Profesionální počítače, výkonné výpočetní systémy, RISC

Tématem tohoto čísla PC WORLDu jsou profesionální počítače

a výkonné výpočetní systémy. Profesionálními počítači se zde

rozumí cokoliv schopného poskytovat výpočetní služby nad rámec

možností běžného osobního počítače – ale to je samozřejmě velmi

pružná definice. Patří sem sálové počítače, superpočítače či

tzv. mainframy, důležitější je ovšem svět komornějších pracovních

stanic, které jsou přece jen v dosahu většího množství uživatelů.







Všechny tyto počítače se od běžných PC odlišují výkonem, ale

i rozšiřovatelností, operačními systémy, a v první řadě také

cenou. V tomto článku si připomeneme primární důvody jejich

nasazení, jednotlivé rodiny produktů a klíčové výrobce a cesty,

jimiž se dnes ubírají či v nejbližší době hodlají ubírat. Ve

většině případů se ovšem jedná o náročná řešení, vyžadující

pravidelnou práci dedikovaného správce, který je dnes možná

nejhůře sehnatelnou devizou. Určitě je ale vlastní rozhodování

o pořízení toho či onoho řešení velmi obtížné, většinou je

rozhodující dostatečnost jeho softwarové části a žádný obecný

článek vám tady nemůže pomoci.



Svět PC je přes svou rozmanitost vlastně prostý. Uživatel,

kdykoli se svým počítačovým vybavením narazí na nějaké meze jeho

možností, prostě si koupí výkonnější počítač nebo si jej dovybaví

chybějícími periferiemi. Tento proces má ale značné limitace.

Procesory používané v PC jsou dostupné jen v poměrně omezené

výkonnostní škále, totéž platí o rozšiřování interních sběrnic

bez podstatného dopadu na výkon a spolehlivost PC. Největší

brzdou však může být vlastní operační systém, a tak zde nemluvíme

o tak triviálních obtížích, jako je jednouživatelnost DOSu či

jeho neschopnost nabízet stabilní běh více aplikací, nebo prostě

nemožnost důsledně využít velikou paměť a vícero procesorů.

Přechod na něco nadřazeného běžnému „personálnímu počítači“ je

zpočátku jednoduchý. Řada výrobců PC dnes nabízí modely

charakterizované jako workstation, což je označení dříve

jednoznačně chápané jako počítač vybavený riscovým procesorem

a nějakou formou operačního systému UNIX. Tyto modely jsou nyní

ovšem postaveny na jednom či dvou procesorech Intel Pentium II

a Windows NT. A to je oblast, kde je dnes vývoj nejvýraznější.



Windows NT & UNIX



Motorem je tu především vývoj Windows NT 4.0, jež firma Microsoft

postavila na nové architektuře, plně 32bitové, se separovanými

aplikačními adresovými prostory a omezenou podporou více

procesorů. Bylo by závažnou chybou jej chápat jen jako vylepšenou

verzi Windows 95 či verzi předcházející Windows 98, která

s novými uživatelskými službami představují mix architektur,

a Microsoft samotný nezastírá, že v budoucnosti (po premiéře

Windows NT 5.0 s plug-and-play) můžeme očekávat existenci jen

personální a plné verze Windows NT, jako vyhovujícího řešení pro

všechny uživatele.

Už dnes můžeme vidět, jak se přes bolestivou instalaci

libovolného hardwaru (a nenechte si nic nalhávat) začínají

Windows NT prosazovat i v kancelářích, jež obecně nejsou těmi

nejnáročnějšími uživateli. Přispívají k tomu i značkoví výrobci

počítačů, kteří nabízejí modely s tímto systém již nainstalovaným

(znovu však platí, zkuste do HP Vectry doinstalovat značkovou

zvukovou kartu).

Ale zpátky k tzv. PC workstation, kde se využije klíčová

vlastnost Windows NT – možnost přerozdělovat procesy mezi více

procesorů. Oproti unixovým řešením je toto značně limitováno

jednak samotnými NT, podporovaným počtem procesorů (verze NT

Enterprice maximálně 8), jednak omezenou podporou aplikacemi

- pamatujete si na nedávné kompletní přepracování 3D Studia Max

do multiprocesorové verze? Existují ovšem řešení od ostatních

výrobců, které toto řeší – nezapomínejte, že je vždy třeba

naprogramovat vrstvu HAL (Hardware Abstraction Layer), jež

oddělí obecná Windows od hardwarových odlišností jednotlivých

modelů počítačů (kam počet procesorů určitě patří). Firma Unisys

tak např. nedávno předvedla řešení, které umožňuje seskupovat

prakticky neomezený počet procesorů počítače do „clusterů“, na

nichž potom může běžet určitý operační systém zcela nezávisle

vedle jiného, vnímajícího zase jen svůj pracovní cluster.

V takovém případě můžete nechat na svém počítači běžet například

2× Windows NT a 1× OS/2, a příliš se nezajímat, co který zvládá

za hardware.

Vraťme se však ke konkrétním typům procesorů. Windows NT se na

samotném počátku jevila jako univerzální řešení, podporující

většinu používaných procesorů (MIPS, PowerPC, Alpha atd.). Tady

ale iniciativa Microsoftu jasně opadla, možná díky snižujícím se

prodejům těchto platforem, a dnes máme v podstatě k dispozici jen

Windows NT pro procesor Alpha, jehož budoucnost je ovšem po

akcích DEC-Intel (postupně soudní spor, odkoupení částí

technologií Intelem a nakonec vyrábění Alphy Intelem pro DEC)

a DEC-Compaq (zakoupení DECu Compaqem) poněkud nejistá.

V budoucnosti bude tedy obtížné najít workstation s Windows NT

a neintelovským řešením. Prozatím jsou eliminováni i klasičtí

klonaři „intelů“ jako je Cyrix či AMD, kteří nebyli schopni

nabídnout plně kompetitivní řešení, přinejmenším v oblasti

32bitového výkonu nezbytného pro NT.

Tato situace se takto vyhraňuje tím spíše, že Intel připravuje

svůj Merced (oficiálně Intel IA/64), 64bitový procesor

gigaherzové kategorie a zcela nové architektury. Jeho nástup

můžeme očekávat ke konci roku 1999, a o razantní uvedení na scénu

serverů a pracovních stanic je postaráno už teď. Většina výrobců

počítačů projevila více či méně halasnou podporou – ostatně jak

již bylo řečeno, Windows NT nemohou na jiných procesorech

nabídnout, a další expanze unixovské platformy je již velmi

obtížná. Mimo izolovaných serverů je akceptování UNIXu novými

uživateli jen minimální, i přes jeho zjevné výhody co se týká

výkonu a především stability. Nejvýraznější je to u firmy HP,

která dnes má asi 50 % trhu PC s předinstalovanými Windows NT

a navíc je ochotna se vzdát svých procesorů PaRISC ve prospěch

procesoru Merced, jenž vlastně s Intelem spoluvyvíjí.

Není ale cílem tohoto článku vytvořit dojem naprosté převahy

platformy NT. Základním problém dvojice Windows NT & použitelný

hardware je její omezená „škálovatelnost“, tj. schopnost průběžně

zvětšovat možnosti podnikového řešení podle rostoucích nároků.

Podle neoficiálně uveřejněných informací interní rešerše

amerických telefonních společností ukázaly nevhodnost Windows NT

pro jejich potřeby – jsou příliš založena na přerušeních (několik

zařízení připojených na sériové a paralelní porty dokáže

neuvěřitelné věci s výkonem vašeho počítače) oproti UNIXu, který

používá technologii timeslice , tj. nekompromisní přerozdělování

času mezi procesy. Windows NT tu negarantují plynulost

telelefonního spojení během zátěžových špiček.



Clustering



Při jiném pohledu zase na úrovni již trochu větší firmy správce

zjišťuje, že potřebuje řešení přesahující možnosti

čtyřprocesorového serveru, a navíc potřebuje skutečnou „high

avalaibality“, tedy dostupnost služby bez ohledu na možné

vysazení celého počítače, kdy vám žádné diskové pole a UPS

nemohou pomoci. Jediným řešením je takový počítač duplikovat

dalšími, které jej mohou zastoupit nejen v případě výpadku, nýbrž

také v případě přílišného zatížení klienty. To už ale vlastně

mluvíme o clusterovacích technikách, kde pojem cluster jsme již

zmínili v příbuzném významu spolupracující skupiny procesorů.

Cluster je většinou skupina systémů, které jsou těsně spojeny do

jediné entity za účelem poskytování rychlých, ale především

nepřerušovaných služeb. Mohli bychom hledat další definice

(a různé firmy svůj clustering chápou různě), ale vždy je to

cesta k těsné kooperaci mezi samostatnými počítači a operačními

systémy, a možnosti rychle probíhající úlohu přenést z počítače

na počítač.

Jestliže tedy máme cluster pracovních stanic, pravděpodobně

sdílejících diskový prostor prostřednictvím Fibre Channelu nebo

podobné gigabitové (od 1 Gb/s) sítě, můžeme se připojovat na na

nich běžící WWW server, aniž bychom přesně věděli, který

z počítačů nás obsluhuje. Navíc, protože vzdálené komunikace

klient/server (obzvláště komerční databáze) jsou transakčně

orientovány – jsou tedy spíše založeny na dvojicích

otázka–odpověď než na spojitém toku dat --, může být naše úloha

postupně zpracována různými počítači, aniž by si naše účetní

všimla, že v průběhu její práce se třetina podnikových serverů

zhroutila. Výsledkem clusteru je tedy jakýsi virtuální počítač,

podstatně výkonnější a spolehlivější než jeho části – tady už

klasické úsloví o nejslabší článku řetězu neplatí.

Podobná řešení jsou již dlouho dostupná na unixových systémech

a také náležitě rozšířená (Karlova univerzita takto např.

provozuje svou agendu na clusterovaných počítačích SGI).

Clustering se pomalu stává dostupným i na pracovních stanicích

kategorie PC, dnes ovšem jen ve formě beta-verzí. Od konce června

tak bude k dispozici Orion Phase I, clusterovací řešení firmy

Novell, pochopitelně určené pro NetWare. Co se týče Windows NT,

je zase k vyzkoušení WolfPack, který se také pomalu blíží finální

verzi.

Nesázejte ovšem na to, že v budoucnosti bude clustering řešením

na všechny neduhy platformy PC a jejich operačních systémů,

i když je pravda, že PC workstation s motherboardem na 100 MHz

a dvěma procesory Pentium II na 450 MHz může směle konkurovat

leckjaké pracovní stanici z předchozích let.



Minipočítače, mainframy & superpočítače



Jak ovšem naznačuje označení, mnohaprocesorové pracovní stanice

s operačním systémem UNIX nemusí být optimální pro velké servery

komerčních řešeních, kde jsou vhodnější mainframy či

superpočítače. Studie společnosti Gartner Group z minulého roku

přitom ukazuje, že provozní náklady zohledněné na výkon jsou

1,2–3,7 nižší u mainframových řešení než u centralizovaných

a distribuovaných unixových serverů.

Termín mainframe původně odkazoval na „kabinet“ obsahující

centrální procesorovou jednotku prapočítačů vyplňujících celé

místnosti. Po nastoupení menších minipočítačů (viz dále) na

počátku sedmdesátých let byl tento termín převzat pro popis celé

rodiny počítačů. Minicomputer je počítač „střední kategorie,“

určený pro komplexní výpočty prováděné paralelně s efektivním

zpracováním intenzivního vstupu a výstupu. Minipočítače jsou

používány u aplikací zpracovávajících transakce (typicky velké

databáze) a jako rozhraní pro mainframové počítače a sítě WAN.

Musíme za nimi hledat především počítače určené spíše pro dávkové

zpracování než pro interaktivní komunikaci a ovládání uživatelem,

ačkoli ta není principiálně vyloučena na žádném z operačních

systémů výrobců velkých počítačů, jako IBM, Unisys a dalších.

Pojem kabinetů je přitom velmi důležitý, doslova jde o skříňová

zařízení, kam lze za chodu zasouvat zásuvky, které jsou samy

o sobě víceprocesorovými počítači třeba s gigabytem paměti

s propojením se svými sousedy na bázi sítě 100 MB/s a více. Takto

můžete průběžně modifikovat výkon zařízení či dělat servisní

zásahy. Počet takových „subpočítačů“ přitom může jít do desítek

až stovek.

Nejtypičtějším zástupem tohoto směru je dnes zřejmě produktová

řada RS/6000 firmy IBM. Tam patří jednoprocesorové pracovní

stanice, přenosné počítače až zmíněné, sál zabírající obludy,

přičemž to vše spojuje operační systém AIX (varianta UNIXu od

IBM), který má řadu silných vlastností, jako je implementace

všech nezbytností Internetu (WWW, Java, firewall.), zlokalizované

grafické rozhraní, a jen tak mimochodem – tytéž programy můžeme

nechat běžet na malé pracovní stanici RS/6000 i plnokrevném

mainfraimu postaveném na 512 procesorových nodech (tj. zásuvkách

s až 8 procesory Power2 či nověji PowerPC 604).

Superpočítače jsou potom to nejmohutnější, co se dá v oblasti

výpočtu získat a bývají to natolik speciální (masivně paralelní)

řešení se specializovanými operačními systémy a vývojovými

prostředky, že jejich výkon se dá přímo s nižšími počítači

srovnávat jen obtížně. Při dosahování maximálních výkonů se

přitom na mrtvoly vývojářů nehledí, a nasazují se třeba tisíce

procesorů, chlazených vodou či dokonce tekutým dusíkem.

Na konci let osmdesátých ovšem již nadšení z možností jejich

architektury do značné míry opadlo, především díky prudkému

vývoji na poli integrovaných obvodů a levných osobních počítačů.

Jejich naprostá nezastupitelnost tak byla výrazně vytlačena do

mikrosegmentu superpočítačů typu Cray, nezbytných pro masivně

paralelní výpočty pohybů tekutin apod. To vše přinejmenším

naznačuje vysoký počet slučování firem z této oblasti, která

ovšem není titěrná – podle IDC bude mít na přelomu tisíciletí

hodnotu 6 miliard dolarů. Superpočítače v porovnání s PC či

mainframy nabízejí výkony ekvivalentní tisícům PC či stovkám

mainframů (viz tabulku).

Základním problémem a omezením designu superpočítačů zůstávají

fyzikální limity v rychlosti elektronických signálů. Dodatečného

zvýšení výkonu lze tedy dosáhnout jen přidáním více procesorů,

jinými slovy paralelním prováděním operací. Paralelismus ovšem

vyžaduje, aby byly výpočty rozložitelné do menších řetězců

operací, které by mohly procesory samostatně řešit, což značně

komplikuje jakýkoli vývoj operací. Zařízení nesoucí označení

superpočítače dnes seženete i za cca 100 000 dolarů.



Přehled trhu



Protože tady už padlo několik konkrétních názvů firem a výrobků,

je na čase se ještě podívat na další konkrétní nabídky některých

typických výrobců. V oblasti pracovních stanic s UNIXem, který by

nás měl asi zajímat nejvíce, je dnes zřejmě nejdůležitější firma

Sun (36 % „dolarů obratu“), HP (22 %), následuje SGI s 15 %, IBM

s 10 %, a dále firmy jako je Compaq (+DEC) či Intergraph.



Sun



Firma Sun Microsystems byla vždy především prodejcem

„levnějších“ pracovních stanic, typicky osazených systémem

Solaris. Stanice Sun se hodně rozšířily v bankovní a akademické

oblasti a tuto pozici si hodlají udržet. Na počátku roku se česká

pobočka stala dodavatelem počítačového vybavení pro Telecom

a nových levných modelů Ultra (vedle rychlých procesorů

UltraSparc v nich nalezne klasické EIDE disky!), které mají velmi

dobrou šanci na oslovení českých bank.

Výraznější aktivity ovšem vyvíjí i na poli výkonných počítačů,

obzvláště superpočítačů, kde nedávno „spolkla“ dřívější Cray

Business Systems Division a GlobalWorks Division of Thinking

Machines, a model Ultra HPC 1000 se pohybuje někde na úrovni

výkonu 32 Gflops (pokud mermomocí chcete nějaká čísla).



HP



Firma HP v poslední době v oblasti serverů značně posilovala,

a jak se zdá, tak na úkor IBM. Podílí se na tom především prodej

pracovních stanic Kayak, postavených na procesorech Pentium II

a Windows NT, které spolu s tím, že tyto stroje koupíte

v běžných dealerských kanálech, pravděpodobně přispívají

k jejich oblibě. Vlastní unixovské (HP-UX 9.0) stroje firmy HP

jsou postaveny na procesorech PaRISC, jež jsme zmiňovali

v souvislosti s Mercedem. S tím souvisí agresivní marketingová

kampaň, která by měla zákazníkům HP přinést upgradovací program

na budoucí stroje s Mercedem a Xeonem (příští verze Pentia Pro),

možná se slevou 1 000 – 20 000 dolarů. 64bitovou verzi HP UNIXu

si mimochodem nedávno licencovaly NEC i Hitachi, takže se zdá, že

přinejmenším firma HP bude mít cestu k nové generaci

highendových operačních systémů hladkou.



SGI



Silicon Graphics (SGI) je firma, kterou rozhodně nemůžeme

opomenout, a navíc jsou její proměny nejmarkatnější. Po dlouhou

dobu představovala synonymum pro náročnou počítačovou grafiku,

v posledních letech ji ovšem pronásledovaly spíše problémy

a poklesy na akciovém trhu. Částečně z toho můžeme obvinit

nasycení profesionálního grafického trhu a rostoucí konkurenci

levnějších řešení, ale problémy mohou ležet hlouběji.

V každém případě dnes je v čele společnosti řada vedoucích

pracovníků pocházejících z HP, razících heslo „Get serious.“ Loni

uvedený populární „Kyslík“, levná pracovní stanice O 2 (ale

s architekturou zvládající nekomprimované video!) se sběrnicí PCI

ovšem nemusí charakterizovat nastupující trend. Dnešní SGI

navazuje strategické dohody s Intelem, Microsoftem a Oraclem,

a směřuje do podnikové oblasti, kde – jak jsme si řekli – mohou

spolehlivá řešení prožívat boom. Současné produktové řady O 2

a Octane (UNIX OS IRIX 6.x, riscový procesor MIPS) se přesunou na

procesory Intel IA/64 a nabídka systému se rozšíří o Windows NT.

Vyšší řady MIPS ještě neopustí (RS 10000 až budoucí 16000), ale

opět můžeme očekávat poklesy jejich důležitosti, pokud se nástup

IA/64 vydaří. Stále ještě trochu cizorodé superpočítače Cray

(převzaty ze zakoupené společnosti Cray) by měly převzít

technologie z předchozích nejvyšších řad SGI (především NUMA

- Nonuniform Memory Access).

To možná nejdůležitější je ale společná cesta se společnostmi

jako je Oracle, směrem k databázovým a WWW řešením pro podnikové

Intranety či Extranety.



IBM



O firmě IBM jsem se již zmiňovali v souvislosti s její řadou

RS/6000. Snad bychom měli upřesnit, že nabízí celou škálu řešení,

která jsou v některých oblastech zastupitelná, jako je to, např.

u RS/390, jež v některých oblastech může nahradit RS/6000

a obráceně. Oba případy přitom můžeme považovat za mainframy

běžící nějakou formou UNIXu. Např. právě v květnu byla ohlášena

již pátá generace RS/390 G5, která s deseti CMOS procesory zvládá

až 700 mil. připojení na WWW server denně.

V poslední době se prodeje serverů IBM (a Compaqu) snižovaly,

zřejmě ve prospěch Hewlett-Packardu. Tento trend by se měl

zastavit s přepracovanými rodinami počítačů IBM, kde S390 G5 je

jednoznačně cílen na nejvýznamnějšího konkurenta

v „top-oblasti“, firmu Hitachi, RS/6000 a AS/400 potom na servery

firem HP a DEC, a servery Netfinity na produkty Compaqu.

Mimo to ovšem jiné divize IBM podnikají i v NT oblasti, kde se

IBM snaží nabízet alternativy k Microsoft BackOffice (podnikové

řešení s NT serverem, SQL, WWW servery apod.). IBM Suite a IBM

Enterprise Suite for Windows NT je tak k dispozici taktéž od

počátku května, a v budoucnosti by měly být k dispozici i pro

RS/340, RS/6000 další platformy (i formou clusterování).

Doufejme, že se ani ostatní producenti výrobků spadajících do

kategorie profesionální počítač na nás nebudou zlobit, když je

protentokrát opomeneme. Ostatně řada z nich dnes prochází váhavým

obdobím, která oblast počítačů je pro ně výhodnější, či zda mají

prostě nabízet vertikální řešení pokrývající všechny potřeby

uživatelů. Stačí ukázat si prstem na firmu Sun, rozšiřující se

„nahoru“ i „dolů“ či firmu Intergraph (klasiku v oblasti

víceprocesorových PC), která nedávno oznámila zájem vyrábět

i běžnější osobní počítače.







****



Porovnání výkonu počítačů



<T> Pentium PC <T> Mainframe <T> Superpočítač



Instrukcí za sekundu <T>50 milionů <T>100 milionů <T>64

miliard



Paměť (MB) <T>16 <T>1 000 <T>64 000–128 000



Disk (MB) <T>1 000 <T>100 000 <T>20 milionů (20 TB)



I/O Rychlost (MB/) <T>5 <T>50 <T>10 000



Současných operací <T>Několik <T>Desítky <T>Stovky