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07.12.2001 - 

64-Bit-Computing/Intel will mit dem Itanium ein breites Anwendungsspektrum bedienen

Wo geht's bitte zum Highend-Server-Markt

Mit seinem im Mai dieses Jahres vorgestellten Itanium klopft Intel an die Pforten zum Highend-Server-Markt, der bislang von proprietären Risc-Plattformen beherrscht wird. Rechner verschiedener Hersteller sowie eine breite Anwendungs- und Betriebssystem-Basis sollen den Weg ebnen. Von Herbert Cornelius*

Der Intel-Itanium-Prozessor ist das erste Mitglied einer Familie neuer Hochleistungsprozessoren, die für den Einsatz in Enterprise-Servern und Highend-Workstation-Systemen vorgesehen sind. Das neue Design "Explicitly Parallel Instruction Computing" (Epic) dieser Architektur in Verbindung mit einem 64-Bit-Adressraum soll es den Anwendern erlauben, große Datenmengen zu verarbeiten, Transaktionen im Internet abzusichern sowie zu beschleunigen sowie aufwändige und komplexe Analysen und Simulationen im technisch-wissenschaftlichen Bereich zu berechnen.

Nach dem Plattform-Release vom 29. Mai 2001 sollen bis Ende des Jahres über 30 verschiedene Itanium-Prozessor basierende Systeme von mehr als 20 OEM-Partnern am Markt verfügbar sein. Die Palette reicht von Ein- bis Zwei-Prozessor-Workstations über Mehrwege-Simultanous-Multiprocessing- (SMP-)Server bis hin zu großen cc:Numa Maschinen mit Hunderten von Prozessoren.

Die Itanium-Architektur soll laut Intel-Strategie dem ständig wachsenden Bedarf nach schnellerer und besserer Kommunikation, Datendurchsatz, Datenanalyse, Datenspeicherung und Sicherheit Rechnung tragen. Zu den Anwendungsbereichen zählen Websites mit sehr hohem Besucheraufkommen, komplexe Datenbankanwendungen und Transaktionen einschließlich Online Analytical Processing (Olap), Data Mining und Data Warehouse, Mechanical Computer-Aided Engineering (MCAE) sowie anspruchsvolles technischwissenschaftliches Hochleistungsrechnen in Lehre, Forschung und Entwicklung.

Intels Itanium soll neue Standards setzenSeit der Einführung des "Pentium-Pro"-Prozessors im Jahr 1995 haben sich auf Intel-Prozessoren basierende Server-Systeme laut Definition des Intel-Managements zum De-facto-Standard bei offenen Plattformen entwickelt. So führt die aktuelle Liste des "Transaction Processing Performance Council" (TPC) in beiden Kategorien "Leistung" und "Preis-Leistung" des TPC-C-OLTP-Tests Intel-Prozessor-basierende Server-Systeme an vorderster Stelle. Mit der Einführung von Itanium-basierenden Servern soll sich dieser Trend fortsetzen.

Mit einer Gesamtzahl von 325 Millionen Transistoren (25 Millionen für die CPU und 300 Millionen für die Caches, gefertigt in 0,18 Mikron) und der neuen Epic-Technologie soll der Itanium-Prozessor neue Wege in Bezug auf Leistungsfähigkeit und Flexibilität weisen. Einen Schwerpunkt beim Entwurf der Itanium-Architektur bildete die Erschließung der inhärenten Parallelität von Operationen in vielen Anwendungen und deren Abbildung auf den Prozessor. Dafür sind spezielle Techniken entwickelt worden, um diese Aufgaben durch die Itanium-Compiler zu lösen.

Außerdem stehen etliche Softwaremigrationshilfen für den Übergang auf die Itanium-Architektur zur Verfügung, speziell für die volle Ausnutzung des 64-Bit-Adressraums. Auf den Web-Seiten von Intel Developer Services (IDS) finden Entwickler und Anwender Hinweise und Hilfestellungen, um ihre Software an die Itanium-Architektur anzupassen. Das reicht von allgemeinen Informationen zum 64-Bit-Computing bis hin zu konkreten Hilfestellungen für eine Migration von Solaris auf Windows oder Linux. Darüber hinaus gibt es Software-Tools zur Anwendungsumstellung auf unterschiedliche Plattformen.

Gerade die großen Cache-Speicher, die alle mit voller Taktfrequenz arbeiten, in Verbindung mit dem transaktionsorientierten Systembus und dem mit 64-Bit direkt adressierbaren Hauptspeicher (Dual-Channel) sollen sich für den Einsatz des Itaniums in Server-Systemen eignen. Mit Hilfe der Prädikate sowie der spekulativen Instruktions- und Daten-Architektur von Epic versprechen die Intel-Entwickler eine hohe Leistungsfähigkeit insbesondere bei komplizierten Aufgaben, einen besseren Datendurchsatz sowie kürzere Antwortzeiten.

Server mit 512 CPUs geplantZur Gewährleistung hoher Verfügbarkeit und Stabilität besitzt der Itanium-Prozessor zusätzliche Funktionsmerkmale wie 64-Bit-Watch-Dog-Timer, ECC, Parity-Überprüfung und eine verbesserte Machine-Check Architecture (MCA). Diese Features dienen zur Überwachung der Systeme sowie zur Korrektur von Fehlern auf den unterschiedlichen Ebenen der Anwendungen über das Betriebssystem, die System Abstraction Layer (SAL) und Processor Abstraction Layer (PAL) bis hinunter auf die Hardwareebene. Basierend auf dem "Intel 460GX"-Chipsatz lassen sich zurzeit Server-Systeme mit bis zu vier Itanium-Prozessoren und einem direkt adressierbaren Hauptspeicher von bis zu 64 GB (SDRAM) aufbauen. Im I/O-Bereich werden mehrere parallele PCI-Busse von 32 Bit/33 Megahertz bis 64 Bit/66 Megahertz unterstützt, die einen I/O-Durchsatz bis 2 GB/s erlauben.

Darüber hinaus haben verschiedene Server-Hersteller bereits Systeme mit einer größeren Anzahl von Prozessoren, größerem Hauptspeicher und höherer I/O-Bandbreite angekündigt. Damit sollen Rechner mit bis zu 512 Prozessoren auf den Markt kommen, die je nach Systemarchitektur unterschiedliche Merkmale aufweisen: echte SMP-(Fujitsu-Siemens Computers "Primergy N4000"), Crossbar- (Unisys "ES7000") oder cc:Numa-Features (HP "rx9610" und SGI "Origin 3000").

Itanium-Prozessor-basierende Systeme unterstützen zudem Hot-Swap und Hot-Plug durch redundante Bauteile, die bei einem Ausfall einzelner Komponenten das Gesamtsystem lauffähig halten. Darüber hinaus soll sich die Ausfallsicherheit durch Einsatz mehrerer externer Datenpfade und Plattenspeicher, zum Beispiel Raid-Systeme, sowie redundanter Netzwerkkarten, Netzteile und Ventilatoren erhöhen.

Ein weiterer Aspekt ist die Verfügbarkeit von Betriebssystemen. Hier bietet die Itanium-Architektur die Wahlmöglichkeit zwischen verschiedenen Varianten: Neben einer 64-Bit-Edition von Windows und 64-Bit-Linux stehen auch "HP-UX", "AIX" und bald auch Compaqs Unix-Derivat "True64" zur Verfügung. Diese Auswahl soll eine Integration von Itanium-Systemen in bestehende Infrastrukturen erlauben.

Aufgrund einiger spezieller Architekturmerkmale profitieren entsprechende Anwendungen von der Leistung und den Funktionen. Eine Übersicht findet man in einer Studie der Aberdeen Group.

Mit der steigenden Zahl digitaler Informationen gewinnen große Datenbanken in allen DV-Bereichen immer mehr an Bedeutung. Nicht nur die schiere Größe, auch die Anforderungen an die Verarbeitung und Anwortzeiten definieren deren Benutzbarkeit. Mit einem verfügbaren direkt adressierbaren Hauptspeicher von bis zu 64 GB sowie der hohen I/O-Bandbreite sollen Itanium-Systeme diesen Anforderungen gerecht werden. Entweder können hier die Datenbanken ganz im Hauptspeicher mit direktem, schnellem wahlfreiem Zugriff gehalten werden, oder der große Speicher wird zum intelligenten Caching verwendet. In beiden Fällen erhöhen sich die Antwortzeiten für Transaktionen und erlauben gleichzeitig einen erhöhten Durchsatz bei einer größeren Anzahl gleichzeitiger Datenbank-Operationen und unterstützter Sessions.

Benchmarks lassen hoffenIn der Liga der Number-Cruncher soll der Itanium mit seiner Gleitpunkt-Architektur mitspielen können. Durch seine 128 82 Bit breiten Gleitpunktregister, die IEEE-konformen parallelen Rechenwerke und die Multiply-Add-Instruktionen (MAC) sollen sich Itanium-Systeme auch für umfangreiche und genaue Analysen sowie Simulationen aus dem technisch-wissenschaftlich Bereich eignen. Viele der in diesen Bereichen angewendeten Algorithmen basieren auf linearer Algebra mit Vektor- und Matrix-Operationen auf doppelt-genauen Gleitpunkt-Daten.

Die Spitzenleistung eines Itanium-Prozessors mit 800 Megahertz für doppelt-genaue Matrizenmultiplikationen liegt laut Intel bei mehr als 2,4 Gigaflops. Der Linpack-1000-Test liefere einen Wert von 2,3 Gigaflops. Die Leistungsfähigkeit des Itanium für reale Anwendungen lässt sich an der Spec-fp-2000base-Rate von 711 ersehen. Dies sei nach Einschätzung der Intel-Entwickler die beste Leistung aller bisher verfügbaren Mikroprozessoren.

Aufgrund der 64-Bit-Festpunktarithmetik, den verfügbaren 128 64-Bit-Festpunktregistern und den parallelen pipelined Rechenwerken erreicht der Itanium-Chip laut Aussage der Intel-Entwickler eine hohe Rechenleistung für Anwendungen im Security-Bereich wie zum Beispiel bei der SSL-Verschlüsselung, einer Public-Key-Infrastructure (PKI) für E-Business oder IP-Sec-Operationen. Da solche Operationen im Wesentlichen auf einer Festpunkt-Langzahlarithmetik basieren (Multiplikationen und Additionen mit Integers bestehend aus Tausenden von Bits, speziell die "Montgomery Product" Operation), kommen auch hier die MAC-Instruktionen zum Tragen. Entsprechend der Gleitpunktarithmetik gibt es solche Instruktionen auch für die Festpunktarithmetik. Die Daten werden ebenfalls in den pipelined MAC-Rechenwerken abgearbeitet (64-Bit-Integer-Multiply-Add).

Scale-up kann häufig als Server-Konsolidierung angesehen werden, um mehrere kleinere Systeme zwar immer noch logisch getrennt zu betreiben, jedoch physikalisch in einem einzigen, größeren System zu vereinigen. Hier sollen skalierbare SMP- und cc:Numa-Itanium-Systeme (acht bis 64 Prozessoren) mit ihrem großen Hauptspeicher und erhöhter I/O-Bandbreite effektive Alternativen zu ansonsten proprietären Plattformen bilden. Scale-out-Ansätze findet man bereits im Frontend-Bereich, wo häufig eine Replizierung der Services gegeben ist. Jedoch findet man immer mehr auch Implementierungen von Scale-out (basierend auf Zwei-, Vier- oder Acht-Wege-Servern) im mittleren Anwendungs-Tier und im Backend mit verteilten Datenbanken. In der Praxis sind beide Varianten anzutreffen, und auch Mischformen bieten interessante Lösungen je nach Bedarf und Anforderungen. (ba)

*Herbert Cornelius ist Technical Marketing Manager bei der Intel GmbH in München.

Technische Features des Itaniums- 800 Megahertz und 733 Megahertz Taktrate;

- zehnstufige Instruktions-Pipeline;

- Epic-Technologie mit bis zu 20 Operationen pro Takt;

- 64-Bit-Speicher-Adressierung, 64-Bit-Festpunktarithmetik und 82-Bit-Gleitpunktarithmetik;

- 128 Festpunktregister, 128 Gleitpunktregister;

- Neun parallele pipelined Rechenwerke;

- Prädikation von Instruktionen, Daten- und Instruktions-Spekulation, Software-Pipelining;

- Registerrotation;

- dreistufige nicht blockierende Cache Hierarchie: 2 MB oder 4 MB L3 Cache, 96 KB L2 Cache und 32 KB L1 Cache mit voller Taktrate;

- 266 Megahertz transaktionsorienterter System-Datenbus mit 2,1 GB/s und 4,2 GB/s Speicherbandbreite;

- 3,2 Gflops Spitzenleistung bei doppelt genauer Gleitpunktarithmetik (6,4 bei einfacher Genauigkeit unter Benutzung von SIMD-Instruktionen);

- IA-32 (x86/x87)-Binärkompatibilität;

- innovative Machine Check Architecture und automatische ECC-Datenkorrektur.

Weitere Infoshttp://www.tpc.org

http://www.compaq.de

http://www.migratec.com

http://msdn.microsoft.com

http://www.hp.com/products1/itanium/developer

http://www.intel.com/eBusiness/products/ia64/affiliates/oem/index.htm

http://www.intel.com/eBusiness/products/ia64/affiliates/osv/index.htm

http://www.intel.com/eBusiness/products/ia64/affiliates/asv/index.htm

Abb: Intels Prozessor-Roadmap

Die aktuelle Roadmap der Intel-Itanium-Architektur mit dem für 2003 geplanten Nachfolgeprozessor (Codename McKinley) und weiteren Implementierungen basiert auf den fortschreitenden Intel-Technologieentwicklungen wie zum Beispiel 0,13-Mikron-Fertigungstechnik. Quelle: Intel