Itanium

Логотип Itanium

Itanium (произносится: Итаниум) — микропроцессор с архитектурой IA-64, разработанный совместно компаниями Intel и Hewlett-Packard. Впервые был представлен 29 мая 2001 года. Производство Itanium прекращено в июле 2002 года одновременно с выходом Itanium 2.

История[править | править код]

Процессор Intel Itanium

HP и Intel начали сотрудничество в области микропроцессоров в 1989 году. HP требовался процессор следующего поколения для замены удачных серий рабочих станций и серверов, построенных на базе процессоров с архитектурой PA-RISC и компания хотела воспользоваться достижениями и опытом Intel в разработке и производстве микрочипов.

Новый процессор должен был использовать набор инструкций с явным параллелизмом (EPIC), в котором компилятор должен выстраивать инструкции для параллельного исполнения. Были добавлены возможности для совместимости с приложениями разработанными как для Intel x86, так и для PA-RISC. Ожидалось, что разрабатываемый процессор будет доминировать на рынке серверов, рабочих станций и возможно даже настольных ПК, вытеснив вездесущую архитектуру x86. Предполагалось, что конкуренты Intel, в первую очередь AMD, не смогут повторить новую архитектуру.

Первое поколение процессоров, имеющее кодовое имя Merced, было выпущено в 2001 году. Рыночная судьба Merced оказалась менее успешной, чем предполагалась. Основными причинами этому были проблемы с производительностью и малое количество оптимизированного программного обеспечения. Несмотря на то, что процессор мог исполнять инструкции x86, производительность такого решения была значительно ниже в сравнении с x86-системами от Intel и AMD. Дополнительным важным фактором стал коллапс рынка доткомов и соответствующее ему падение продаж серверов.

В дальнейшем Intel и HP продолжили разработку архитектуры, результатом чего стало появление в 2003 году процессоров второго поколения Madison и в 2006 значительно доработанного двухъядерного McKinley. Начиная с McKinley процессоры Itanium стали показывать конкурентноспособную производительность и тепловыделение. С проникновением на рынок постепенно улучшилась поддержка архитектуры и ПО для неё, что отразилось в значительном росте продаж начиная с 2004—2005 годов.

Первый двухъядерный Itanium (кодовое имя Montecito) был выпущен Intel в июле 2006 года. Intel и её партнёры обещают увеличение производительности процессора в 2 раза, в то же время снижение энергопотребления приблизительно на 20 % по сравнению с одноядерным предшественником [1]. Судя по первым опубликованным тестам производительности похоже, что в основном эти заявления подтверждаются [2]. Официальный план выпуска процессоров Intel включает двухъядерные процессоры следующего поколения, произведенные по 65-нм технологическому процессу (Montecito произведен по 90-нм технологии) и два будущих четырёхъядерных процессора. Стоит заметить, что один или более из этих процессоров будут произведены с использованием 45-нм технологического процесса [3].

Аппаратная поддержка[править | править код]

Архитектуру Itanium поддерживает большое количество производителей серверов, включая Bull, Fujitsu, Fujitsu Siemens Computers, Hitachi, HP, NEC, SGI и Unisys. Эти производители присоединились к Intel и множеству разработчиков ПО для создания Itanium Solutions Alliance, с целью продвижения архитектуры и ускорения темпов портирования ПО. Тем не менее, ведущие производители серверов, кроме HP, мало или совсем не заинтересованы в Itanium. IBM и Dell, которые некоторое время продавали системы на основе Itanium, больше этим не занимаются, а Sun никогда не продавала системы на основе Itanium, так как сконцентрирована на платформах SPARC и AMD64. Fujitsu Siemens Computers предлагает только одну линейку 16/32-процессорных серверов PRIMEQUEST на базе Itanium/Itanium 2.

Продавцы Itanium в данный момент сосредоточены на совершенствовании многопроцессорных серверов для работы с частообновляемыми данными в критически важных коммерческих и технических приложениях. Системы на основе Itanium часто продвигаются как открытая, стандартная для промышленности альтернатива RISC и мейнфрейм системам, производимым IBM и Sun, хотя процессор Itanium разработан, произведён и продается исключительно Intel. Сейчас системы на основе Itanium представлены начиная от 2-х процессорных серверов и blade-серверов до 512-ти процессорных со 128 Тб общей разделяемой памяти.

Компания Platform Solutions, Inc. [4] предлагает системы на основе Itanium совместимые с операционной системой IBM z/OS (а также с Linux и Windows). Таким образом, это первое за многие годы произведённое не IBM аппаратное обеспечение появившееся на рынке мейнфреймов. Компания заявляет, что с новым двухъядерным Itanium их системы могут достигнуть производительности удовлетворяющей требованиям z/OS более чем на 90 %. [5]

Программная поддержка[править | править код]

Сейчас Itanium поддерживается 10 операционными системами, включая Windows и различные дистрибутивы Linux и UNIX, под которыми более 8000 приложений написаны под Itanium и доступны для работы (по состоянию на июнь 2006) [6]. Intel утверждает, что в течение последних 12 месяцев доступное количество приложений выросло в 2 раза [7]. Поддержка архитектуры заметно улучшилась по сравнению с предыдущими годами, когда нехватка ПО была серьёзным недостатком архитектуры.

Intel предлагает бесплатный набор библиотек для программирования под Itanium.

Компанией HP разработан проприетарный программный симулятор работы процессоров архитектуры IA-64 под названием Ski.

Microsoft портировала Windows XP, Windows 2000 и Windows Server 2003 на Itanium. Серверные приложения от Microsoft включают SQL Server, Operations Manager, CRM Server, IIS, Visual Studio, и .NET Framework. В последние годы было принято решение не включать поддержку Itanium в клиентское ПО или клиентские ОС (например Windows XP), из-за того, что рынок слишком мал для возмещения затрат на портирование и поддержку. Microsoft объявила о поддержке Itanium в грядущей ОС Windows Longhorn Server (Windows Vista). Он планируется как процессор для таких приложений как сервера баз данных, operations management и CRM [8].
ОС HP-UX, коммерческий UNIX от HP, работает на Itanium с момента появления процессора в 2001 году.
Поддержка OpenVMS добавлена в 2003 году.
ОС NonStop от HP также работает на Itanium.
Compaq портировала Tru64 UNIX на Itanium [9], но работы над этой ОС были прекращены после слияния с HP.
Ядро Linux и многие дистрибутивы GNU/Linux работают на Itanium. Например, Debian, Red Hat Enterprise Linux, SUSE Linux Enterprise Server и версии от SGI предлагаемые с её серверами Altix. В январе 2002 года было создано сообщество Gelato.org для поддержки и продвижения Linux на Itanium. Intel и другие члены сообщества Itanium Solutions Alliance работают над оптимизацией компиляторов для приложений под Linux.
FreeBSD работает на Itanium начиная с версии 5.0.
Sun разрабатывала версию ОС Solaris для Itanium, но работа над ней была прекращена в 2000 году [10]. Тем не менее компания Transitive представила разработанный ею программный двоичный транслятор, который позволяет запускать приложения написанные под Solaris на Itanium серверах под управлением Linux, без каких-либо изменений исходного или объектного кода. При этом, как утверждает компания, производительность приложений написанных под Solaris на Itanium системах выше, чем на самых быстрых SPARC системах [11].
IBM и SCO работали над портированием AIX на Itanium в рамках проекта Монтерей, но он так никогда официально не был представлен. Тем не менее IBM портировала DB2 и многое другое ПО на Itanium для работы под управлением HP-UX, и судя по заявлениям HP работы по портирования продолжаются.

Сразу после выхода Itanium началось портирование некоторых приложений для работы с трёхмерной анимацией (таких как Maya), но выпуск 64-битных систем с набором инструкций x86 оказался более привлекательным для независимых разработчиков ПО благодаря обратной совместимости с уже существовавшими x86 версиями приложений и, вследствие этого, большинство начинаний по портированию на IA-64 были прекращены. Областью, в которой Itanium всё-таки доказал свою привлекательность, стали приложения для трёхмерного рендеринга. Одним из таких приложений является VG Studio Max от Volume Graphics.

Рыночные тенденции[править | править код]

Общая выручка от Itanium утроилась с 2003—2004, достигнув $1,4 млрд. в 2004 году и $2,4 млрд. в 2005. Участники Itanium Solution Aliance утверждают, что общие доходы от продаж систем на основе Itanium составляют приблизительно 58 % общих доходов от продаж Sun SPARC и приблизительно 33 % общего дохода от продаж IBM Power 2.[12]

Технические преимущества[править | править код]

Архитектура Intel Itanium

Itanium был специально разработан для предоставления очень высокого уровня параллельных вычислениях, для достижения высокой производительности без увеличения частот. Ключевые преимущества архитектуры Itanium:

Выполнение 6 инструкций за 1 цикл.
Увеличенные вычислительные ресурсы ядра: 256 регистров (128 целочисленных, 128 вещественных) и 64 предикатных регистра.
Большой кэш: 24 МБ у двухядерной версии (по 12 МБ на ядро) предоставляющий данные каждому ядру со скоростью до 48 ГБ/с.
Большое адресное пространство: 50-битная адресация физической памяти / 64-битная адресация виртуальной памяти.
Маленькое, энергоэффективное ядро: с тех пор как функции распараллеливания передали от Itanium к компилятору, в ядре уменьшили количество транзисторов.

Технические проблемы[править | править код]

Первая версия процессора под кодовым именем Merced (назван в честь города вблизи Сан-Хосе, США) поступила в продажу в июне 2001 года. Произведённый по 180 нм технологии с площадью кристалла в 25мм², напряжением на ядре 2 В и тепловыделением в 150 Вт, он работал на частотах 733 МГц и 800 МГц и частотой системной шины 266 МГц, кеш-памятью 3-го уровня размером в 2 МБ или в 4 МБ. Поддерживались SIMD (англ. Single Instruction Multiple Data) инструкции MMX и SSE. Расчитан на установку в Slot M и память SDRAM (PC 100). Стоили чипы от $1200 до более чем $4000.

В режиме IA-64, это был самый быстрый процессор для вычислений с плавающей запятой, имеющийся на рынке. В тоже время в целочисленных вычислениях он лишь немного превосходил процессоры равной частоты с системой команд x86. При выполнении же неоптимизированного под Itanium программного кода для x86, его производительность была в 8 раз меньше, чем у x86 процессоров на той же частоте. Программная эмуляция системы команд x86 работает быстрее, что демонстрирует Itanium 2, который показывает производительность неоптимизированного под Itanium программный кода, сравнимую с x86 процессорами на той же частоте.

Главным структурным недостатком первых версий Itanium были большие задержки (латентность) кеш-памяти 3-го уровня. Инженеры Intel вероятно надеялись, что большая пропускная способность шины нового процессора скомпенсирует этот недостаток, но задержки были настолько велики, что это действительно замедляло работу кеша вплоть до уровня когда он был немногим быстрее ОЗУ. Из-за относительно небольшого размера кеша 1-го и 2-го уровней (32 КБ и 96 КБ соответственно) это могло привести к повышенной нагрузке на системную шину.

Первоначально процессор планировали выпустить в 1998—1999 годах. Но продолжительные задержки проекта и усилившаяся конкуренция со стороны AMD на рынке x86 процессоров привели к тому, что Itanium устарел ещё до его поступления в продажу. Таким образом, Itanium был неконкурентноспособным уже после выпуска в 2001 году, хотя этого могло бы не случиться если бы он был выпущен двумя годами раньше, как и планировалось.

Итаник (Itanic)[править | править код]

Итаник (англ. Itanic) — насмешливое прозвище, введенное публикацией в The Register. Оно напоминает Титаник, название известного океанского лайнера, который затонул в 1912 году. Архитектура IA-64 считается многими своеобразной белой вороной, которая стоила Intel и HP многих миллиардов долларов [13] и не смогла достичь ожидаемых продаж в изначально запланированное время.

Конкуренция[править | править код]

Itanium конкурирует на рынке серверов начального уровня с системами на основе AMD64 и EM64T, а на рынке высокопроизводительных серверов с процессорами архитектуры POWER от IBM и SPARC от Sun. Некоторые распространители IA-64, например Dell и IBM, прекратили или сильно сократили поддержку архитектуры. Dell выбрал AMD64-совместимые процессоры, а IBM продолжает разрабатывать сервера на базе архитектуры POWER, в частности на процессорах Cell.

Суперкомпьютеры[править | править код]

Самой производительной вычислительной системой на основе процессоров Intel Itanium являлся NOW-кластер Titan от IBM, располагавшийся в Национальном центре высокопроизводительных приложений, в США. Суперкомпьютер содержал 320 процессоров Intel Itanium (800 МГц) и, обладая максимальной производительностью R_max = 677,9 Gigaflops, находился в списке 500 самых производительных компьютеров с ноября 2001 года по июнь 2003-го. [14]

Литература[править | править код]

1. Таненбаум Э. Архитектура компьютера. — Москва: Питер, 2003. — С. 698. — ISBN 5-318-00298-6

2. Intel Itanium Processor Hardware Developer’s Manual

3. Intel Itanium Architecture Software Developer’s Manual

4. Walter A. Triebel. Itanium Architecture for Software Developers. — Intel Press, July 2000. — 308 pages. — ISBN 097284640

5. James Evans, Gregory Trimper. Itanium Architecture for Programmers: Understanding 64-Bit Processors and EPIC Principles. — Prentice Hall PTR, 2003. — 544 p. — ISBN 0131013726

6. Jim Carlson, Jerry Huck. Itanium Rising: Breaking Through Moore’s Second Law of Computing Power. — Prentice Hall PTR, 2002. — 304 р. — ISBN 0-13-046415-5