Dell готується до приходу процесорів ARM в сервери

    Іноді важливі речі трапляються раптом, як, наприклад, перехід компанії Apple від використання RISC-процесорів власної розробки до процесорів х86 виробництва Intel в своїх настільних комп'ютерах і ноутбуках. Свого часу новина справила ефект вибуху бомби, і редактори мережевих ЗМІ дуже сумнівалися в доцільності доведення до читачів цих чуток до повного і офіційного підтвердження.
 
Найчастіше важливі зміни складаються з тривалих підводних течій, нарешті вийшли на поверхню. Все відбувається на очах у цікавляться питанням, але момент переходу від розробок до впровадження деколи також буває несподіваним. Dell давно веде розробки в серверостроеніі, що прекрасно видно по широкій лінійці апаратури та програмного забезпечення, які пропонує своїм клієнтам компанія. Внаслідок безпосередньої взаємодії з великими замовниками і постачанням рішень «під ключ» Dell відмінно знайома з сучасними запитами клієнтів і викликами, які постають в процесі оптимізації оснащення дата-центрів.
 
Один з них полягає в тому, що для ряду завдань компактність і економічність рішень має більший пріоритет, ніж обчислювальна потужність кожного окремого сервера в інсталяції. Протягом багатьох років велися розробки, спрямовані на широке використання процесорів ARM в серверному обладнанні в якості ЦПУ. В якості контролерів мережевих пристроїв, дискових масивів і т.д. вони використовуються давно, широко й успішно, але от саме як ЦПУ для серверів поки застосовуються рідко.
 
Давайте розглянемо деякі аспекти сучасного розвитку комп'ютерної техніки, які підштовхнули Dell до такого рішення, і почнемо сьогодні здалеку — що ж таке ARM і звідки вони взялися.
 
 

Архітектури процесорів — трохи історії

З самої зорі комп'ютерної ери, точніше, з появи процесорів Intel 8086, паралельно існують дві основні архітектури — х86 і RISC. Відмінності їх починаються на рівні команд, виконуваних процесором, які виходять від компілювати програмного коду, в який перетворюються написані програми. Грубо кажучи, на етапі компіляції визначається, на якому процесорі можна виконувати програмний код. У х86 набір команд спочатку був різноманітніше, для оптимізації обробки потреб різних додатків, а от RISC-процесори обробляють обмежений набір команд, що накладає деякі обмеження на їх застосування, але одночасно дозволяє їм більш ефективно справлятися з тими завданнями, для яких вони призначені. Ключова відмінність RISC, яке важко перемогти адаптацією програмного коду до системи команд, — у відсутності обчислень з плаваючою точкою. Критично воно для обробки мультимедіа і наукових завдань.
 
Кожна з гілок процесоробудування йшла своїм шляхом, і закладені спочатку концепції розвивалися, спочатку все більше віддаляючись один від одного. З покоління в покоління система команд х86 доповнювалася новими розширеннями. Спочатку в основний процесор інтегрували математичний співпроцесор в поколінні 386, Pentium був оснащений потоковим конвеєром для обробки мультимедіа MMX, і так далі, по шляху ускладнення як самих процесорів, так і виконуваного ними коду. Процесори виходили все більш потужними, але і вимагали все більш складною «обв'язки» у вигляді чіпсета і карт розширення для вирішення специфічних завдань.
 
З часом, із, здавалося б, несерйозною іграшки, функції відеокарти для прискорення обрахунку 3D-графіки, найбільше затребуваною в комп'ютерних іграх, виросла нова архітектура процесорів. Відеоприскорювачі стали масово-паралельними конвеєрами для виконання розрахунків з плаваючою крапкою. Зараз вони цілком успішно справляються з криптографічними та науковими завданнями і зайняли своє місце в оснащенні серверів і потужних робочих станцій. Tesla від nVidia, FireStream від AMD і Intel Xeon Phi — ось у що виросли краси Quake 2 і Unreal.
 
Як х86, так і відеоприскорювачі ніколи не прагнули економити електроенергію, бути маленькими за розмірами, представляти із себе закінчений продукт для виконання якої-небудь конкретного завдання. Вони були і залишаються потужними, великими, гарячими і універсальними рішеннями, які прагнуть розширити горизонти і відсунути кордону.
 
А що ж RISC? Щоб не заглиблюватися в нетрі його архітектури, перейдемо до більш вузького терміну ARM. Компанія ARM Holdings — найбільш відомий на сьогодні розробник процесорів з набором команд RISC. Вона розробляє архітектуру і екосистему для застосування своїх процесорів настільки успішно, що сьогодні велика частина RISC-процесорів базується на її рішеннях, а сама назва компанії витіснило ім'я архітектури і стало прозивним.
 
Процесори ARM завжди були відносно простими, невеликими і енергоефективними. Використовувалися вони для вузькоспеціалізованих, предметно поставлених саме для них завдань. Все починалося з мікроконтролерів, їх ще й так називають. Управляли вони мережевими пристроями, принтерами, машинками на радіоуправлінні, банкоматами, телефонними станціями, устаткуванням радіолокації, GPS… Список можна продовжити до великого тому. Одне і те ж ядро, трохи по-різному сконфигурированное і з невеликими варіаціями по зовнішній обв'язці могло виконувати досить велика кількість прикладних завдань з цього списку і бути встановленим в абсолютно різні пристрої. Безсумнівно, з плином часу і ці, спочатку прості і монофункціональні процесори, ускладнювалися і навчалися новим, різноманітним функціям. Ключову роль тут зіграли PDA, з часом, внаслідок конвергенції з телефонами, мутував в персональні комунікатори, за потужністю перевищують настільні комп'ютери п'ятирічної давнини. Так от, здебільшого цю міць забезпечують ARM-процесори.
 
Як же так сталося, що дивергенція двох гілок розвитку архітектури процесорів привела в результаті до конвергенції? Вся справа в масштабованості ARM-архітектури та її спочатку сильній стороні — економного енергоспоживання. Оскільки технології зберігання енергії розвиваються не такими швидкими темпами, як усім хотілося б, для кишенькового, автономного устрою як десять років тому, так і зараз вкрай важливо з максимальною ефективністю використовувати обмежену кількість запасеного в акумуляторі електроживлення. Зосередившись на цьому пріоритеті, розробники ARM, тим не менш, постійно і неухильно нарощували їх продуктивність.
 
Від набирають міць і вирішальних все більш різноманітні завдання телефонів народився новий клас пристроїв — планшети, також здебільшого засновані на ARM. З іншого боку назустріч рухався давній конкурент — процесори х86. У них парадигма розвитку була, на перший погляд, протилежною. Постійно і неухильно нарощуючи обчислювальну силу, вони поступово вчилися економити електроенергію. Пік марнотратства припав на сімейство Pentium IV, всі подальші розробки вже випускалися з урахуванням вимог енергоефективності. Пов'язано це було не в останню чергу з тим, що все більший відсоток персональних комп'ютерів стали складати ноутбуки, а для них час автономної роботи є дуже суттєвою характеристикою. Потім з'явилися субноутбуки, ще менші за розмірами нетбуки і… відбулася зустріч з планшетами, які виросли з телефонів!
 
Підводячи підсумок, можна сказати, що різновидів електронних пристроїв і компонентів, в яких використовується ARM, набагато більше, і самих процесорів набагато більше, як різновидів, так і в абсолютному обчисленні. Але верхню сходинку еволюції і раніше окупувала архітектура х86. Вони встановлені в сервери, продуктивні робочі станції ультрабуки і ноутбуки.
 
 

Основні відмінності двох основних напрямків розвитку процесорів зараз

 
Ліцензування та виробництво
Не можна ось так просто прокинутися вранці в понеділок і почати виробляти процесори. Набори команд, подробиці архітектури та техпроцес захищені ліцензіями, авторським правом розробника. Оскільки розробників х86 троє, і вони досить давно працюють на цьому ринку, то в процесі співпраці і конкуренції між ними відбувається перехресне ліцензування, тобто покупка і обмін новими технологіями. Так склалося, що повним пакетом документів на архітектуру х86 володіють їх розробник Intel, розробник технології 64bit AMD і компанія VIA. Увійти за нуля в цей ринок зараз практично неможливо.
 
Ліцензіями на набір команд, архітектуру і екосистему ARM володіє їх розробник ARM Holdings, але вона з давніх часів легко і за відносно невеликі гроші продає право на виробництво ARM-процесорів і всього, що з ними пов'язано, стороннім компаніям. Проводять ці процесори багато фірм, як самі, так і на контрактній основі. Серед найбільших — Samsung, Texas Instruments і тайванська TSMC, яка мікросхем сама не розробляє, а виробляє їх за замовленням і дизайну замовників.
 
Вона є фабрикою, тобто володіє виробничими потужностями і техпроцесами й виконує замовлення розробників. Розробники можуть самі виробляти мікросхеми, а можуть і взагалі не мати виробництва, як, наприклад, nVidia.
 
Варто відзначити, що Intel не тільки найбільший розробник і утримувач різноманітних патентів, але і власник найбільшої мережі фабрик з виробництва чіпів.
 
 
Підтримка операційними системами
Процесори х86 спочатку працювали під управлінням DOS і UNIX. Microsoft на зміну DOS виростила велике сімейство Windows, а вільний UNIX породив безліч клонів, самим життєздатним з яких виявився Linux, який також розтікся по багатьом руслах, покриваючи все більше завдань і областей застосування. І десь поруч з ним — MacOS, що працювала в юності на RISC-процесорах.
 
ARM спочатку працювали під управлінням власних програм, які повною мірою не були операційними системами, у звичному для всіх розумінні. Надалі, по ходу ускладнення завдань, знадобився більш потужний і зручний інтерфейс взаємодії користувача і пристрої. Несть числа їм, але сучасна тенденція полягає в тому, що швидше за все виробник віддасть перевагу яку-небудь з різновидів Linux, наприклад, Android OS. А ось Microsoft, дивіться, заскакує в останній вагон стрімкого поїзда з Windows RT!
 
 
Ринок
Як згадувалося раніше, ARM-процесори виробляються багатьма і у величезних кількостях. Конкурентне тиск високий, ціни на одиничний базовий продукт невеликі, дохід теж у цілому не дуже великий.
 
Ринок процесорів х86 від монополізації Intel рятує в основному AMD, часткою VIA можна знехтувати. Вартість одиниці продукції висока, тираж досить обмежений, прибуток виробників істотна.
 
 
Позиціонування
Говорячи саме про позиціонування архітектури, можна чітко сказати, що на даний момент здебільшого області застосування перекриваються. Більш-менш успішно, з більшим чи меншим поширенням, але обидві вони можуть виконувати широкий спектр завдань, як традиційних, так і знову виникаючих. Так, серія процесорів Atom призначена Intel для конкуренції з ARM в тих областях, де вони традиційно сильні. А нові розробки ARM позиціонуються для роботи у складі високопродуктивних серверів.
 
 У наступному матеріалі ми коротко розглянемо деякі тенденції розвитку сучасного серверного апаратного забезпечення для дата-центрів і постараємося зрозуміти, чому саме ARM є адекватною відповіддю на сучасні виклики.
    
Джерело: Хабрахабр

0 коментарів

Тільки зареєстровані та авторизовані користувачі можуть залишати коментарі.