Server-Prozessoren: Itanium 2:
Gerne 64-Bit-Computing - aber richtig

von Bernd Reder (bernd.reder@networkcomputing.de), Christian Schütz (Hewlett-Packard)

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27.01.2009

Selbst bei kleineren Servern sind 64-Bit-Erweiterungen mittlerweile die Regel. Doch während diese im Grunde immer noch mit 32 Bit rechnen, protzen »echte« 64-Bit-Systeme mit massiver Rechenleistung, integrierten Virtualisierungs-Funktionen und Hochverfügbarkeit.

Die maximale Taktrate der Prozessoren ist auf den ersten Blick alles andere als spektakulär: nur 1,66 Gigahertz. Und dennoch dominieren Server mit Intels [1] Itanium-2-CPUs den Markt für echte 64-Bit-Systeme. Deren klassische Einsatzgebiete sind beispielsweise der Betrieb großer Datenbanken oder Data Warehousing-Anwendungen, also Aufgaben, bei denen es auf eine hohe Rechenleistung ankommt. Wie passen niedrige Taktraten und hohe Anforderungen zusammen?

Die Lösung des Rätsels steckt nicht nur darin, dass Itanium-basierte Server über eine durchgehende 64-Bit-Architektur verfügen. Auch die im Vergleich zu anderen CPUs komplett unterschiedliche Methodik bei der Verarbeitung von Rechenaufträgen spielt eine erhebliche Rolle: x86-Prozessoren, etwa AMDs Opteron oder Intels Xeon, mit ihrer CISC-Architektur (Complex Instruction Set Computer) verarbeiten Befehle sequenziell. Dies bedeutet, dass alle anstehenden Aufträge »in der Schlange stehen« und warten müssen, bis die vorherigen Befehle verarbeitet sind.

Dagegen setzt Intel beim Itanium-Prozessor auf die parallele Verarbeitungsmethodik EPIC (Explicitly Parallel Instruction Computing): Damit kann die CPU mehrere Berechnungen zeitgleich ausführen. Darüber hinaus verfügen die aktuellen Itanium-Prozessoren der zweiten Generation über 24 MByte internen Cache, deutlich mehr als andere CPUs.

Ein weiterer Vorteil: Echtes 64-Bit-Computing hebt die Beschränkung auf 4 GByte direkt adressierbaren Arbeitsspeichers auf. Bis zu 1 TByte RAM kann direkt angesprochen werden, ein deutlicher Performance-Vorteil bei anspruchsvollen Anwendungen.

Auf 64-Bit-Anwendungen spezialisiert: der Itanium-2-Prozessor von Intel.

Die aktuelle Generation der Itanium-Prozessoren (»Montecito«) ist zudem Multi-Thread-fähig. Unter Multi-Threading versteht man das parallele Verarbeiten mehrerer Abläufe (Threads) in einem einzigen Programm. So ist beispielsweise ein Server mit Dual-Core-CPUs und Dual-Thread-Funktion in der Lage, vier Programmabläufe je Prozessor gleichzeitig zu verarbeiten.

Eine weitere Besonderheit des Itanium-Prozessors ist seine hohe Rechengenauigkeit. Um ähnlich exakte Ergebnisse mit x86-basierenden CPUs in der gleichen Zeit zu erreichen, müssten mehrere solcher Systeme parallel geschaltet werden.

Virtualisierung und Hochverfügbarkeit

Auch bei der Virtualisierung sind Itanium-basierte Systeme ganz vorne mit dabei: Unterstützung für Virtualisierungslösungen sind schon in den Chip integriert und ermöglichen damit sowohl eine Hardware- als auch Software-basierte Virtualisierung. Bei der Hardware-basierten Variante werden nur minimale Ressourcen benötigt, um die Aufteilung zu verwalten: Der sogenannte Overhead ist vernachlässigbar gering.

Die Integrity-Server-Familie von Hewlett-Packard: Die Systeme sind auch mit Itanium-CPUs erhältlich.

So steht Anwendern beispielsweise mit dem »HP Virtual Server Environment« zudem eine Lösung für die Installation und den Betrieb einer virtualisierten und automatisierten Infrastruktur zur Verfügung. Administratoren können mit derartigen Tools Itanium-basierte Systeme umfassend und unter einer einzigen Oberfläche verwalten, inklusive Partitionierung und Virtualisierung sowie automatisiertem Workload-Management.

Die Itanium-Plattform ist außerdem konsequent für eine maximale Ausfallsicherheit konzipiert: Die technische Grundlage dafür bilden redundante Baugruppen, die bereits auf Prozessor-Ebene dafür sorgen, dass der Ausfall einer Komponente den Geschäftsbetrieb nicht beeinträchtigt. Zudem lassen sich Komponenten wie Arbeitsspeicher und Prozessoren im laufenden Betrieb austauschen. Auch Funktionen wie I/O-Error-Recovery oder automatische Fehlerkorrekturen im Arbeitsspeicher sorgen für eine maximale Verlässlichkeit.

Daher bildet diese Plattform bei Hewlett-Packard sogar die Grundlage für Non-Stop-Systeme, die für den Betrieb geschäfts- und sicherheitskritischer Anwendungen eingesetzt werden. Derartige Lösungen erreichen je nach Konfiguration eine Ausfallsicherheit von bis zu 99,99999 Prozent. Das heißt, dass es statistisch nur drei Sekunden im Jahr zu ungeplanten Ausfallzeiten kommt. Eine ähnlich hohe Verfügbarkeit durch das Clustern von x86-Servern wäre, wenn überhaupt, nur mit immensem administrativem Aufwand möglich.

Flexibles Energiemanagement

In Sachen Energieeffizienz setzt Intel bei den aktuellen Itanium-Prozessoren auf »Demand-based Switching«. Diese Technik reduziert den Energieverbrauch in Phasen geringer Beanspruchung. Die maximale Leistungsaufnahme der Prozessoren liegt bei 104 Watt für beide Cores. Im Vergleich zur Single Core-Version der Vorgängermodelle entspricht das einer Energieeinsparung von ungefähr 60 Prozent bei gleicher Leistung.

Zudem setzt beispielsweise HP bei seinen Servern der Integrity-Baureihe auf ein Verfahren namens »Thermal Logic«. Damit lassen sich Energieverbrauch, Wärmeentwicklung und Kühlung der Server überwachen und dynamisch anpassen. So wird verhindert, dass ein System bei geringerer Auslastung unnötig Energie verbraucht. Außerdem werden die stromsparenden Funktionen der Itanium-Prozessoren auf die gesamte Systemebene ausgedehnt.

Auch eine Temperatur-Kontrolle der Luftströme ist möglich, aufgrund der die Geschwindigkeit der Ventilatoren automatisch optimiert wird. Das Ergebnis ist eine deutlich gesteigerte Energieeffizienz.

Typische Einsatzszenarien

Zahlreiche Unternehmen, bei denen Ausfallsicherheit für den Geschäftsbetrieb elementar ist, setzen auf Itanium-basierte Systeme. Klassische Einsatzbereiche sind beispielsweise Transaktionssysteme bei Banken und Börsen, die Fertigungssteuerung oder der Betrieb hochgradig sensibler Anwendungen wie etwa die für Fluglotsen.

Blade-Systeme von Hewlett-Packard, die mit einem Intanium 2 ausgestattet sind, lassen sich auch im

Auch bei rechenintensiven 64-Bit-Applikationen mit einem hohen Leistungsbedarf bei Fließkomma-Operationen spielen Server mit Itanium-Prozessoren ihre Vorteile aus: Speziell beim Betrieb von großen Datenbanken und Data Warehousing-Anwendungen sind diese CPUs häufig die erste Wahl. Dies belegen beispielsweise die Ergebnisse des TPC-H Benchmarks. Dieser testet die Fähigkeiten von Datenbanksystemen beim Verarbeiten komplexer Anfragen, wie sie typischerweise bei der Entscheidungsunterstützung (Decision Support) auftreten.

Als Standard durchgesetzt

Itanium-basierte Plattformen haben sich mittlerweile als Standard bei »echtem« 64-Bit-Computing durchgesetzt. So sind mittlerweile rund 14.000 Applikationen für Itanium kompiliert. Hinzu kommt, dass die Systeme, bei Bedarf auch parallel, unter den Betriebssystemen Microsoft Windows, Linux, Unix (HP-UX) sowie OpenVMS laufen. Damit hat sich die Plattform für zahlreiche Unternehmen als interessante Alternative für den Betrieb geschäftskritischer Anwendungen etabliert, etwa als Ersatz für proprietäre Mainframes.

Mit der »Itanium Solutions Alliance [2]« hat sich zudem eine Gemeinschaft von Hardware-, Betriebssystem- und Anwendungsanbietern zusammengeschlossen, die auf der Itanium-Architektur aufbauende Unternehmens- und Datenverarbeitungslösungen entwickeln. Zu deren Mitgliedern zählen zahlreiche bedeutende IT-Anbieter.

Entsprechend des breiten Einsatzspektrums sind Itanium-basierte Systeme inzwischen nicht mehr nur als »Schränke« oder Rack-Server im 19-Zoll-Format erhältlich, sondern auch als Blades. Bei IT-Landschaften in diesem Formfaktor ist dabei sogar ein gemischter Betrieb von Itanium- und x86-basierten Servern in einem Blade-Gehäuse (Enclosure) möglich, inklusive einheitlicher Verwaltung unter einer Oberfläche.

Durch diesen Ansatz wird die Itanium-Plattform auch für Unternehmen interessant, die zwar leistungshungrige Anwendungen betreiben, den Schritt hin zum echten 64-Bit-Computing bislang aber gescheut haben.

Der Autor: Christian Schütz ist Marketingmanager Business Critical Systems bei Hewlett-Packard [3].

Ergänzung: Special Data-Center 1/2009

Mehr Informationen zum Thema Prozessoren für Server-Plattformen finden Sie übrigens im Special »Data-Center 1/2009 [4]« auf Network Computing Online. Dort sind unter anderem Beiträge zu den CPUs von AMD (Opteron), Hewlett-Packard (Itanium 2) Intel (Core i7) und Sun (Ultra-Sparc T2) zu finden.

Außerdem haben wir dort Beiträge zu den Einsatzmöglichkeiten unterschiedlichen Server-Typen (Blade, Rack-Systeme) und zum Thema Virtualisierung zusammengestellt.

[1] http://www.intel.de/
[2] http://www.itaniumsolutions.org/
[3] http://www.hp.com/de
[4] datacenter/

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