Перейдем к нынешнему королю (без преувеличений) RISC-процессоров, IBM Power4. Это настоящий монстр! Впрочем, судите сами (см. врезку).

Здесь сравнение становится уже поинтереснее -- и, в общем-то, не в пользу AMD. При очень близкой частоте производительность Power4 для Opteron недосягаема. Надо признать, что стоимость этого решения от IBM такова, что все преимущество в быстродействии как-то меркнет и исчезает. Отдадим должное инженерам AMD -- они сумели создать достаточно производительный кристалл относительно небольшого размера, 193 мм2. Хотя, повторим, чудес не бывает -- и современный кристалл уровня hi-end напоминает Opteron'у, "кто есть кто" на Олимпе. Причем делает это с легкостью и с большим отрывом. Интересно, что уровень параллелизма в каждом ядре Power4 заметно выше, чем у Opteron. А вот объем кэша поменьше -- впрочем, это легко компенсируется весьма "продвинутой" и многоуровневой подсистемой кэша у Power4. Но, безусловно, впечатляет его латентность -- один такт! Это в то время, когда у Opteron, работающего в том же диапазоне частот и с похожим объемом кэша, она составляет три такта! А у Pentium 4/Xeon его L1-кэш данных объемом 8 KB тем не менее имеет два такта задержки (напоминаем, что в общем случае латентность кэша пропорциональна его объему). Воистину, инженерами IBM можно восхищаться! Впрочем, не преминем подбавить немного дегтя. 17 стадий конвейера -- достаточно грустно, и с этой точки зрения архитектура Opteron, имеющая 12 стадий, неожиданно легко догоняет Power4 по частоте. Также Power4 и Opteron роднит наличие предварительного декодирования команд -- и в том, и в другом случае "внутренний" набор команд не совпадает с внешним. Но если для х86 это уже давно не новость (со времен К5 и Р6), то для RISC встречается нечасто. Но поразило нас другое! Взгляните на рисунок восьмичипового Power4. Ничего не напоминает? Ведь очень похоже на архитектуру многопроцессорных систем на Opteron, которая неоднократно освещалась в презентациях AMD. Теперь понятна та уверенность, которую демонстрировали сотрудники AMD, говоря о том, что многопроцессорные системы на Opteron -- это будет хорошо. Что ж, практика покажет, но пока ожидания у нас вполне радужные.

Ну и "на сладкое" посмотрим на представителя так называемой post-RISC-архитектуры -- конечно же, речь о давно ожидаемом многими сравнении с Itanium 2.

Как видно, напрямую сопоставлять спецификации этой парочки уже затруднительно -- слишком уж необычна сама концепция Itanium 2. Впрочем, кое-что все же заметим. Прежде всего, интересной особенностью Itanium 2 выглядит способность в случае ветвления выполнять предварительные вычисления обеих ветвей. Напомним, что в Ultra SPARC мы также видели нечто подобное -- сохранение альтернативной ветви. Но Itanium 2 в этом плане пошел дальше и производит уже вычисление обеих ветвей -- какая-нибудь непременно да и "окажется правдой". Кстати, по непроверенным слухам, в следующем процессоре AMD, К9, будет сходная технология.

Но, без сомнения, главным отличием Itanium 2 от всех остальных, что уже неоднократно обсуждалось в литературе, является вынос логики за пределы процессора. Фактически планирование загрузки исполнительных модулей, которую в других процессорах приходится решать достаточно сложной логике, в IA64 вынесена "за скобки" -- ею занимается компилятор. Это позволяет более эффективно использовать транзисторы -- вместо логики их можно тратить на функциональные устройства и кэш. Что ж, идея интересная. С этой точки зрения Opteron -- представитель более традиционного направления в технологии производства процессоров. Оставляя за кадром сравнение двух подходов, отметим, что по количеству "мускулов" Itanium 2, в общем-то, превосходит Opteron. Но заметно проигрывает в другом -- в своей бинарной несовместимости с предыдущей платформой IA32. Впрочем, поживем -- увидим, станет ли Opteron соперником этого процессора. Хотя отметим, что сама AMD тщательно дистанцируется от прямых сравнений Itanium 2 и Opteron.

Что ж, на уровне "битвы спецификаций" Opteron выглядит вполне достойно. На вопрос же, как эти спецификации реализованы на практике, ответит тестирование. Но уже (по результатам низкоуровневых тестов) видно, что по сравнению с К7 заметно улучшен декодер команд. Если раньше (на К7) он частенько мог терять в производительности из-за неоптимального "порядка следования" команд, то теперь х86-команды длиной до 5 байт включительно декодируются в темпе 3 mOP за такт практически вне зависимости от их порядка в программе (у К7 в "неудачных" случаях темп падал до 1 mOP за такт). Заметны и другие усовершенствования. Например, для многих будет весьма утешительно узнать, что отныне Opteron прикрыт металлической крышечкой, и можно не бояться сколов и перегрева. В процессор встроен механизм Throttle Control, останавливающий блоки при перегреве до того момента, когда температура придет в норму. То есть убраны те недостатки К7, которые были наиболее значительными в глазах многих покупателей, заставляя настороженно относиться к возможности применения чипов от AMD в серверных решениях. Хотя такое отношение к мнению покупателей можно только приветствовать.

Рассмотрим некоторые ключевые моменты, отраженные на схеме. Очевидным отличием от привычного нам х86 является очень большой регистровый файл -- по 64 (!) целочисленных и floating point регистра. Естественно, для эффективного использования этого "богатства" необходима (и имеется) развитая технология переименования регистров. Впечатляет и реализация внеочередного исполнения -- переупорядочивание возможно в пределах очереди из 16 команд. Таблица предсказания ветвлений рассчитана на 2048 значений и обеспечивает точность предсказаний (оценочно) на уровне 97--98%. В сочетании с неблокирующейся архитектурой кэшей и коммутатора эти особенности позволяют процессорам MIPS добиваться очень высокой эффективности работы -- до 4 результатов за такт, среднее же значение этой величины редко опускается ниже 1,4. Следует отметить также очень малую по современным меркам глубину конвейера процессора MIPS R12000 -- всего шесть стадий. Естественно, это означает малые потери при промахах предсказания ветвления и повышает эффективность работы процессора.

Обратите внимание на очень большую "насыщенность" каждого этапа исполнения. К сожалению, это, на наш взгляд, оказалось палкой о двух концах и не позволило процессорам SGI угнаться за взлетевшими, как ракета, частотами х86-процессоров, конвейер которых непрерывно удлинялся, а схемы каждого этапа становились все проще и легче "разгонялись". Частота процессоров MIPS R12000 застряла на уровне 400 MHz, что было хорошо пять лет назад, но сейчас просто несерьезно.

Традиционным для "тяжелых" процессоров начала--середины девяностых годов следует признать и многомегабайтовый внешний кэш. В процессорах SGI его размер теоретически может составлять до 16 MB, однако на практике производитель компьютеров обычно ограничивался 2--4 MB на процессор. Внешняя шина тоже не представляет собой ничего выдающегося -- всего 64 разряда данных и частота 100 MHz. Несмотря на высокую эффективность и раздельные каналы для данных и управления, сегодня этого очевидно мало, хотя и было неплохо на момент появления процессора.

Однако R12000 сейчас нельзя назвать "топовым" MIPS от SGI. В результате его редизайна и изменения проектных норм несколько лет назад появился процессор SGI MIPS R14000(А) с частотой 500 и 600 (вариант А) MHz. R14000, как и его предки, поддерживает набор инструкций MIPS-IV и имеет традиционную для процессоров SGI архитектуру. Отличия сводятся (помимо частоты), в основном, к ускорению работы кэша второго уровня. Шина, связывающая L2-кэш с процессором, имеет ширину в 128 разрядов и эффективную частоту передачи данных 500 или 600 MHz (используется технология DDR, т. е. опорная частота равна половине частоты процессора, а частота следования данных -- равна этой частоте). Таким образом, пропускная способность кэша второго уровня составляет 8--9,6 GBps, что, разумеется, немало... но опять-таки -- уже не на сегодняшний день. А нынешним флагманом процессоров SGI стал 700 MHz MIPS R16000. Главным его отличием от MIPS R14000 является удвоенная частота внешней шины -- 200 MHz, что в сочетании с приростом частоты на 17% позволило поднять его производительность примерно на 30--40% относительно MIPS R14000.

В целом, необходимо отметить, что, несмотря на относительную медлительность процессоров, системы SGI имеют неплохие показатели производительности на некоторых задачах. Так, традиционно сильной их стороной являются системы цифровой обработки звука и изображения -- от персональных рабочих мест до видеосерверов на тысячи и тысячи потоков. По отзывам профессионалов, старенькая SGI Indigo2 с двумя откровенно слабенькими процессорами SGI MIPS R5000 и 128 MB памяти до сих пор при монтаже видео не сильно уступает "навороченным" персоналкам последних моделей. Традиционно хороши и видеоадаптеры, которыми SGI комплектует свои системы. Например, по точности отображения цвета (12 бит на канал) они до недавнего времени не имели себе равных (да и сейчас подавляющее большинство разработчиков видеочипов ограничиваются 8 битами на канал).

Некоторый интерес представляет применение серверов SGI Origin как вычислительных машин для сильносвязанных задач. Благодаря использованию фирменной технологии коммуникаций NUMA-flex эти машины демонстрируют очень хорошую масштабируемость, намного превосходящую таковую для традиционных кластеров. И хотя "чистые" SMP-решения и многоуровневые коммутируемые системы, подобные серверам Sun, позволяют достичь подобного и даже лучшего результата -- они все же не способны создавать эффективные на сильносвязанных задачах системы размером в 1024 процессора (заметим, управляемые одной копией ОС). Размер, как говорится, тоже имеет значение.

Надо сказать, что SGI MIPS применяются и в мэйнфреймах Siemens. Ничего выдающегося с вычислительной точки зрения эти машины не представляют, несут от одного до 32 процессоров в довольно простой архитектурно системе, но имеют очень высокие показатели по производительности ввода/вывода, надежности работы, эффективности использования ресурсов, а главное -- они бинарно совместимы со старыми мэйнфреймами Siemens! Защита инвестиций пользователей -- дело святое!