【コラム】

セカンド・オピニオン

4 64bit Rhapsody それでもある64bitの需要(2)

 

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○64bitプロセッサに求められる資質

前回( http://pcweb.mycom.co.jp/column/sopinion/sopinion003.html )、なぜ64bitが求められるのかという話をしたが、それでは、ハイエンドサーバー用のプロセッサに求められる資質は何か? という話になる。これに関して明快な定義はないのだが、現在の各社のUNIXサーバー、あるいはIBMのAS400シリーズを代表例とするメインフレーム(と呼んで正しいか微妙だが)に使われるプロセッサ構成を見ると

・高い演算性能:単に整数演算だけでなく、浮動小数点演算でも、十分な精度を持ち、なおかつ高速であることが求められる。

・拡張性:最低でも8~16、どうかすると256プロセッサ位のマルチプロセッサ構成をサポートする事が求められている。

というあたりが、通常のPC用プロセッサと大きく異なるところだろう。

まず演算性能だが、単に高速性だけなら、SSEないしSSE2を使えばそれなりのパフォーマンスは出る。ところがSSEでは最大32bit、SSE2でも最大64bitまでのデータ幅しかカバーできない。64bitの場合、仮数部が53bit(符号なしの場合)、指数部が11bitとなり、有効桁数15桁の浮動小数点が利用できるのだが、実はこれでも精度が足りないケースがままある。

そこでIEEE-754の80bit拡張仕様をサポートしたFPUを使うことになるが、それでも有効桁数は18桁ほどでしかない。しかも、FPUを使うと大幅に性能が落ちるというおまけつきである。別に科学技術計算でなくても、こうした有効桁数を大量に必要とする処理(例えば統計に基づくシミュレーション)はよくある話であり、このためSPARCやAlphaあるいは殆どのメインフレームの場合、更に有効桁数の多い128bitの浮動小数点演算を可能としている。単にFLOPS値が大きいだけでは不十分なのである。

次に拡張性である。サーバー用途を考えた場合、例えばデータベースサーバーであればスレッドあるいはプロセスを大量に生成し、並行して検索を行うといった技法が一般的なので、当然同時に稼動するスレッド/プロセスが多いほど高速に動作する。あるいはアプリケーションサーバーとして動作する場合、同時に多種類の処理を行うケースが多い。こうした場合も、プロセッサの数が多いほど有効である。

ところが、こうしたマルチプロセッサを構成する場合に難しいのが、プロセッサ間通信とメモリアクセスI/Fである。マルチプロセッサ環境では、(最近は殆どなくなってしまった)ごく一部のMessage PassingベースのOSを除き、複数プロセッサ間で調停機構が必要になる。それは例えば、あるプロセッサがクリティカルセクションを利用中は他のプロセッサがアクセス出来ない様にするとか、あるプロセッサがキャッシュのライトバックを行った場合のスヌーピングといった処理である。こうした、全プロセッサ間相互通信が高速に行えないと、マルチプロセッサ環境を構築してもその性能を発揮させる事は出来ない。

同様に、メモリI/Fは非常に重要である。こうしたハイエンドサーバーで利用されるアプリケーションの場合、取り扱うデータ量はPCとは比較にならないほど大きい。従って、メモリI/Fが及ぼす性能への影響も、PCより遥かに大きい。

実はこの2点で、IntelのPentium IIIあるいはPentium 4、あるいはそれをベースとしたXeonプロセッサは、大規模サーバーには向いてないといえる。まず、プロセッサ間I/FとメモリI/Fが共通になっているから、スヌーピングの処理などは決して高速に行えない。しかもShared Bus形式だから、各プロセッサが占有できる実効転送帯域はプロセッサの数に逆比例するわけで、例えば4プロセッサのIntel Xeon MPの場合、実効転送帯域は800MB/sec程度でしかない計算になる。Xeon自体は3.2GB/secの帯域を持っているが、この帯域の大半が無駄になる訳だ。

ちなみに、例えばSunMicrosystemsのハイエンドサーバーであるSun Fire 15K( http://www.sun.co.jp/products/servers/highend/sunfire15k/ )の場合、UltraSPARCIIIプロセッサを最大106個搭載できるが、プロセッサ4つとローカルメモリ(最大32GB)を接続したボード18枚を、Sun Fireplaneと呼ばれる高速リンクで相互に接続する形態をとっている。このプロセッサとローカルメモリ間はスイッチで接続されており、Shared Bus形式の様にプロセッサ数に逆比例して帯域が減ったりはしない構成だ。ところがPentium IIIやPentium 4の場合、バスインターフェースが仇となってこうした構成を取る事ができない。大量に出荷されているIAサーバーがローエンドに限定される理由の一端は、こんなところにあったりする。

では、AMDのHammerはこれをどう解決したか、というあたりを次回は触れてみたい。

バックナンバー
http://pcweb.mycom.co.jp/column/sopinion.html

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インデックス

連載目次
第421回 MCUで遊ぼう Part2 (12)
第420回 MCUで遊ぼう Part2 (11)
第419回 MCUで遊ぼう Part2 (10)
第418回 MCUで遊ぼう Part2 (9)
第417回 MCUで遊ぼう Part2 (8)
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