Версия 4

Улучшения соотношения цена–производительность в серии AS/400е

Последняя тема этой лекции — разработки аппаратных средств, предпринимаемые нами для дальнейшего улучшения соотношения цена–производительность (Ц–П) моделей серии AS/400е. За последние несколько лет наши клиенты стали свидетелями существенных улучшений в этой области. В е-серии это соотношение улучшилось примерно на 60 процентов по всем моделям, а для некоторых серверов — даже значительнее. В прошлом производительность и емкость системы улучшали без снижения цен, но чем дальше, тем больше соотношение Ц–П выходило на первый план. Сейчас цены быстро падают.

Подобная ситуация достаточно типична и вполне иллюстрирует проблему, с которой сегодня столкнулись производители компьютеров. Несколько лет назад, большинство из нас постоянно добавляли все новые и новые приложения, что требовало адекватного увеличения объемов и производительности систем. Иными словами, пользователи тратили примерно одну и ту же сумму всякий раз, когда модернизировали свой компьютер.

Времена изменились. Увеличение емкости и производительности большинства систем превзошли потребности большинства пользователей. В результате, заказчики теперь меньше тратят на модернизацию своих компьютеров меньше, независимо от того, покупают ли ПК, AS/400 или мэйнфреймы.

Сегодня задача всех производителей компьютеров — поиск путей дальнейшего снижения себестоимости систем, сокращение цен на свою продукцию. В этом разделе мы рассмотрим два подхода, используемые для гармонизации Ц–П AS/400: универсальность и новые технологии ввода-вывода.

Универсальность

Для современных серверов стандарты Ц–П устанавливает индустрия ПК. Серверы на процессорах Intel с Windows NT задали планку, которой приходится соответствовать всем остальным. Пока Ц–П серверов AS/400 весьма конкурентоспособна. Однако планка не фиксирована, она продолжает снижаться. Преимущество серверов ПК состоит в универсальной аппаратуре, используемой многими производителями. Для поддержания конкурентоспособности AS/400е также переходит на универсальную аппаратуру.

Наиболее очевидный знак этого перехода — помещение компьютеров е-серии в новые корпуса, такие же, как используются для RS/6000. Большая часть компонентов внутри корпусов также одинакова для обеих систем. Использование универсальных компонентов означает меньшую стоимость учета, складирования и даже самих компонентов изза роста объемов производства. Такая универсальнность дала IBM возможность сократить производственных расходы, сконцентрировав все производство для AS/400 и RS/6000 в Рочестере и Санта-Паломбе (Santa Palomba), Италия.

Если заглянуть внутрь новых корпусов, мы увидим вновь разработанный CEC (Central Electronics Complex)^{5CEC — это то, что обычно называют системным блоком. — Прим. консультанта.}. CEC состоит из основных процессоров, основной памяти, источника питания и шин ввода-вывода. Ранее при переходе на выпуск новых и более быстрых моделей IBM эти компоненты обычно заменялись. Благодаря более эффективному СЕС теперь заказчик можете обойтись просто вставкой новых плат. Вновь разработанные корпуса предназначены для использования на все время существования версии 4, что должно сократить стоимость модернизации большинства моделей е-серии.

Но есть и модели, изначально не подлежащие модернизации, разработанные так специально для сокращения цены. Такой же подход используется на рынке ПК.

IBM привержена универсальной аппаратуре на всех своих платформах, что сокращает расходы на разработку и производство компонентов, общих для нескольких систем. Неполный список универсального оборудования включает процессоры, контроллеры памяти, системные шины, адаптеры ввода-вывода, источники питания и корпуса. Общие компоненты встречаются и в серии AS/400е: процессоры PowerPC, системные шины 6хх, адаптеры PCI и соединения SAN. Результатом всей этой деятельности станет дальнейшее улучшение показателя Ц–П.

Новые технологии ввода-вывода

Вероятно, самая перспективная область улучшения Ц–П — ввод-вывод. Переход на PCI и возможность использования в серии AS/400е стандартных адаптеров — большой шаг вперед, но это лишь начало. В настоящее время ведется ряд работ по снижению цены ввода-вывода, но мы рассмотрим только две из них, относящиеся к сокращению цены и повышению производительности дисков.

IBM приняла на вооружение новую архитектуру SSA (Serial Storage Architecture), которая уже начала появляться в различных системах корпорации. Стандарт этой архитектуры разработан Американским национальным институтом стандартов ANSI (American National Standards Institute). SSA определяет высокопроизводительное последовательное соединение для подключения устройств ввода-вывода. Данное соединение было оптимизировано для устройств хранения данных, таких как жесткие диски, платы хост-адаптеров, и контроллеры дисковых массивов. Первые дисковые подсистемы SAA были созданы IBM в 1996 году.

У SSA много преимуществ перед существующими параллельными интерфейсами, такими как SCSI (Small Computer Systems Interface) по ключевым параметрам: производительности, возможностям подключения, надежности. Кроме того, она использует более компактные кабели и разъемы. Для поддержки миграции и совместного использования SAA сохраняет значительную часть логического протокола SCSI2.

Использование SSA в последующих выпусках версии 4 для е-серии снизит стоимость подключения дисков и повысит производительность. Типичная конфигурация кольца с одним хостадаптером может обеспечить пропускную способность до 73 МБ в секунду, и в будущем эта скорость повысится. Физическим средством соединения может быть либо медный кабель длиной до 20 метров, либо оптоволокно — для больших расстояний.

Последовательная связь выигрывает по сравнению с существующими параллельными интерфейсами. Более дешевые и малоразмерные кабели и разъемы хорошо подходят для маленьких 3,5 и 2,5дюймовых дисков, причем к одному хост-адаптеру можно подключить больше устройств. Увеличение производительности дает и дуплексное соединение с устройствами. Чтобы повысить надежность, используется не простая проверка четности на шине, а CRC. Наконец, на последовательной линии легче и дешевле осуществлять переключение, что станет особенно важно, когда в AS/400 будут реализованы переключаемые и разделяемые диски для кластеров с постоянной готовностью.

Со временем преимущества SSA распространятся и на другие устройства. Например, новые контроллеры дисковых массивов, подключаемых к линиям SSA, должны сократить стоимость и повысить производительность, а также обеспечить новые дешевые решения RAID на всех наших системах.

Второе направление модернизации, которое я хочу рассмотреть — технологии сжатия. Сжатие данных позволяет эффективнее использовать устройства хранения, такие как диски, а также повышает скорость обмена между дисками и адаптером ввода-вывода. Стоимость дискового хранилища снижается без изменений приложений или методов доступа к данным.

Максимальные выгоды достигаются тогда, когда упаковка и распаковка выполняются без потери производительности. Для этого нужна технология обработки данных без значительных накладных расходов, что может произойти при использовании некоторых алгоритмов сжатия. Кроме того, эта технология должна сочетаться с современными скоростными шинами ввода-вывода. IBM разработала быстрые и очень надежные микросхему и алгоритм сжатия данных, специально предназначенные для систем хранения и соответствующие указанным требованиям.

Алгоритм сжатия IBMLZ1 был разработан так, что обеспечивает не только очень эффективное сжатие, но и весьма высокую надежность^{6Если Вы хотите узнать больше о сжатии данных вообще и об алгоритме IBMLZ1 в частности, я рекомендую Вам новую книгу Роя Хоффмана — Roy Hoffman. Data Compression in Digital Systems. Chapman & Hall. 1997.}. Это важно потому, что сжатие убирает из исходных данных избыточность, делающую их весьма уязвимыми для разрушения. IBM достигла высокой надежности технологии сжатия посредством комбинированного использования технологии КМОП для микросхемы и взаимосвязанной схемы проверки упаковки–распаковки, при которой CRC оригинальных данных сравнивается с CRC распакованных данных. Еще раз подчеркну, все это осуществляется микросхемой без потери производительности операций чтения и записи с диска!

Использование в дисковых адаптерах микросхемы сжатия повышает емкость дисков AS/400 (алгоритм сжатия IBMLZ1 обычно позволяет достичь трехкратной экономии дискового пространства на старших моделях), а также позволяет снизить нагрузки на шины ввода-вывода. Описанная технология сжатия будет использоваться во всех будущих дисковых адаптерах.

Выводы

1997 год ознаменовал появление нового поколения систем AS/400. Переход к сетевым вычислениям направляет многие модификации серии AS/400е. В этой лекции я затронул некоторые, но далеко не все расширения, которые можно ожидать в версии 4. В конечном счете, наибольшие выгоды от этого получат наши заказчики, независимо от того, какую модель вычислений предпочитают.

Мы живем в "эру WWW", где длина года — три месяца. Изменения происходят так быстро, что теперь наши циклы разработки мы измеряем в "годах WWW". Теперь Вам ясно, почему в версии 4 будет так много выпусков? Тогда не удивляйтесь, что в следующие несколько лет произойдут новые изменения, причем такие, какие сегодня даже трудно предсказать. Таков наш бизнес.

Но если все так неопределенно, то можно ли загадывать, что будет после версии 4? Иногда предсказать отдаленное будущее проще, ведь издалека открывается более широкий обзор вероятных возможностей. Некоторые из таких предсказаний я попытаюсь сделать в "AS/400 в XXI веке" .