Архитектура вычислительной системы SPARC S7

Дисциплина

Вычислительные системы

 

Реферат на тему:

«Процессорная архитектура Oracle Netra SPARC S7-2 Server»

Выполнил:

Студент группы М16-581

Бреусов С. В.

Преподаватель:

Чепин Е. В.

 

Москва, 2016

Оглавление

 

Структурная нотация Oracle Netra SPARC S7-2. 3

Архитектура вычислительной системы SPARC S7. 4

Расчет пиковой производительности ВС.. 12

Список литературы.. 15

 

 

Структурная нотация Oracle Netra SPARC S7-2

Server(Oracle Netra SPARC S7-2) = <Coherence Links> [ 2{ P(SPARC S7) ↔ 2M(MCU DDR4), {IO1(SAS), 4IO2(NVM), IO3(Ethernet 10GBASE-T)} } ]
• IO - интерфейсы ввода/вывода
• P - процессор
• M - память

 

P _RISC (SPARC S7) = I_p[{F₆₄ – 32Rg1(IRF)_64, B₆₄ - 64Rg2(FPRF)₆₄ } - Csh] - 2M(MCU);

Csh = {Csh1{Cshi_8x16kb, Cshd_8x16kb}, Csh2{Cshi_2x256kb, Cshd_4x256kb}, Csh3_16mb};

• B - целочисленное устройство вычисления
• F - устройство вычисления с плавающей запятой
• Cshi - кэш инструкций
• Cshd - кэш данных
• Rg– регистры
• IRF (Integer Register File) - целочисленный регистровый файл;
• FPRF (Floating-Point Register File) - регистровый файл с плавающей точкой.

 

 

Архитектура вычислительной системы SPARC S7

История у архитектуры SPARC долгая и славная. Начало она берёт в 1987 году, но более всего эти процессоры прославились, пожалуй, в недорогих рабочих станциях компании Sun Microsystems, впоследствии приобретённой корпорацией Oracle. Архитектура не умерла, и Oracle продолжила разрабатывать и выпускать новые высокопроизводительные процессоры на её основе. В этом году был выпущен более дешёвый вариант 32-ядерного процессора SPARC M7 — SPARC S7.

Рисунок 1 – Вид процессора SPARC S7.

Этот чип также, в первую очередь, нацелен на применение в серверных системах, работающих с базами данных — разумеется, в первую очередь, с программным обеспечением самой Oracle. Производительность на ядро у S7 в сравнении с M7 выросла на 11 %, но сам процессор стал в максимальной конфигурации восьмиядерным с 16 Мбайт кеша L3. Возросла и тактовая частота, теперь она достигает 4,27 ГГц. Для сравнения, старший восьмиядерный Intel Xeon E5-2689A v4 имеет частоту лишь 3,4 ГГц, притом, что SPARC S7 производится с использованием более грубого 20-нм техпроцесса с 13 слоями металлизации. Чип поддерживает SMT: каждое ядро S7 способно выполнять до 8 виртуальных потоков, до 64 потоков суммарно на процессор. Основная операционная система для этих процессоров, Solaris OS, имеет соответствующие оптимизации для эффективного использования столь развитой многопоточности.

Рисунок 2 - Структурная схема SPARC S7

У S7 развитая система кешей: каждое ядро имеет по 16 Кбайт кеша L1 данных и инструкций, но что интереснее, подобное разделение имеет и кеш L2: каждые четыре ядра делят по 256 Кбайт кеша инструкций, а каждые два — такой же объём кеша данных. Как уже было сказано, кеш L3 общий, его объём составляет 16 Мбайт. Подсистема доступа к памяти представлена двумя двухканальными контроллерами DDR4, совокупная пропускная способность всей подсистемы может достигать 48 Гбайт/с (6 Гбайт/с на ядро) уже при частоте модулей памяти 1500 МГц, на практике же используются ещё более быстрые модули DDR4-2400, так что в реальных условиях производительность подсистемы памяти у S7 выше. Имеется также встроенный контроллер PCI Express 3.0, он обеспечивает 16 линий этого интерфейса.

Рисунок 3 - Криптографический ускоритель SPARC S7

Любопытной особенностью SPARC S7 является наличие криптографического сопроцессора, причем, он в процессоре не один, а по одному на каждое ядро, то есть, всего 8. Он поддерживает алгоритмы AES/Camellia/CRC32s/DES/MD5/RSA/SHA (всего 15 стандартов) на аппаратном уровне. Для ускорения работы с базами данных в составе процессора есть и другой ускоритель, так называемый «ускоритель аналитических данных» (Data Analytics Accelerator, DAX). Он работает в рамках технологии Software in Silicon, когда критическое приложение, например, база данных, полностью располагается в оперативной памяти. Для обеспечения безопасности и исключения атак типа Heartbleed и других, процессоры M7 и S7 поддерживают полностью аппаратную проверку доступа к памяти, где могут располагаться критические данные. Поддерживаются прямые запросы в память, где расположена БД, а также аппаратная декомпрессия данных на лету, что позволяет экономить оперативную память в рамках парадигмы Software in Silicon.

Рисунок 4 - Блок Data Analytics Accelerator (DAX)

Все эти хитрости позволяют восьмиядерному SPARC S7 выглядеть весьма выгодно на фоне своих прямых конкурентов из лагеря x86. Разумеется, не во всех задачах новый процессор Oracle является лидером, но в тесте на производительность при работе с базами данных компания выбрала смешанный сценарий нагрузки, включающий в себя как обработку транзакций, так и аналитические операции, он показал себя великолепно. Сервер Oracle S7-2, оснащённый двумя восьмиядерными процессорами SPARC S7, не просто не проиграл системе HP ProLiant DL360 G9 (два процессора Xeon E5-2699 v4, 44 ядра/88 тредов, 2,2 ГГц), но и наголову разгромил её, показав 1,6-кратное превосходство и обработав 173 493 транзакции в минуту на ядро. У системы на базе x86 этот показатель составил всего 110 342 транзакции на ядро.

Рисунок 5 - Аппаратные механизмы безопасности доступа к памяти

В другой важной для Oracle сфере, сфере Java-приложений, S7 также чувствует себя отлично: S7-2 опережает HP ProLiant DL360 G9 в 1,7 раза. По подсчётам компании, для обеспечения производительности 2,8 миллиона Java Ops в секунду требуется 28 серверов класса S7-2 (448 ядер, 8 Гбайт на ядро) общей стоимостью 614 тысяч долларов США, в то время, как на базе Intel Xeon такой уровень производительности потребует 32 сервера, подобных вышеописанному HP (32 сервера, 768 ядер, 8 Гбайт на ядро) и совокупная стоимость такой стойки заметно превысит миллион долларов США. Именно поэтому уникальные архитектуры, подобные SPARC, не собираются исчезать с рынка — в своих нишах они обеспечивают непревзойдённую эффективность. Системы на базе x86 универсальны, но в таких случаях они зачастую оказываются заметно менее выгодными.

На сегодня системы S7 обеспечивают самые высокие в отрасли показатели эффективности в пересчете на одно вычислительное ядро и позволяют организациям выполнять приложения любого масштаба на платформе SPARC по ценам недорогих серверов массового использования.
Все используемые в организации приложения будут работать на новых корпоративных облачных сервисах и решениях SPARC без каких-либо изменений при значительном повышении безопасности, эффективности и простоты. Ключевые характеристики новой платформы SPARC следующие.
Безопасность. Новые серверы семейства S7 обеспечивают безопасность и соответствие регулятивному законодательству благодаря функциям Silicon Secured Memory, которые предназначены для защиты от вредоносных вторжений и ошибок программирования. Аппаратное ускорение алгоритмов шифрования и хэш-функций позволяет реализовать полностью защищенную облачную среду при снижении производительности менее чем на 2%.
Кроме того, дополнительный уровень безопасности обеспечивается благодаря контролируемой загрузке, неизменяемому контенту, предотвращающему неавторизованные модификации, принудительному обновлению средств безопасности, а также надежной цепочке поставщиков аппаратного и программного обеспечения, в которой нет посредников.
Эффективность. Новые серверы сокращают задержки и затраты. Интегрированные ускорители Data Analytics Accelerator обеспечивают 10-кратное повышение производительности при выполнении аналитических запросов в корпоративных и облачных приложениях и решениях по обработке больших данных.

По сравнению с серверами x86 (в пересчете на ядро), полностью интегрированные серверы S7-2 и S7-2L работают до 100% эффективнее. Они обеспечивают повышение производительности в 1,7 раза для Java-приложений и в 1,6 раза для OLTP-приложений баз данных, а также в 2-3 раза большую пропускную способность для высоконагруженных аналитических запросов и облачных приложений.

Упрощение. Оптимизированный программно-аппаратный комплекс Oracle MiniCluster S7-2 поднимает интеграцию на уровень выше сервера. Это существенно упрощает четыре самых сложных аспекта корпоративных вычислений − безопасность и соответствие нормам, высокую доступность, обновление и администрирование, настройку производительности. Комплекс позволяет организациям следующее.

— обеспечить защиту систем по умолчанию, исключая потребности в специалистах по корпоративной безопасности;

— автоматизировать мониторинг соответствия нормам и аудит, чтобы постоянно поддерживать безопасное состояние системы;

— поддерживать бесперебойную работу сервисов, используя средства обеспечения высокой доступности, встроенные в аппаратное и программное обеспечение;
— поддерживать актуальное состояние системы, включая обновления ПО системы безопасности, − благодаря простому развертыванию пакетов обновлений для всего стека решения;

— повысить производительность работы баз данных и приложений благодаря автоматической настройке производительности.

Благодаря технологии Software in Silicon, новые облачные сервисы и системы на базе процессора SPARC S7 обеспечивают экономичность уровня массовых серверов x86 и значительные функциональные возможности корпоративного класса в области обеспечения безопасности и выполнения аналитических задач.
Эти продукты созданы для легкой интеграции с существующей инфраструктурой и включают полностью интегрированные средства виртуализации и управления для облачных сред.

Новый сервис Oracle SPARC Cloud, который теперь входит в семейство SPARC, − это выделенный вычислительный сервис, предоставляющий организациям простую, защищенную и эффективную вычислительную платформу в облаке.

Этот продукт расширяет полный комплекс облачных сервисов, предоставляемых Oracle, чтобы организации могли быстро создавать и развертывать функционально насыщенные приложения, − или расширять приложения Oracle Cloud Applications, − на облачной платформе корпоративного класса.

Таким образом, Oracle теперь предлагает широкий выбор кластерных конфигураций – от старшей модели (Oracle SuperCluster) до систем среднего класса.

Таблица 1 – Спецификация архитектуры ВС SPARC S7-2 SERVER

Processor	- Eight-core, 4.27 GHz SPARC S7 processor - Up to 64 threads per processor (up to eight threads per core) - Four instances of Data Analytics Accelerator, a feature of SPARC M7. per processor, each supporting four concurrent in-memory query operations with decompression - Eight on-chip encryption instruction accelerators with direct non-privileged support for 15 industry-standard cryptographic algorithms: AES, Camellia, CRC32c, DES, 3DES, DH, DSA, ECC, MD5, RSA, SHA-1, SHA-224, SHA-256, SHA-384, SHA-512 (one per core) - Eight floating-point units per processor (one per core) - One random number generator (one per processor)
Cache per processor	- Level 1: 16 KB instruction and 16 KB data per core - Level 2: 256 KB L2 I$ per four cores, 256 KB L2 D$ per core pair - Level 3: 16 MB L3$ on the chip
System architecture	- Oracle’s SPARC V9 architecture, ECC protected
Processors	- Configured with one or two SPARC S7 processors, not expandable
Memory capacity	- Eight dual inline memory module (DIMM) slots per processor supporting half and fully populated memory configurations using 16, 32 and 64GB DDR4 DIMMs - 1,024 GB maximum memory configuration with 64 GB DIMMs and two processors
Interfaces	- Network: four 10GBase-T ports (100 Mb/sec,10Gb/sec, 1Gb/sec, full duplex only, auto-negotiating - Expansion bus: six low-profile PCIe 3.0 x8 slots - Ports: two front USB 2.0 ports and one rear USB 3.0 port - Management ports: one RJ45 serial port, one 1000Base-T (10 Gb/sec, 100 Mb/sec, 1 Gb/sec) network port
Internal storage	- Controllers: one 12 Gb/sec SAS-3 controller - Eight 2.5-inch SAS-3 drives; four drive bays support NVMe - Choice of three 2.5-inch drives: - 600 GB or 1,200 GB SAS-3 hard disk drives - 400 GB SAS-3 solid-state drives - 3.2 TB NVMe solid-state drive
External storage	Oracle offers a complete line of best-in-class, innovative storage, hardware, and software solutions, along with renowned