Opteron: איך AMD עקפה את אינטל

בכתבה הראשונה בסדרה סקרנו את ההבדלים בגישות של AMD ואינטל. AMD הבינה, כי בין הווה של 32 סיביות לעתיד של 64 סיביות צריך "גשר", שימלא תפקיד דומה ל-8086 בשנת 1982. מעבד כזה יריץ קוד 32 סיביות ביעילות, יאפשר הרחבת מעטפת הזיכרון מעבר ל-4 גיגה בייט בלי לסבך את שיטת המיעון, ובעתיד יאפשר גם לשפר את הביצועים של יישומים מסוימים בזכות פקודות 64 סיביות חדשות.

הנקודות הראשונות

שתי הנקודות החשובות הן הראשונות: להריץ תוכנות קיימות טוב לפחות כמו מעבדי 32 סיביות קיימים (למשל Athlon XP), ולפרוץ את מגבלות הזיכרון. בשרתים, במיוחד, אין צורך בשיפורים דרמטיים של חישובים בנקודה צפה, אין שימושים לפקודות SIMD.

("פקודה אחת, הרבה משתנים", פקודות אופייניות לעיבוד אותות, תקשורת ומולטימדיה) ואין צורך בתיחכום מיוחד של הארכיטקטורה. כן צריך מנוע עיבוד שלמים (Integers) חזק, טווח מיעון גדול וגישה מהירה מאוד לזיכרון. מניתוח זה נגזר העיצוב של Opteron ושל ארכיטקטורת המערכת הנקראת HyperTransport.

מנוע Opteron עצמו הוא מעבד X86 קונבנציונלי לחלוטין, שהתפתח ללא קפיצות מתוך המנוע של אתלון. השינויים הבולטים במיוחד הם לא בגרעין אלא במה שסביבו. על השבב עצמו מוצאים את שני החידושים החשובים במיוחד:

גישה ישירה לזיכרון הראשי

בניגוד למקובל ברוב המעבדים, AMD הטמיעה את בקר הזיכרון ואת ממשק אפיק הזיכרון על השבב עצמו - ולא ב"גשר הצפוני" (ה-North Bridge, שבדרך כלל משמש צומת לארבעה אפיקים: אפיק המעבד, אפיק הזיכרון, שער AGP ואפיק ה-I/O).

ל-Opteron שני אפיקי זיכרון DDR עצמאיים, כל אחד של 64 סיביות (ועוד 8 סיביות לבקרת שגיאות ECC), שפועלים בגרסה הנוכחית ב-333 מגהרץ. רוחב הפס הכולל הוא 5.33 גיגהבייט לשניה אך מה שחשוב יותר - ההשהיה בגישה לזיכרון קוצרה ב-2 מחזורי שעון הודות לאינטגרציה של הבקר על שבב המעבד.

אפיק המערכת

"אפיק המערכת" של Opteron הוא חדשני במיוחד ושונה מאוד ממה שמקובל במחשבים אחרים. HyperTransport דומה מכמה בחינות ל-PCI-Express של אינטל (שהיה ידוע בעבר בשם 3GIO) אך, בניגוד למתחרה, הוא מוכן לאספקה עכשיו. המפרט מגדיר טופולוגיה של "נקודה לנקודה", כלומר כל מוליך מחבר בין שני פינים בלבד, משדר ומקלט. HyperTransport מבטיח רוחב פס גדול ותקורה ניהולית מינימלית, משום שכל משדר מחובר באופן בלבדי למקלט אחד ואין צורך בפרוטוקול לניהול הגישה לאפיק משותף של כמה משדרים וכמה מקלטים.

בשורה התחתונה: קפיצת מדרגה בביצועים

כל אלה פרטים טכניים שמעניינים יותר את המהנדסים ומפתחי התוכנות מאשר את המשתמש הסופי. הוא רוצה רק לדעת האם כל הבבל"ת הטכני הזה אכן מספק ביצועים גבוהים יותר. התשובה היא חד-משמעית: כן. Opteron מהווה קפיצת מדרגה בביצועים של שרתי X86 ביחס לכל מה שאינטל יכולה להציע במשפחת פנטיום/Xeon.

אין לנו עדיין כלים מדויקים למדידות השוואתיות ביישומי 64 סיביות ולכן אנו לא יכולים לעמת את Opteron מול Itanium - וכנראה שעימות כזה גם אינו משמעותי במיוחד. מה שרצינו לדעת - ונוכחנו שאכן כך הוא - האם הטענות של AMD מתממשות בפועל במוצרים מסחריים "מעל המדף" וביישומים האופייניים לשרתים קטנים-בינוניים.

שיטת המספור

שיטת המספור של דגמי Opteron השונים שונה ממה שהכרתם עד כה במעבדי AMD. המספרים הם בני 3 ספרות, מהן הראשונה מציינת לכמה מעבדים מקביליים ניתן להרחיב את התצורה. כך, Opteron 2xx היא משפחה של מעבדים שיודעים לעבוד בזוגות ועםOpteron 8xx אפשר לבנות שרתים של 8 מעבדים.

שתי הספרות הבאות מתייחסות בצורה לא ברורה למהירות. AMD בהחלט לא רוצה לדבר על מגהרצים וגם שיטת המדידה הישנה שלה (PR), המיושמת במעבדי אתלון, אינה רלוונטית כאן. נכון להיום אפשר לקבל את Opteron בגרסאות 244, 242 ו-240, עם מהירויות שעון של 1.8, 1.6 ו-1.4 גיגהרץ בהתאמה.

בתצורה שבדקנו הזיכרון הוגבל ל-4 גיגהבייט כדי לא לתת ל-Opteron יתרון לא הוגן רק בזכות יכולתו לגשת ל-RAM בגודל עד טרה-

בייט. שני כונני Serial ATA סיפקו את דרישות האחסון וכל המבחנים נעשו בסביבת Windows 2000 ללא תמיכה ב-64 סיביות.

נתונים שאינטל לא רוצה שתראו

השרת המצויד בזוג Opteron-ים קיבל ציונים גבוהים ב-40% משרת Xeon דומה במבחני SPECint וב-50% במבחני SPECpt. אלה מבחנים "סינתטיים", שמודדים את עוצמת המעבד בשילוב עם הזיכרון הראשי ללא תלות ביישום. השעון של AMD פעם רק ב-64% מהשעון של Xeon. כלומר, היעילות הספציפית של Opteron גבוהה יותר ב-120 עד 136 אחוז מעל היעילות של Xeon. זה פער אדיר שקשה לראות איך אינטל תצליח לסגור בעתיד הקרוב.

כדי לעמוד על העוצמה היחסית של Opteron ביישום של שרת Web אופייני, הרצנו על השניים את מבחן "החנות האלקטרונית" NILE. במבחן הזה השרת מדמה אתר סחר אלקטרוני ומערכת הבדיקה (שכוללות מאות מחשבי PC על רשת מקומית מהירה) מעמיסה עליו דרישות שירות של משתמשים וירטואליים. המדידה כוללת שני פרמטרים:

- כמה עמודי Web השרת מצליח לשלוח בעומסים שונים.

- מה זמן ההמתנה הממוצע של המשתמש עד קבלת העמוד.

שרתים דומים בעומסים נמוכים

בעומסים נמוכים שני השרתים היו פחות או יותר דומים. בסביבות עומס של 200 משתמשים סימולטניים הגרפים נפרדים ו- Opteron מתחיל להראות את יתרונו. בתחום מעל ל-300 משתמשים שני השרתים נכנסים לרוויה מבחינת התפוקה, אבל הרמה של Opteron גבוהה כפליים בערך משל Xeon. 15 עמודים-לשניה בהשוואה ל-7-8 עמודים-לשניה.

משך ההמתנה, שהיה בסביבות חצי דקה עד ל-200 משתמשים הולך ומתארך ככל שהעומס מגדיל את התקורה על השרת. בעומס של 500 משתמשים סימולטניים ההמתנה להורדת עמוד משרת Opteron מגיעה ל-50 שניות בערך ובהורדת עמוד משרת Xeon ההמתנה היא בסביבת 100 שניות. היחס הזה 1:2 לטובת AMD ממשיך עד סוף המדידה בעומס של 700 משתמשים.

חרושת השמועות בעמק הסיליקון

התוצאות המפתיעות של Opteron מחזקות את חרושת השמועות המתרוצצות בעמק הסיליקון סביב התוכניות של אינטל, Sun, אפל ועוד כמה חברות שמחפשות מסלול מהיר ל-64 סיביות:

- כבר מאוחר מדי לאינטל להוסיף יכולת 64 סיביות כלשהי לשבב Prescott (פנטיום-4 בנוי בטכנולוגית 90 ננו-מטר עם מטמון כפול), שאמור לצאת לשוק בחודשים הקרובים. אבל הרבה מאמינים כי פנטיום-5, אי-שם בקיץ 2004, כבר יטמיע כמה לקחים שאינטל לומדת עכשיו מ-Opteron.

- Sun Microsystems, שיודעת כי כדי לשרוד עליה להציע את מערכת ההפעלה שלה Solaris גם על פלטפורמות X86, תתמוך כנראה ב-Opteron ובמעבדי משפחת Hammer העתידיים. Sun לא יכולה להרשות לעצמה להפוך ליצרנית PC, ולכן היא לא רוצה לתמוך ב-Xeon, אבל היא גם לא יכולה להתעלם מהמציאות.

סקוט מקנילי דיבר כל כך הרבה בגנות פלטפורמת Wintel שקשה להאמין כי יש סולם מספיק גבוה כדי להוריד אותו מהעץ שלו, אבל קואליציה אופורטוניסטית עם AMD לא תפגע באגו של אף אחד. Sun גם לא רוצה לתמוך באיטניום, משום שעל הפלטפורמה הזאת יש ל-HP יתרונות היסטוריים ומעשיים שאין ל-Sun סיכוי להתמודד איתם.

- אפל ו-IBM משחקות בין אינטל ל-AMD בניסיונות להפיק את מירב התועלת מהעימות. IBM לא יכולה שלא להמשיך את הפיתוח של מעבדי Power4 - גם אם הייתה שמחה לחסוך את הכסף, לבסס את השרתים שלה רק על מעבדים "סטנדרטיים" ולשכוח מקנייניות. אפל לא יכולה להרשות לעצמה לבסס את עתידה על מעבדים שרק היא צורכת, כי הצריכה לא מייצרת מספיק רווח למימון הפיתוח, למרות שהגירה למעבדים סטנדרטיים תמנע ממנה את יתרונות הקנייניות.

משחק ציני

זה משחק ציני בו כל צד מנסה לזכות ביתרונות ממשיים תמורת הבטחות מעורפלות - לא שונה מהותית ממשא ומתן פוליטי בכל תחום אחר. אך לנו, המשתמשים הסופיים, זה עושה רק טוב. כך נוכל להיות בטוחים שהתחרות תמשך, המחירים ירדו והביצועים יעלו. אפילו ההסתמכות ההיסטורית על הלוחמנות של סקוט מקנילי כבר אינה מרגיעה אותנו, לשמע השמועות ש-Sun נמצאת על הכוונת של קפיטליסטים תאבי השתלטות.

סקוט אומנם דוחה את הרעיון שיש להם סיכוי אבל גם הוא נאלץ בעבר "לאכול את הכובע שלו", כפי שאומר הביטוי האמריקאי, כאשר הקופה התרוקנה. (התנאי שלו לויתור על עצמאות הוא רכישה של כל המניות במזומן, כלומר 17-18 מיליארד דולר על השולחן.

לדבריו, אף קפיטליסט שלא יושב בכלא או בורח משלטון החוק הבינלאומי לא יכול לשלם את המחיר הנדרש.) זה יהיה עצוב מאוד אם AMD לא תדע לשחק את הקלף החזק האחרון שיש לה. בלעדיה לא ישאר מי שימריץ את אינטל להמשיך במתווה "חוק מור".