben, nachdem eine Neukompilierung und eine erneute Programmverbindung durchgefuehrt wurde.

Durch Binaercode-Uebersetzerprogramme arbeiten die meisten OSF/1- basierten Anwendungen von Decsystems- und Decstations- sowie von VAX/VMS-Rechnern direkt auf Alpha-Systemen. Diese Tools uebersetzen den ausfuehrbaren Maschinencode der bisher eingesetzten Systeme in den ausfuehrbaren Maschinencode fuer Alpha-Architekturen.

Mit Hilfe dieser Funktionen lassen sich Anwendungen auf Alpha- Systemen ausfuehren, die nicht neu kompiliert werden koennen oder sollen. Es wird dabei eine Leistung erreicht, die mit der von aktuellen OSF/1- oder VMS-Systemen vergleichbar ist.

Die AXP-Linie wurde von Digital mittlerweile stark ausgebaut, wobei der Alpha-Chip auch in PCs von Vobis oder in massiv- parallelen Rechnern von Cray (T3D) Verwendung fand. Fuer PC-OEM- Hersteller konzipierte DEC zwei Motherboards auf Basis der Chips "21066" und "21068". Die Boards im standardmaessigen PC-Baby-Format umfassen entweder 256 KB oder 1 MB Cache sowie zwei PCI- und vier ISA-Steckplaetze. Als Betriebssysteme sind Windows NT oder Unix vorgesehen. Vobis und Escom duerften hierfuer die ersten Interessenten sein: Die Boards wurden auf ihren CeBIT-Staenden gezeigt.