Itanium

Itanium (вимовляється: Ітаніум) — серверний процесор з архітектурою IA-64, розроблений спільно компаніями Intel і Hewlett-Packard. Вперше був представлений 29 травня 2001 року. Виробництво оригінального Itanium припинене в липні 2002 року одночасно з виходом Itanium 2.

Історія

Процесор Intel Itanium

HP і Intel почали співпрацю в області мікропроцесорів в 1989 році. HP був потрібний процесор наступного покоління для заміни вдалих серій робочих станцій і серверів, побудованих на базі процесорів з архітектурою PA-RISC і компанія хотіла скористатися досягненнями і досвідом Intel в розробці і виробництві мікрочіпів.

Новий процесор мав використовувати набір інструкцій з явним паралелізмом (EPIC), в якому компілятор повинен вибудовувати інструкції для паралельного виконання. Були додані можливості для сумісності з застосунками, розробленими як для Intel x86, так і для PA-RISC. Очікувалося, що процесор, що розробляється, домінуватиме на ринку серверів, робочих станцій і можливо навіть настільних ПК, витіснивши архітектуру x86. Передбачалося, що конкуренти Intel, в першу чергу AMD, не зможуть повторити нову архітектуру.

Перше покоління процесорів, що мало кодове ім'я Merced, було випущене в 2001 році. Ринкова доля Merced виявилася менш успішною, чим передбачалася. Основними причинами цьому були проблеми з продуктивністю і мала кількість оптимізованого програмного забезпечення. Не зважаючи на це, що процесор міг виконувати інструкції x86, продуктивність такого рішення була значно нижча порівняно з x86-системами від Intel і AMD. Додатковим важливим чинником став колапс ринку доткомов і відповідне йому падіння продажів серверів.

Надалі Intel і HP продовжили розробку архітектури, результатом чого стала поява в 2003 році мікропроцесорів другого покоління Madison і в 2006 значно допрацьованого двохядерного McKinley. Починаючи з McKinley процесори Itanium стали показувати конкурентноздатну продуктивність і тепловиділення. З проникненням на ринок поступово покращувалась підтримка архітектури і ПЗ для неї, що відбилося в значному зростанні продажів починаючи з 2004—2005 років.

Перший двохядерний Itanium (кодове ім'я Montecito) був випущений фірмою Intel в липні 2006 року. Intel і її партнери обіцяють збільшення продуктивності процесора в 2 рази, в той же час зниження енергоспоживання приблизне на 20 % в порівнянні з одноядерним попередником. Судячи по перших опублікованих тестах продуктивності схоже, що в основному ці заяви підтверджуються. Офіційний план випуску процесорів Intel включає двохядерні процесори наступного покоління, проведені по 65-нм технологічному процесу (Montecito проведений за 90-нм технологією) і два майбутніх чотириядерних процесора. Варто відмітити, що один або більш з цих процесорів будуть проведені з використанням 45-нм технологічного процесу.

Апаратна підтримка

Архитектуру Itanium підтримує велику кількість виробників серверів, включаючи Bull, Fujitsu, Fujitsu Siemens Computers, Hitachi, HP, NEC, SGI і Unisys. Ці виробники приєдналися до Intel і безлічі розробників ПЗ для створення Itanium Solutions Alliance, з метою просування архітектури і прискорення темпів портування ПЗ. Проте, провідні виробники серверів, окрім HP, мало або зовсім не зацікавлені в Itanium. IBM і Dell, які якийсь час продавали системи на основі Itanium, більше цим не займаються, а Sun ніколи не продавала системи на основі Itanium, оскільки сконцентрована на платформах SPARC і AMD64. Fujitsu Siemens Computers пропонує тільки одну лінійку 16/32-процесорних серверів PRIMEQUEST на базі Itanium/Itanium 2.

Продавці Itanium в цей час зосереджені на вдосконаленні багатопроцесорних серверів для роботи з даними, що часто змінюються, в критично важливих комерційних і технічних застосуваннях. Системи на основі Itanium часто просуваються як відкрита, стандартна для промисловості альтернатива RISC і мейнфрейм системам, вироблюваним IBM і Sun, хоча процесор Itanium розроблений, проведений і продається виключно Intel. Зараз системи на основі Itanium представлені починаючи від 2-х процесорних серверів і blade-серверів до 512-ти процесорних з 128 Тб загальної пам'яті, що розділяється.

Компанія Platform Solutions пропонує системи на основі Itanium сумісні з операційною системою IBM z/OS (а також з Linux і Windows). Таким чином, це перше за багато років не проведене IBM апаратне забезпечення з'явилося на ринку мейнфреймів. Компанія заявляє, що з новим двоядерним Itanium їхні системи можуть досягти продуктивності такої, що задовольняє вимогам z/OS більш ніж на 90 %.

Програмна підтримка

Зараз Itanium підтримується 10 операційними системами, включаючи Windows і різні дистрибутиви Linux і UNIX, під якими більше 8000 застосувань написано під Itanium і доступні для роботи (за станом на червень 2006). Intel стверджує, що протягом 12 місяців доступна кількість ПЗ зросла в 2 рази. Підтримка архітектури помітно покращала в порівнянні з попередніми роками, коли брак ПЗ була серйозним недоліком архітектури.

Intel пропонує безплатний набір бібліотек для програмування під Itanium.

Компанією HP розроблений власний програмний симулятор роботи процесорів архітектури IA-64 під назвою Ski.

• Microsoft портувала Windows XP, Windows 2000 і Windows Server 2003 на Itanium. Серверні застосування від Microsoft включають SQL Server, Operations Manager, CRM Server, IIS, Visual Studio, і .NET Framework. Останніми роками було ухвалено рішення не включати підтримку Itanium в клієнтське ПЗ або клієнтські ОС (наприклад Windows XP), через те, що ринок дуже малий для відшкодування витрат на портування і підтримку. Microsoft оголосила про підтримку Itanium в ОС Windows Longhorn Server (Windows Vista). Він планується як процесор для таких застосувань як сервера баз даних, operations management і CRM.
• ОС HP-UX, комерційний UNIX від HP, працює на Itanium з моменту появи процесора в 2001 році. *Підтримка OpenVMS додана в 2003 році.
• ОС NonStop від HP також працює на Itanium.
• Compaq портвала Tru64 UNIX на Itanium, але роботи над цією ОС були припинені після злиття з HP.
• Ядро Linux і багато дистрибутивів GNU/Linux працюють на Itanium. Наприклад, Debian, Red Hat Enterprise Linux, SUSE Linux Enterprise Server і версії від SGI пропоновані з її серверами Altix. У січні 2002 року було створено співтовариство Gelato.org для підтримки і просування Linux на Itanium. Intel і інші члени співтовариства Itanium Solutions Alliance працюють над оптимізацією компіляторів для застосунків під Linux.
• FreeBSD працює на Itanium починаючи з версії 5.0.
• Sun розробляла версію ОС Solaris для Itanium, але робота над нею була припинена в 2000 році. Проте компанія Transitive представила розроблений нею програмний бінарний транслятор, який дозволяє запускати застосування, написані під Solaris на Itanium серверах під управлінням Linux, без жодних змін початкового або об'єктного коду. При цьому, як затверджує компанія, продуктивність програмного забепечення, написаного під Solaris на Itanium системах вище, ніж на найшвидших системах SPARC.
• IBM і SCO працювали над портуванням AIX на Itanium в рамках проекту Монтерей, але він так ніколи офіційно не був представлений. Проте IBM портувала DB2 і багато іншого ПЗ на Itanium для роботи під управлінням HP-UX, і судячи по заявах HP роботи по портуванню продовжуються.

Відразу після виходу Itanium почалося портування деяких застосувань для роботи з тривимірною анімацією (таких як Maya), але випуск 64-бітових систем з набором інструкцій x86 виявився привабливішим для незалежних розробників ПЗ, завдяки зворотній сумісності з вже існуючими x86 версіями ПЗ і, внаслідок цього, більшість починань з портування на IA-64 були припинені. Областю, в якій Itanium все-таки довів свою привабливість, стало ПЗ для тривимірного рендерінга. Одним з таких застосувань є VG Studio Max від Volume Graphics.

Ринкові тенденції

Загальна виручка від Itanium потроїлася з 2003—2004, досягнувши $1,4 млрд. в 2004 році і $2,4 млрд. в 2005. Учасники Itanium Solution Aliance стверджують, що загальні доходи від продажів систем на основі Itanium складають приблизно 58 % загальних доходів від продажів Sun SPARC і приблизно 33 % загального доходу від продажів IBM Power 2.

Технічні переваги

Архітектура Intel Itanium

Itanium був спеціально розроблений для високої ефективності паралельних обчислень, для досягнення високої продуктивності без збільшення частот. Ключові переваги архітектури Itanium:

• Виконання 6 інструкцій за 1 цикл.
• Збільшені обчислювальні ресурси ядра: 256 регістрів (128 цілочисельних, 128 плаваючої арифметики) і 64 предикативні регістри.
• Великий кеш: 24 МБ у двоядерної версії (по 12 МБ на ядро), що надає дані кожному ядру з швидкістю до 48 ГБ/с.
• Великий адресний простір: 50-бітова адресація фізичної пам'яті / 64-бітова адресація віртуальної пам'яті.
• Маленьке, енергоефективне ядро: оскільки функції розпаралелювання передали від Itanium до компілятора, в ядрі зменшили кількість транзисторів.

Технічні проблеми

Перша версія процесора під кодовим ім'ям Merced (названий на честь міста поблизу Сан-Хосе, США) поступила в продаж в червні 2001 року. Проведений по 180 нм технології з площею кристала в 25мм², напругою на ядрі 2 В і тепловиділенням в 150 Вт, він працював на частотах 733 Мгц і 800 Мгц і частотою системної шини 266 Мгц, кеш-пам'яттю 3-го рівня розміром в 2 МБ або в 4 МБ. Підтримувалися SIMD (англ. Single Instruction Multiple Data) інструкції MMX і SSE. Розрахований на установку в Slot M і пам'яті SDRAM (РС 100). Коштували чіпи від $1200 до більш ніж $4000.

У режимі IA-64, це був найшвидший процесор для обчислень з плаваючою комою, що є на ринку. У той же час в цілочисельних обчисленнях він лише трохи перевершував процесори рівної частоти з системою команд x86. При виконанні ж неоптимізованого під Itanium програмного коду для x86, його продуктивність була в 8 разів менше, ніж у x86 процесорів на тій же частоті. Програмна емуляція системи команд x86 працює швидше, що демонструє Itanium 2, який показує продуктивність неоптимізованого під Itanium програмний коду, порівнянну з x86 процесорами на тій же частоті.

Головним структурним недоліком перших версій Itanium були великі затримки (латентність) кеш-пам'яті 3-го рівня. Інженери Intel ймовірно сподівалися, що велика пропускна спроможність шини нового процесора компенсуватиме цей недолік, але затримки були настільки великі, що це дійсно уповільнювало роботу кеша аж до рівня, коли він був небагато чим швидше за ОЗУ. Через відносно невеликой розмір кеша 1-го і 2-го рівнів (32 КБ і 96 КБ відповідно) це могло привести до підвищеного навантаження на системну шину.

Спочатку процесор планували випустити в 1998—1999 роках. Але тривалі затримки проекту і конкуренція, що посилилася, з боку AMD на ринку x86 процесорів привели до того, що Itanium застарів ще до його надходження в продаж. Таким чином, Itanium був неконкурентноспособним вже після випуску в 2001 році, хоча цього могло б не трапитися якби він був випущений двома роками раніше, як і планувалося.

Ітаник (Itanic)

Ітаник (англ. Itanic) — глузливе прізвисько, введене публікацією в The Register. Воно нагадує Титанік, назву відомого океанського лайнера, який затонув в 1912 році. Архітектура IA-64 вважається багатьма своєрідною білою вороною, яка коштувала Intel і HP багато мільярдів доларів і не змогла досягти очікуваних продажів в запланований час.

Конкуренція

Itanium конкурує на ринку серверів початкового рівня з системами на основі AMD64 і EM64T, а на ринку високопродуктивних серверів з процесорами архітектури POWER від IBM і SPARC від Sun. Деякі розповсюджувачі IA-64, наприклад Dell і IBM, припинили або сильно скоротили підтримку архітектури. Dell вибрав AMD64-сумісні процесори, а IBM продовжує розробляти сервери на базі архітектури POWER, зокрема на процесорах Cell.

Суперкомп'ютери

Найпродуктивнішою обчислювальною системою на основі процесорів Intel Itanium був NOW-кластер Titan від IBM, що розташовувався в Національному центрі високопродуктивних застосувань, в США. Суперкомп'ютер містив 320 процесорів Intel Itanium (800 Мгц) і, володіючи максимальною продуктивністю Rmax = 677,9 Gigaflops, знаходився в списку 500 найпродуктивніших комп'ютерів з листопада 2001 року по червень 2003-го.

Література

1. Таненбаум Э. Архитектура компьютера. — Москва: Питер, 2004. — 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 0-13-101372-6
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