Kas īsti ir 64 bitu skaitļošana, ko tā dod lietotājiem, un kādas ir kompānijas «Intel» iestrādes 64 bitu skaitļošanā — uz šiem jautājumiem atbildes sniedz kompānijas «Intel» sagatavotais materiāls.
Mūsdienās datori strādā ar datiem, kas tiek glabāti binārā formātā (cipari, kas veidojas no vieniniekiem un nullēm), un termins «64 biti» attiecas uz plašāku bināro skaitli, ar kādu procesors vienlaikus var apstrādāt, arī uz datiem, kuri tiek turēti atmiņā (ārējās DRAM iekšējie reģistri), vai arī uz ārējās atmiņas adresāciju. Parasti 64 bitu datori spēj adresēt līdz 16 eksabaitiem atmiņas (264) — vai nu sistēmas fiziskajai atmiņai, vai virtuālajai atmiņai (fiziski nav sistēmā, tomēr procesoram to ir iespējams adresēt).
Mūsdienās lielākā daļa datoru (un lietotnes) darbojas ar 32 bitu datiem, kas nodrošina lielāko daļu uz klientiem orientētu un sākuma līmeņa resursdatoru lietotņu vajadzības un ļauj adresēt līdz 4 GB (232) lielu atmiņas apjomu. Turpretim 64 bitu procesori var adresēt daudz vairāk, piemēram, 64 bitu «Intel Xeon» procesors var adresēt 1 terabaitu (1024 GB) un «Itanium 2» procesors — 1 petabaitu (1024 TB). Tas ir fiziskās atmiņas apjoms, kas var tikt instalēts sistēmās, tomēr parastais 64 bitu procesors var «redzēt» atmiņas apjomu līdz 16 eksabaitiem.
Kāpēc tik liela apjoma atmiņas adresēšana ir tik svarīga?
Mūsdienās daudzas uzņēmumu lietotnes ir datu bāzes, kas uzglabā milzīgu informācijas apjomu un nodrošina simtiem un tūkstošiem vai pat miljoniem pieprasījumu, lai katru dienu atjaunotu informāciju (veiktu tā saucamās transakcijas). Kā piemēri šeit var kalpot aviolīnijas, kuras ik dienas saņem miljoniem pieprasījumu par sēdvietām, bankas, kuras izskata kontu ierakstus un pārsūta naudu, ražošanas kompānijas, kuru ERP (uzņēmuma resursu plānošanas) sistēmas izseko materiālu pārvietošanos no ražotnēm līdz izplatītājiem; datu ieguve, kad mazumtirgotāji pieprasa milzīga apjoma pārdošanas datus, lai atrastu paraugus.
Kad dators no cietā diska izņem gabalu informācijas, tas ātrākai piekļuvei to noglabā atmiņā. Lai pārbaudītu, cik ātri tas notiek jūsu galddatorā, varat «Microsoft Word» aizvērt un atvērt no jauna. Otrajā reizē tas atvērsies daudz ātrāk, jo tiks atvērts no atmiņas, nevis no cietā diska. Nākamais salīdzinājums — cik ilgs laiks vajadzīgs, lai atcerētos telefona numuru, un cik ilgi tas jāmeklē, ielūkojoties adrešu grāmatiņā. 64 bitu procesoru spējas adresēt tik daudz atmiņas ļauj tam turēt atmiņā lielāko datu bāžu daļu vai pilnībā visu datu bāzi.
Datu bāzu lietotņu skaitļošanas pieprasījums ir veidots milzīgiem datu apjomiem, kurus nemitīgi pieprasa miljoniem transakciju. Gan datu bāzēs saglabātie dati, gan tie, ar kuriem darbojas dators (pārskata, apstrādā, salīdzina utt.), ir relatīvi vienkārši. Taču ir arī virkne lietotņu, kurām jāizmanto daudzkārt sarežģītāki dati, piemēram, modelējot reālās dzīves situācijas; šie piemēri var iekļaut trīsdimensiju attēlošanu, CAD lietotnes, sadursmju testēšanu un modelēšanu, laika prognozēšanu, kā arī akadēmiskas lietotnes molekulārajā fizikā. Šeit 64 bitu dati ir ļoti svarīgi, jo ļauj daudz precīzāk izveidot modeļus, arī šīs klases lietotnēm datu novirzes apjoms rada vajadzību izmantot daudz lielāka apjoma atmiņu, jo ar visiem datiem, kas ir saistīti ar modeli, jāvar darboties vienā un tajā pašā laikā — bieži atsevišķs modelis var būt daudzu gigabaitu (GB) apjomā.
Kāpēc «Intel» izveidoja divas 64 bitu arhitektūras?
«Intel» piedāvā divas 64 bitu procesoru produktu līnijas: «Xeon» procesorus ar 64 bitu paplašinājumu un «Itanium» procesorus. Tirgus izpētes kompānija IDC uzskata, ka šīs divas produktu līnijas būs dažādas un tirgū spēs pastāvēt viena otrai līdzās. Tā kā abiem procesoriem ir 64 bitu reģistri un tie atbalsta lielāku atmiņas apjomu, tie atšķiras citā veidā un tos var izmantot dažādām darba slodzēm.
64 bitu skaitļošana nav nekas jauns. Pēdējā dekādē uzņēmumu datu bāzes, kuras parasti tika izvietotas lieldatoros vai lieldatorus nomainījušajos datoros, bija nodrošinātas ar 64 bitu procesoriem. Šie procesori lielākoties bija patentēti RISC procesori, kuri darbināja pielāgotas operētājsistēmas. «Intel Itanium» arhitektūra veiksmīgi izkonkurējusi šīs patentētās sistēmas, piedāvājot standartizētu alternatīvu ar pastāvīgiem ieguvumiem no nevainojamas veiktspējas salīdzinājumā ar patentētajām sistēmām, un piedāvā lielus cenas un veiktspējas attiecības ieguvumus, kā arī standartizētu sistēmu izmantošanas priekšrocības un to sniegto konkurenci — ražotāja izvēli, plašākas programmatūras izvēles iespējas, savietojamību, plašāku produktu klāstu, pakalpojumu sniedzēja izvēli un tā tālāk.
Pašlaik jau 8 no 9 RISC pārdevējiem tirgo arī uz «Itanium» procesoriem veidotas sistēmas un 38% no 500 labākajām kompānijām jau izvietojušas uz «Itanium» bāzes veidotus resursdatorus. Nav pārsteigums, ka IDC prognozē uz «Itanium» bāzes veidoto resursdatoru tirgus pieaugumu no viena miljarda 2003. gadā līdz astoņiem miljardiem ASV dolāru 2008. gadā.
Iespēja migrācijai uz 64 bitiem
«Itanium» arhitektūras panākumi gūti, jo tā piedāvā labāku izvēli datu centriem, kuri jau izmanto 64 bitu lietotnes vai arī izmanto lietotnes, kuras būtu pašsaprotami darbināt 64 bitu režīmā. Šīs intensīvās skaitļošanas datu bāzes vai tehniskās lietotnes bieži ir pamatā milzīgai uzņēmuma skaitļošanas infrastruktūrai, bet ir darbināmas relatīvi mazā skaitā resursdatoru.
Lai palīdzētu adoptēt plašāku 64 bitu tehnoloģiju un nodrošinātu lietotnes, kuras darbojas 64 bitu režīmā, bet tām nav vajadzīgas dažas no specifiskām «Itanium» bāzēto platformu iespējām, «Intel» piedāvā arī 64 bitu «Intel Xeon» procesoru, kas rāda ceļu, kā migrēt uz 64 bitiem ar samazinātu risku. Kā jau norādījusi kompānija «Forrester Research», «.. grūdiens ir izraisīts. Tagad ir iespējams izvietot 32 un 64 bitu lietotnes gandrīz bez papildu izmaksām, kas ļauj tam pakāpeniski migrēt uz 64 bitiem, veicot trīs pakāpienu darbības, piesaistot attīstību no tīrajām 32 bitu lietotnēm uz 32 bitu lietotnēm 64 bitu operētājsistēmās un visu nobeidzot ar pilnīgi tīru 64 bitu vidi ar minimāliem pārrāvumiem un risku». Šī pāreja palīdz sniegt kompānijām arī pamatuzdevumus pārejai no lieldatoru līmeņa pret uzticamību un drošību, ko sniedz «Itanium» arhitektūra. IDC piezīmē: «Programmatūras pārskatīšana un pārkompilēšana 64 bitu «Xeon» procesoriem būs nozīmīgs solis, lai izmantotu platformas ar «Itanium» procesoriem.»
Pakāpeniskā pāreja ir svarīga klientiem, kuri vēlas samazināt risku un veikt lielāko daļu ieguldījumu un nākotnes pārbaudījumu, samazinot kapitālo izdevumu pieskaitāmās izmaksas. Pakāpeniskā pāreja ir svarīga arī programmatūras piegādātājiem, kuri ir validējuši savu 32 bitu kodu 64 bitu vidē un pēc tam migrēs arī kodu, ko noteiks tehniskie ierobežojumi vai tirgus pieprasījums.
Saskare ar specifisku lietotņu vajadzībām
Kā jau iepriekš paskaidrots, jauktās vai migrējošās vidēs atsevišķi resursdatori var darbināt gan 32 bitu, gan 64 bitu lietotnes, kur 32 bitu aplikāciju veiktspēja ir galvenais kritērijs. 64 bitu «Intel Xeon» procesors ir pareizā izvēle — tas ir īsts 32 bitu procesors un spēj darbināt lietotnes ar maksimālo efektivitāti. Vairākumam svarīgāko programmu, tādām kā tīmekļa un e-pasta infrastruktūra, digitāla satura veidošana, mehāniska datorizētā projektēšana un elektronikas projektēšanas automatizācija, 64 bitu «Intel Xeon» procesors piedāvā arī vislabākās izvēles iespējas.
Atsevišķām uzņēmumu datu bāzu sistēmām «Itanium 2» procesors ir pareizā izvēle, ņemot vērā tā veiktspēju un speciālo arhitektūru. Visi «Itanium» procesori veidoti uz EPIC (skaidras paralēlu instrukciju skaitļošanas) arhitektūras. Paralēlisms ir īpaši svarīgs lielu datu bāzu lietotnēm, kuras ir aizmugurējās uzņēmuma programmatūras galvenais dzinējs. Mēs esam arī redzējuši, ka datu bāzu problēmas apstiprina darbības relatīvi vienkāršiem datiem masīvos apjomos. Veids, kā strādā neparalēlu darbību arhitektūra, ir piegādāt datus, realizēt instrukciju, piegādāt vēl datus, realizēt instrukciju šiem datiem un tā tālāk. Katrs datu piegādes un to instrukciju realizācijas cikls tiek saukts par takti — un moderni procesori spēj veikt miljoniem šādu ciklu sekundē. Tas ir izteiksmīgs, bet ne visām lietotnēm visefektīvākais veids.
Datu bāzu lietotnes bieži pieprasa procesorus, lai vienlaikus izpildītu daudzas un dažādas transakcijas, tas izpaužas daudzu sīku programmiņu elementu darbināšanā ar dažādiem datu elementiem. Daudzām mūsdienu procesoru arhitektūrām šīs instrukciju sīkprogrammas var tikt darbinātas secīgi (viena pēc otras). EPIC arhitektūra sniedz iespēju «Itanium 2» procesoram veikt virkni operāciju paralēli, iespējojot dažādas instrukciju sīkprogrammas izpildīt paralēli — tādējādi nodrošinot daudz ātrāku datu transakciju apstrādi. Iedomājieties, ka esat apgāzis trauku ar konfektēm un simtiem dažādu konfekšu tagad atrodas uz grīdas. Secīgā pieeja būtu pacelt konfekti, ievietot to traukā, pacelt nākamo konfekti un ievietot to traukā un tā joprojām. Šī pati operācija attiecas uz dažādiem objektiem. Paralēlā pieeja būtu tāda, ka jums ir draugs, kurš palīdz uzlasīt konfektes un ievietot tās traukā — veicot vienu un to pašu operāciju ar vairākiem objektiem paralēli. Tas rada ļoti nozīmīgu atšķirību datu bāzu lietotņu veiktspējā.
Šeit ir vēl otra svarīga paralēlisma forma, kas paļaujas uz operētājsistēmas iespējām redzēt vienu procesoru kā divus virtuālos procesorus (pazīstama kā «Hyper-Threading» tehnoloģija) vai arī uz diviem vai vairākiem procesora kodoliem. Tas ļauj procesoram vienlaikus rīkoties ar dažādu aktivitāšu sīkprogrammām no vienas un tās pašas vai arī dažādām lietotnēm. «Intel» inženieri ir vadošie procesoru, kas spēj izmantot milzīgu tranzistoru apjomu, projektēšanā ar jaunas paaudzes silikona tehnoloģijām un izstrādā divu un vairāku kodolu procesorus, izvietojot vairākus procesorus uz tās pašas silikona matricas. Divu kodolu tehnoloģija drīzumā būs pieejama gan 64 bitu «Intel Xeon» procesoriem, gan «Itanium 2» procesoru saimei — «Montecito», kas ir kodētais nosaukums «Intel» pirmajiem divu kodolu «Itanium 2» procesoriem, kuri tiks izlaisti 2005. gadā. «Tukwila» būs pirmais «Intel Itanium» vairākkodolu procesors, un tam ir noteikts pārsniegt klasisko Mūra likuma ātrumu, palielinot divi uz vienu koeficientu līdz 2007. gadam.
Mērogojamība un platformas maksimālās iespējas
Būtībā ir divu veidu mērogojamība: paaugstināšana un pazemināšana. Pirmā nozīmē to, ka atsevišķa sistēma tiek padarīta lielāka ar daudziem procesoriem, otrā — sagrupējot mazāku sistēmu klasterus vienā atsevišķā virtuālā resursā. Abas pieejas darbojas labi ar specifiskām lietotnēm: paaugstinot tīmekļa un starpprogrammatūras lietotnes, kuru paaugstināšana strādā labāk ar plašām datu bāzēm, kas ir vienkāršāk un daudz efektīvāk darbināmas uz atsevišķas sistēmas. Tādējādi uz 64 bitu «Intel Xeon» un «Intel Itanium 2» bāzes veidotajām platformām ir dažāda mērogojamība.
Uz «Intel Xeon» procesoru bāzes veidotās sistēmas jau tagad ir pieejamas ar 2–16 procesoriem vienā sistēmā. Šīs sistēmas var tikt veidotas klasteros, lai radītu daudz lielākus datorus, kuri spētu darbināt lielas tīmekļa un starpprogrammu lietotnes. «Intel Itanium 2» platformas ir pieejamas ar līdz pat 512 procesoriem vienā sistēmā, un tās ir milzīgākās platformas, kādas pieejamas.
Abas pieejas sniedz lielisku veiktspēju — tieši 320 no pasaules TOP 500 datoriem ir veidoti uz «Intel» arhitektūras (sešas reizes vairāk nekā tuvākajam konkurentam), bet ir atbilstošas dažādām lietotņu vajadzībām. Turklāt uz «Intel Itanium 2» procesora veidotajām platformām ir lielāks kopnes joslas platums, papildu mikroshēmā iebūvētas drošības iespējas un iespēja adresēt vairāk fizisko atmiņu; visas šīs iespējas ir noderīgas atsevišķiem kritiskus uzdevumus veicošiem datu centru datoriem.
Nākotnes bizness dodas 64 bitu skaitļošanas virzienā
Jau pieminējām, ka plānotā pāreja uz 64 bitu vidi ir ļoti svarīga uzņēmumiem. Tas daļēji saistīts ar mūsdienu lietotņu pieprasījumiem, kuru aprises iezīmējām jau iepriekš. Bet tirgū ir arī virkne tendenču, kuras norāda uz arvien pieaugošiem datu apjomiem un sarežģītību, kas padarīs 64 bitu skaitļošanu arvien svarīgāku plašam uzņēmumu skaitam.
- Masveidīgs datu apjoma pieaugums
«Gartner» uzskata, ka līdz 2012. gadam uzņēmumiem būs jāapstrādā trīsdesmit reižu vairāk datu nekā 2004. gadā, kamēr Kalifornijas universitātes prognozētāji apgalvo, ka tas aizņems 300 000 gadu, lai izveidotu pirmos 12 ekasabaitus vai 1 miljardu gigabaitu informācijas, turpretim nākamie 12 eksabaiti tiks saražoti tikai divos gados. RFID tagu izstrāde un pārdošanu nodrošinošās iekārtas ir par iemeslu lēcienam apstrādē, apjomos un vajadzībā pēc datiem, kas eventuāli var traucēt gala lietotāju darba slodzes (kādu mēs to pazīstam tagad) attīstību.
- Pieprasījums pēc regulētas attīstības un biznesa caurskatāmības
Turklāt regulējošā vide veido daudz lielāku uzskaitamību manipulēšanai ar datiem, kā arī datu uzglabāšanai, piekļuvei un elektroniskai pārbaudei. Daudzi analītiķi uzskata, ka šis ir lielākais mūsdienu Tehniskās daļas vadītāja izaicinājums.
- Arvien pieaugošais pieprasījums pēc ātrāka atbildes laika klientiem
Redzējām, ka 64 bitu arhitektūrā uzņēmumu datu bāzes darbojas ātrāk. Arvien vairāk klientu pieprasa piekļuvi transakciju datu bāzēm reālā laikā. Iepērkoties tiešsaistes režīmā, kur aiztures ir iemesls, kādēļ klienti meklē citas iespējas, kārtojot darījumus, piemēram, izmantojot zvanu centrus, kur operatīvās vajadzības rada iespēju klientam reālā laikā atbildēt uz preču pārdošanas vai pakalpojumu pieprasījumiem. Šeit uzskatāmi redzams, ka reālā laika atbildes kļūst arvien svarīgākas.