Семейство компьютеров Ultra компании Sun Microsystems

Андрей Шадский

---

Введение

Компания Sun Microsystems давно известна как производитель рабочих UNIX-станций на базе микропроцессоров с архитектурой SPARC. Почти десять лет их развитие сводилось в основном к модернизации микропроцессоров и, отчасти, устройств ввода-вывода в направлении повышения их производительности. Все рабочие станции Sun представляли собой одно- или двухпроцессорные машины. Многопроцессорными были лишь системы SPARCserver 1000 и SPARCcenter 2000, выпускавшиеся несколько лет назад. Благодаря им, компания вышла на новый для себя рынок мощных многопроцессорных вычислительных комплексов. Возможно, это было обусловлено еще и тесными контактами с известной фирмой Cray Research.

К началу 90-х годов стало ясно, что дальнейшее развитие и разработка новых семейств компьютеров на базе старой архитектуры невозможны. Чтобы удержаться на передовых рубежах, требовался качественный скачок. К тому времени компания DEC уже анонсировала свою перспективную 64-разрядную архитектуру Alpha, широкое распространение получила технология "клиент-сервер", появились новые, более продвинутые сетевые стандарты (100Base-T Ethernet, ATM, FDDI). Наряду с этим все большее количество пользователей стало применять многопроцессорные системы, существенно повысились требования к надежности используемой вычислительной техники.

В этот период компанией Sun было принято решение о разработке новой архитектуры для своих перспективных изделий. Ставилась задача создания универсальной платформы, на базе которой можно выпускать вычислительные системы (рабочие станции и серверы) с заданными характеристиками и оптимальным соотношением производительность/стоимость.

В предлагаемой статье делается попытка проследить становление семейства компьютеров Ultra компании Sun Microsystems от проекта до серийного производства.

Современные тенденции

Основной особенностью развития вычислительной техники на протяжении последних десяти лет, наряду с прогрессом в области микроэлектроники и технологии производства микросхем, явилось увеличение роли сетевых технологий, их широкое распространение и развитие. И хотя сама идея распределенных и разделяемых вычислительных ресурсов не нова, реальное основание для полномасштабного воплощения она получила именно в последние годы. Во многом это связано с формированием устоявшегося набора сетевых стандартов, реальной потребностью в сетевых системах, а также с их экономической оправданностью. То есть пользователи уже знают, что именно они хотят получить, и готовы платить за это, а производители в состоянии предложить законченные, стандартизованные решения с приемлемой стоимостью.

Изменяется, наполняется новым содержанием и само понятие сети. Организация сетей, при которой им отводятся чисто коммуникационные функции (то есть когда они рассматриваются только как каналы обмена информацией между вычислительными средствами, в роли которых в большинстве случаев выступают персональные компьютеры — ПК), уходит в прошлое. Сеть становится виртуальной вычислительной средой, имеющей теоретически неограниченные возможности, а тем же персональным компьютерам отводится роль интеллектуальных терминалов, средств доступа к разделяемым ресурсам. При этом акцент делается на серверы, которые составляют интеллект сетевой структуры и выполняют как задачи обслуживания и распределения ресурсов, так и вычислительные задачи.

Следует учитывать также изменения типов передаваемых данных. Все большую часть сетевого трафика составляют потоки графической, аудио- и видеоинформации, предъявляющие новые требования к пропускной способности и другим характеристикам сетей. Появление новых сетевых стандартов и новых технологий позволяет выполнить эти требования, что дает пользователям новые возможности (например, возможность проведения видеоконференций) при относительно невысоких затратах.

Что это означало для Sun? С чем компания выходила на старт нового этапа? Прежде всего, вспомним о прочных позициях и высокой репутации Sun как производителя рабочих UNIX-станций. Кроме того, у компании имелся достаточный опыт разработки и производства серверов с симметричной многопроцессорной архитектурой (SMP-серверов) и кластеров. Если к этому присовокупить богатый опыт разработки собственных микропроцессоров (уместно заметить, что Sun — одна из немногих компаний, на протяжении более десяти лет создающая свои компьютеры на базе единого семейства микропроцессоров со SPARC-архитектурой), то можно утверждать, что у Sun Microsystems был хороший задел и неплохие перспективы для того, чтобы начать работу по созданию нового поколения компьютеров.

Требования к современным серверам

Как уже было отмечено выше, основу современных систем обработки информации составляют серверы, поэтому именно на них было сосредоточено основное внимание Sun при разработке новой архитектуры. Более того, им было отдано предпочтение даже по сравнению с таким традиционно приоритетным для компании направлением, как рабочие станции.

Серверы представляют собой специализированные высокопроизводительные компьютеры, предназначенные для выполнения определенных сервисных функций и/или вычислений в сетевой среде. Ниже перечислены основные требования, предъявляемые к серверам.

• Высокая производительность. Сервер является вычислительным устройством, на которое "сваливается" большое количество задач, поэтому требование максимально возможной производительности представляется естественным. Как правило, самые простые серверы имеют производительность и, соответственно, стоимость мощной рабочей станции и комплектуются самыми производительными на данный момент микропроцессорами.
• Расширяемость (наращиваемость). Данное требование относится к архитектуре системы. Оно означает, что система должна быть построена по модульному принципу, поддерживать возможность создания необходимых конфигураций (с заданными производительностью, объемом ОЗУ, дисков, число и номенклатура каналов ввода-вывода) и их последующего наращивания. Потребности в ресурсах (производительности и числе процессоров, объеме памяти и т.п.) неуклонно растут, поэтому, приобретая систему с учетом текущих нужд, желательно иметь возможность в дальнейшем наращивать характеристики, когда это станет необходимым.
• Масштабируемость. Это требование также относится к архитектуре системы. Его смысл в том, что система должна обладать хорошей линейностью характеристик (практически линейный рост производительности тех или иных ресурсов при увеличении их числа). Масштабируемость тесно связана с расширяемостью. Важна не просто возможность добавления новых компонентов, но и величина достигаемого при этом эффекта.
• Возможность установки и поддержки большого объема памяти. Требование, которое является важным аспектом расширяемости. Серверы должны обладать большими ресурсами памяти (как оперативной, так и внешней), поскольку они являются универсальной платформой, которая конфигурируется в зависимости от конкретного применения. Так, например, вычислительным серверам требуется дополнительное количество оперативной памяти, а серверам баз данных, помимо этого, еще и большой объем внешней памяти (на дисках или каких-либо иных носителях). Чем шире возможности сервера в части поддержки различных типов памяти, тем шире спектр его применений.
• Наличие большого количества поддерживаемых интерфейсов ввода-вывода. Как правило, приобретаемый сервер включается в состав уже существующей инфраструктуры, куда может входить большое количество устройств с различными интерфейсами (разного рода накопители информации, принтеры и т.п.). Поэтому естественным пожеланием пользователей является сохранение возможности подключения всех этих устройств. Значит, сервер должен поддерживать как можно большее количество стандартных интерфейсов. В минимальный набор входят RS-232C, Centronics, 10Base-T Ethernet и несколько видов SCSI, а также 100Base-T Ethernet. В ближайшее время этот список будет дополнен интерфейсами ATM, USB и, возможно, некоторыми другими. Особо следует подчеркнуть, что данное требование относится не только к типам интерфейсов, но и к их числу, то есть к возможности установки многочисленных одинаковых интерфейсов.
• Поддержка и обеспечение работы в сетевой среде. Данное требование, являющееся одним из важнейших, в значительной степени относится к программному обеспечению, которое должно обеспечивать доступ к ресурсам сервера для любых устройств, входящих в состав сети и работающих под управлением различных операционных систем.
• Надежность, готовность, обслуживаемость (Reliability, Availability, Serviceability — RAS) как составляющие высокой доступности (работоспособности) серверов. Поясним смысл этих понятий.
  • Под надежностью вычислительной системы подразумевается наличие у нее свойств, предохраняющих от возникновения сбоев и неисправностей. Наиболее распространенным показателем надежности является среднее время между возникновением неисправностей (среднее время наработки на отказ) — MTBF (Mean Time Between Failure). К сожалению, стандартного определения данного показателя не существует, что приводит к разному толкованию соответствующих значений разными фирмами.

  • Готовность (живучесть) — термин, получивший широкое распространение относительно недавно. Под готовностью понимается наличие у системы свойств, сохраняющих ее работоспособность даже в случае возникновения неисправности.

    Обычно в качестве показателя готовности используется выраженное в процентах соотношение между "чистым" временем работы системы и общим временем, которое включает в себя запуск, восстановление после сбоев, регламентные работы и т.п.

  • Под обслуживаемостью понимается наличие свойств, поддерживающих быстрое устранение неисправности или сбоя в случае их возникновения. Как и в случае надежности, обслуживаемость характеризуется трактуемым по-разному показателем — средним временем между заменами — MTBR (Mean Time Between Repair).
• Экономичность (сохранение инвестиций). Это интегральная характеристика, которая отражает эффективность затрат на покупку и обслуживание вычислительной техники (обычно берутся расходы за несколько лет). Зависит от таких уже рассмотренных характеристик, как расширяемость, масштабируемость и RAS. Как правило, увеличение того или иного ресурса путем установки дополнительного модуля обходится относительно недорого, особенно если сравнивать с заменой всей системы.

Приведенный перечень требований не претендует на полноту (у пользователей всегда найдется несколько дополнительных пожеланий, да и жизнь не стоит на месте), но важнейшие аспекты в нем, на наш взгляд, отражены. Последующее изложение покажет, в какой степени компьютеры семейства Ultra удовлетворяют этим требованиям.