在许多方面,计算机与汽车又异曲同工之妙——
如果面对的是非网络的环境,就好比我们自己要用一部车,当然是希望这部车跑得快、省油而且不容易出毛病;
如果面对网络的环境,就好比是我们要开一家快递公司,需要在一个交通网络中提供信件传递服务,就应该配备很多部摩托车,可以同时跑多条线路,整体效率就会更高,总成本也会大大降低。
相对于近年来蓬勃发展的网络世界,传统的处理器架构从计算机问世至今并没有发生巨大的变化,就像是我们在开快递公司,却为每个快递员配备了高性能的跑车。所以说,传统的CPU架构并不是为网络环境而设计的,而Sun公司最近推出的“CoolThreads(酷线程)”技术则是最能适应当今和未来网络计算环境的需求。
全新的网络与传统处理器架构
经常被引用的摩尔定律断言,每平方英寸集成电路中的晶体管数量大约每两年增加一倍。过去30年电子产业的发展验证了这个断言的正确性,并且不断把处理器的性能推向新的高峰。不过,摩尔定律并没有直接断言计算性能的提升,是处理器制造厂商们凭借每平方英寸内越来越多的晶体管,利用指令的并行执行和时钟频率的提高来提升处理器性能,但是并没有在处理器的架构上做出什么重大得改变。
传统处理器架构必需面对这样的现实:处理器的速度与存储器的速度之间存在着巨大的差异。存储器的速度才是整个服务器性能的瓶颈。从目前的情况来看,花很大的代价去提升单线程或者一两个线程的处理速度,对服务器整体性能的提高并不明显。多年来,处理器的速度每2年提高一倍,而存储器的速度每6年才提高一倍。因为处理器厂商拼命提高速度,而存储器厂商则把主要精力放在提高存储容量和降低成本这两方面,对速度的关注放在了次要的地位。根据测算,传统处理器运行时间中常常有85%是处在等待存储器提供数据。
对于处理器与内存之间的传输速率差异,处理器制造商们采用的方法非常简单——既然内存比较慢,而我的处理器里面还有大量的晶体管,那我就在处理器芯片里面设计存储器,这就是高速缓存(Cache)。高速缓存里面预先从内存调入什么数据,同样需要大量的晶体管来进行判断,而且还必须接受判断错误造成的代价,同时也使得处理器的结构变得更为复杂,功耗和散热越来越高,给用户带来额外的成本负担。
传统处理器的设计思路都是致力于提高单一线程的处理速度,面对新兴商业应用很难发挥作用。新的环境、新的挑战,要求我们重新思考原有的处理器架构是否具备足够的适应性。 当今典型的IT工作负载复杂多样,但是都有一个共同的特征——这些工作负载更多依赖于多线程并发操作。
一般来说,Web应用负载是典型的多应用负载。当用户浏览或者点击网页时,就会引发服务器运行一个线程。成千上万的用户,每次浏览或者点击都回占用服务器的一点点资源。数据库应用负载则是单个应用产生多个线程的典型。把分类或者检索的工作分散到多个线呈上,可以显著提升得到结果的速度。
在传统上,服务器的设计都是在指令的层次上实现并行,由编程人员来安排程序的分支、数据的分块,从而实现若干进程的并行执行,这就是“指令级并行”。“线程级并行”采取了不同于传统的方法,软件分割的“颗粒”更加细小,并且同时考虑到软件开发与运行的环境。例如,Java技术就被设计成可支持高质量多线程工作负载的执行环境。
以往,“指令级并行”曾经是改善性能的重要方法,而“线程级并行”则更适合当今网络化的商业工作负载。例如,“指令级并行”对于数据仓库应用的性能提升非常有效,但是对于其他的应用类型就显得力不从心,而“线程级并行”则具有更广泛的适应性。
“CoolThreads(酷线程)”时代已经到来
观念的改变意味着方向的改变,多线程处理显然是适应网络计算环境的新观念。当然,从观念到技术实现和实用化的产品,这中间还有漫长而曲折的道路,而Sun 公司已经走过来了。不久前推出的“CoolThreads(酷线程)”技术,就是Sun公司投入大量资源研发而成的新一代多内核、多线程技术,进而推出了第一款具有8个内核、支持32个并发线程的UltraSparc T1处理器和全新的Sun Fire T1000及T2000服务器。
Sun公司主管可扩展系统事业部的全球执行副总裁严维伦(David Yen)说,“互联网的持续发展要求部属大量的服务器。采用传统架构的服务器能耗巨大,同时占用大量空间。我们采用CoolThreads技术的新型 Sun Fire T系列服务器具有极大的性能提升和能耗降低,任何正在使用Intel Xeon服务器用于Web服务、应用或数据库的公司,都有必要马上测试一下Sun Fire T1000或T2000服务器,看看我们的服务器能为他们带来多大的性价比提升,节省多少能源。”
事实证明,做这样的尝试对于用户来说是非常值得的,因为不论是行业标准基准性能测试还是客户的实际测试都表明,采用Sun Fire T1000和T2000服务器,无需增加能耗和空间占用,就能获得巨大的性能提升。
在范围广泛的行业标准应用的基准性能测试中,CoolThreads服务器创立了 7项性能和性价比的世界记录,超越了IBM、Dell和HP等竞争对手。例如,Sun Fire T2000服务器采用Sun的Web Server 6.1 SP5软件实现了SPECweb2005的世界记录,与4路IBM eServer p5 550相比,Sun系统性能是后者的1.7倍,每瓦性能是4.3倍,而占用空间只有一半。
“我们对Sun Fire T2000服务器的成本、吞吐性能和能耗感到满意,”EDS公司主管数据中心服务事务的副总裁Larry Lozon说,“减少能耗,对我们的数据中心来讲十分关键。在我们初步的测试中,能耗得到了50%的削减。在为客户提供数据中心服务的时候,我们将服务器的能耗视为关键的成本因素。Sun的这些基于32线程处理器的系统将成为我们基础设施转型服务的主要硬件设备,为重宿主和高吞吐量工作负荷的技术更新提供了理想的基础平台。这将为我们的技术更新战略奠定基础,以便进一步提升客户的应用性能,同时可减少我们EDS数据中心占用空间和能耗。”
行业标准基准性能测试和用户实际测试都表明,“CoolThreads(酷线程)”可以很好地适应网络计算环境中的业务需求,让用户以更低的能耗、更小的空间来获得更高的计算性能。另一方面,在很多厂商都习惯借用新名词来推销老产品的情况下,广大用户也应该注意到,“CoolThreads(酷线程)”是一种全新的架构,这与那种在一个芯片中放置两个传统架构CPU的“多核”有着本质的不同。企业服务器就像是随时运送大批信件的快递公司,再好的家用轿车都是不适用的,你需要配备精巧的“摩托车队”。