Jeden plus jeden to więcej niż dwa

Piątek, 21 lipca 2006 | Technika

Technologia polegająca na wykorzystaniu w procesorze dwóch rdzeni (Dual Core), która opracowana została przez firmę Intel z przeznaczeniem do zastosowania w systemach zintegrowanych, może zgodnie z przewidywaniami odnieść duży sukces, analogiczny do tego, jaki po wprowadzeniu dwa lata temu na rynek odniosły procesory Pentium M. Technologia przetwarzania równoległego dostępna była wcześniej jedynie w drogich, wysokowydajnych komputerach, jednak jej ograniczeniem było znaczne rozpraszanie energii cieplnej przez układy procesorów powyżej pewnych poziomów ich obciążenia. Czynnik ten był decydujący w przypadku procesorów Pentium M, które okazały się być znacznie bardziej energooszczędne niż wcześniejsze procesory dla komputerów stacjonarnych i przenośnych. Będzie on również krytyczny w przypadku zastosowania procesorów dwurdzeniowych w systemach zintegrowanych. Ponadto sama technologia wirtualizacji, która wprowadzona została jednocześnie z technologią dwurdzeniową, w znaczącym stopniu zwiększa wydajność omawianych systemów.

3U CompactPCI z procesorem Intel Core Duo jest idealnym wyborem w przypadku zastosowań przemysłowych o wysokim stopniu dostępności i niezawodności.

Stosunek wydajności procesora do pobieranej przez niego mocy jest obecnie aż do 100% wyższy w przypadku procesorów dwurdzeniowych, niż w przypadku Pentium M. Wzrost nominalnego zużycia energii z 27W do 31W przy częstotliwości pracy wynoszącej 2 GHz to niespełna 15%, podczas gdy moc obliczeniowa wzrasta nawet dwukrotnie! Aby móc skorzystać z tych zalet, aplikacje nie muszą teraz być uruchamiane w postaci wielu wątków. Każda z nich może korzystać z jednego z rdzeni w systemie dwurdzeniowym. W ten sposób różne zadania mogą być rozdzielone pomiędzy poszczególne układy, a w szczególności przyspieszeniu może ulec reakcja na dane wejściowe użytkownika. Przy pełnym wykorzystaniu technologii dwurdzeniowej, a więc wykorzystując aplikacje z niezależnymi wątkami, można uzyskać większą wydajność oraz zwiększyć prędkość przetwarzania dla aplikacji, które uprzednio pracując na procesorach z jednym rdzeniem, mogły osiągnąć wymaganą wydajność jedynie poprzez znaczne zwiększenie częstotliwości taktowania. Dzięki technologii dwurdzeniowej, aplikacje, które obecnie pracują na granicy wydajności lub rozpraszania mocy w komputerach z procesorami Pentium 4 w technologii HT, mogą teraz pracować na akceptowalnych poziomach tych parametrów.

Moduł 6U CompactPCI razem z IPMI zapewnia większą zwartość CPU i dzięki temu umożliwia ogromną oszczędność powierzchni. Jest to szczególnie korzystne w wykorzystaniu w sektorze telekomunikacji oraz transmisji danych, ale również w wymagającym sektorze medycznym oraz przetwarzania obrazów.

Według firmy Intel wydajność procesorów dwurdzeniowych przed rokiem 2006 miała być dwukrotnie wyższa niż w serwerach opartych na 64-bitowym procesorze Intel Xeon. Tym samym jedyną alternatywą dla systemów dwurdzeniowych są systemy z procesorami wykorzystującymi przetwarzanie równoległe. Przyszłość z pewnością należy do systemów wielordzeniowych, które znalazły się już w planach producentów - procesory z czterema lub większą liczbą rdzeni mają się pojawić w niedalekiej przyszłości. Powinno to umożliwić 10-krotne zwiększenie wydajności przed rokiem 2008, zaś dla systemów jednordzeniowych Intel przewiduje w tym czasie jedynie trzykrotny wzrost wydajności. Podwójny rdzeń stanie się głównym kierunkiem w sektorze komercyjnej technologii komputerowej, serwerów, stacjonarnych komputerów osobistych oraz laptopów. Intel założył, iż w każdym z tych ważnych segmentów technologia dwurdzeniowa zostanie wprowadzona przez rokiem 2007 przynajmniej w 90%. Tym samym technologia ta staje się bardzo ważna również dla technologii komputerów zintegrowanych i niewątpliwie także tutaj zbierze swoje plony.

VT – technologia wirtualizacji firmy Intel

Nowa technologia wirtualizacji Intela jest jednym z elementów technologii dwurdzeniowej, która staje się przełomem w stosunku do dotychczasowych technologii. Zapewnia prostsze administrowanie sprzętem i prawdopodobnie stanie się ona standardem dla wszystkich nowych platform obliczeniowych. Umożliwia ona wielu systemom operacyjnym i aplikacjom pracę w charakterze „maszyn wirtualnych” na niezależnych partycjach jednej platformy. Dzięki temu systemy stają się stabilniejsze, ponieważ można oddzielić procesy, które kolidowałyby ze sobą w systemach jednordzeniowych. Partycje można przypisać wtedy, gdy jest to potrzebne, nawet podczas pracy systemu. Można wyobrazić sobie sytuację, gdy aplikacje mogą być przeniesione z jednego serwera na inny serwer. Bez zastosowania podwójnego rdzenia taka sytuacja była by niewyobrażalna, dlatego jest to bardzo korzystne dla zintegrowanych systemów zarządzania IT. Ponadto wirtualizacja umożliwia połączenie w jeden system takich elementów jak funkcje sterowania, „zapory ogniowe” oraz serwery danych, które normalnie są systemami pracującymi niezależnie. Ma to olbrzymi wpływ na redukcję kosztów.

Typowe aplikacje zintegrowane

Nowe moduły ETXexpress Kontrona umożliwiają uzyskanie wydajności systemu dwurdzeniowego w zintegrowanych systemach wykonanych na zamówienie.

Podwójny rdzeń oraz wirtualizacja przekładają się na niezliczone możliwości konfiguracji przy zarządzaniu systemami zintegrowanymi, a co za tym idzie, wysoki stopień dowolności przy wdrażaniu wielu aplikacji na jednym systemie. Ostatecznie prowadzi to również do zredukowania kosztów sprzętowych. Przykładowymi aplikacjami, które teraz mogą bazować na jednym dwurdzeniowym systemie są:
* wizualizacja - np. pod kontrolą systemu Windows i sterowaniem VxWorks na jednym systemie,
* WebServer oraz oprogramowanie PLC,
* jedna płyta dwurdzeniowa zamiast dwóch płyt Telecom CPU,
* systemy z oprogramowaniem rezerwowym,
* dwa, cztery lub większa liczba robotów sterowanych niezależnie przez jeden system,
* konsole do gier z dwoma monitorami dla dwóch graczy.
Takie rozwiązanie nie tylko zwiększa bezpieczeństwo aplikacji wielofunkcyjnych, ale również ułatwia zarządzanie systemami podczas ich działania. Funkcje uaktualniania oprogramowania mogą być przeprowadzone podczas pracy systemu - nowa funkcja może być testowana w osobnej partycji, następnie przeniesiona do innej partycji oraz aktywowana kilkoma kliknięciami myszy. Tworzenie wielu funkcji w jednym systemie nie jest już ograniczeniem dla programistów. Dotyczy to w szczególności usług zdalnych i diagnostyki, które dotychczas pociągały za sobą wielkie ryzyko związane z bezpieczeństwem. Dzięki technologii wielordzeniowej oraz zastosowaniu niezależnych partycji krytyczne aplikacje mogą być bezpiecznie uruchamiane przez cały czas. Jest to jedna z najbardziej przekonujących zalet nowej technologii w przypadku systemów zintegrowanych i jest ona o wiele ważniejsza dla rynku tych systemów, niż dla rozwiązań komercyjnych lub urządzeń rozrywki domowej.

Ostatecznie wszystko sprowadza się do mocy

Płytka miniITX z procesorem dwurdzeniowym jest wbudowywana w klasyczne IPC, jak również w interaktywne systemy do gier z dwoma monitorami.

Wydajność pozostaje oczywiście decydującym kryterium dla systemów zintegrowanych i komputerów przemysłowych. Ponieważ dwurdzeniowe procesory dla stacjonarnych komputerów PC nie są przystosowane do zastosowania w systemach zintegrowanych, konieczne będzie wprowadzenie procesorów dwurdzeniowych przeznaczonych do urządzeń przenośnych.
Porównajmy nowe systemy dwurdzeniowe z „klasycznymi” procesorami Pentium M. Wstępne pomiary przeprowadzone przez firmę Kontron wykazały, że nowe procesory dwurdzeniowe osiągają w praktyce zakładane przez producenta parametry teoretyczne. Procesor Pentium M 756 (2,1 GHz) został porównany z procesorem Intel Core Duo (2,16 GHz). Porównanie dla konwencjonalnych aplikacji biurowych wykazało wzrost wydajności przy identycznej częstotliwości zegara:
* wydajność operacji zmiennoprzecinkowych o 96,5%
* wydajność dla operacji na liczbach całkowitych o 89,3%
* operacje 3D o 100%
Dla tej samej szybkości zegara oraz oprogramowania jednowątkowego wydajność jest niemal dwukrotnie wyższa. Co za tym idzie odpowiedź na pytanie - który procesor powinien być wykorzystany w systemie - brzmi oczywiście „dwurdzeniowy”. Dla oprogramowania wielowątkowego wydajność powinna wzrastać wykładniczo.

Norbert Hauser, Kontron AG (Elektronika 7/2006)