Особенности строения серверных процессоров

 Особенности строения серверных  процессоров

 Начиная разговор об особенностях строения серверных процессоров, в первую очередь необходимо ввести понятие самого сервера. Итак, сервером называется компьютер, выделенный из группы персональных компьютеров (или рабочих станций) для выполнения какой-либо сервисной задачи без непосредственного участия человека. 

 Так как, налагаемые на сервера обязанности (такие как: обработка больших массивов данных, быстродействие, высокий уровень доступности, отказоустойчивость) вводят некоторые изменения в его конструкцию, в этом сообщении я постараюсь раскрыть некоторые из этих изменений, а в частности выявить особенности строения серверных процессоров и сравнить их с процессорами обычных домашних ПК.

 Начнем с  понятия процессора.

 Процессор (ЦП, ЦПУ, CPU) — электронный блок либо микросхема, являющаяся исполнителем машинных инструкций (кода программ), главная часть аппаратного обеспечения компьютера или программируемого логического контроллера.

 В настоящее время основными поставщиками процессоров для данных устройств являются такие фирмы как Intel и AMD. Флагманом линейки моделей AMD является Opteron, а Intel поставляет, в основном, Xeon. Opteron построен на архитектуре AMD64, как и процессоры Athlon 64 и Sempron, а Xeon - на архитектуре Core 2 или Pentium NetBurst, в зависимости от модели. Исходя из этого, собственно, уже можно сделать вывод о том, что каких-то координальных различий между серверными процессорами и процессорами для обычных ПК нет. Главное их различие заключается в том, что первые обладают большим числом интерфейсов - несколько каналов HyperTransport (двунаправленная последовательно/параллельная компьютерная шина с высокой пропускной способностью и малыми задержками) у Opteron, две независимые шины FSB (Front Side Bus, шина, обеспечивающая соединение между центральным процессором и внутренними устройствами) (по одной на процессор) у Intel, а также более богатым набором функций, которые часто требуются для серверных приложений и ПО для рабочих станций.

 Рассмотрим  архитектуру каждого  из представленных в  отдельности.

 Начнем с  AMD Opteron. В настоящее время на рынке можно обнаружить две разных версии процессоров Opteron: одна использует Socket 940 с памятью DDR, вторая - Socket 1207 (Socket F) и память DDR2 RAM. Как и в случае всех процессоров AMD64, контроллер памяти является частью процессора, что можно назвать существенным преимуществом при росте числа процессоров: вы получите не только больше контроллеров памяти, чтобы установить больше памяти, но каждый процессор будет работать с собственным блоком памяти. Конечно, при этом возникают проблемы когерентности (согласованное протекание во времени и пространстве нескольких колебательных или волновых процессов) и увеличивается сложность многопроцессорных систем, но и пропускная способность суммарно тоже оказывается выше. Opteron под Socket 940 Opteron используют упаковку PGA, то есть ножки находятся на процессоре. Opteron под Socket 1207 перешли на упаковку LGA, когда ножки находятся на сокете, а на процессоре - плоские контакты. В чем же заключаются главные различия этого процессора от его собрата с ПК?

 Opteron незначительно  отличается от Athlon, ядро содержит  девять функциональных блоков (3 ALU, 3 AGU, FADD (сложение с ПТ), FMUL (перемножение с ПТ) и FMISC - три целочисленных блока и три блока операций с плавающей запятой), а также три декодера x86, тщательно проработанные AMD. Практически не изменился кэш (промежуточный буфер с быстрым доступом, содержащий информацию, которая может быть запрошена с наибольшей вероятностью) L1 для инструкций и данных (по 64 кбайт на каждый компонент), хотя сейчас в нём появилась логика ECC (Error Checking and Correction, схема обнаружения и исправления ошибок в памяти). Процессор также приобрел блок команд SSE2 (набор инструкций, предназначенный для управления кэшем, с целью уменьшения его загрязнения при обработке неопределенных потоков информации), который удвоил количество регистров до шестнадцати. Так как Opteron предназначается для работы в серверной среде с большими объемами памяти, то было увеличено число записей в буферах быстрого преобразования адреса (TLB - Transition Look-aside Buffers). Чем больше входов записано в TLB, тем меньше придется загружать таблицы перевода адресов из основной памяти при передаче физического адреса. Также, размер кэша L2 был увеличен в Opteron до 1 мегабайта (16 путей).

 Схема архитектуры

 Теперь  перейдем к продукции компании Intel.  
Процессоры Intel Xeon доступны в разных видах, причём предыдущие версии использовали Socket 604. Современные платформы базируются на Socket 771, относящимся к сокетам (это название программного интерфейса для обеспечения информационного обмена между процессами) LGA. Модели от 5030 до 5080 производятся по 90-нм техпроцессу и основаны на уже устаревшей архитектуре NetBurst. Модели, чьи модельные номера начинаются от 5110 (1,6 ГГц) до 5160 (3,0 ГГц) производятся на основе Woodcrest, по 65-нм технологии. В настоящее время для данной линейки процессоров вводиться архитектура Nehalem, которая отличается от предыдущих поколений процессоров наличием встроенного контроллера памяти и появлением специализированной шины QPI (QuickPath Interconnect, последовательная кэш-когерентная шина типа точка-точка для соединения процессоров между собой и с чипсетом) для обмена данными между северным мостом и CPU, но большинство процессоров Xeon в настоящее время не имеют встроенного контроллера памяти. Вместо этого они опираются на четырёхканальный контроллер памяти DDR2-667 чипсета материнской платы. Чтобы обеспечить достаточную пропускную способность для дву- или четырёхядерных процессоров, современная платформа Socket 771 (Blackford) обеспечивает две независимые шины FSB (DIB), по одной на каждый процессор. Именно это является их главным недостатком, по сравнению с AMD Opteron, т.к. является «узким местом» всей системы в целом. В чем же заключаются главные различия этого процессора от его собрата с ПК?

 В общих чертах серверная линейка процессоров  отличается от настольной увеличенным кэшем и поддержкой больших многопроцессорных систем. Также Xeon в отличие от десктопных, имеет кэш второго уровня, работающий на полной частоте ядра, а не на половине его частоты.

 Вывод

 Не так  давно серверные процессоры довольно сильно отличались от десктопных, но в  настоящее время заметно тесное сближение первых со вторыми, в итоге серверные процессоры, которые имеются на рынке, конструктивно не сильно отличаются от своих десктопных аналогов. Однако, это не означает, что одни могут быть без особых проблем заменены другими. Как пример можно привести тот факт, что процессоры Core i7 под сокет LGA 1366 не смогут совместно работать на плате с серверным чипсетом Intel 5520. Действительно, в этом случае Xeon просто не имеет альтернативы.

 Основные  отличия проявляются в улучшенной синхронизации с памятью (встроенные контролеры памяти, логика ECC), увеличенном размером кэша, увеличением пропускной способности, а также поддержкой создания многопроцессорных систем (QPI, HyperTransport).