أوبتيرون 64 بت

اسم المنتج: أوبتيرون 64 بت

المصنع: AMD

تقييم المحررين: أربعة من خمسة

تكمن أكبر مشكلة تعاني منها المعمارية الحديثة للمعالجات عيار 64 بت، في كونها لا تشغل تطبيقات 32 بت بالكفاءة المرجوة. وتأمل شركة AMD حل هذه المشكلة من خلال معالجها الجديد Opteron، وهو أول معالج تطلقه الشركة من عيار 64 بت، وكان اسمه الرمزي Hammer.

أثار معالج أوبتيرون إعجابنا بتفوقه في اختباراتنا بشكل ملحوظ على معالجات إنتل زيون عيار 32 بت (تسوّق AMD معالجها الجديد كمنافس لزيون، واختبرنا الاثنين بنمط 32 بت). كما كانت عملية الانتقال إلى استخدام المنصة الخاصة به، أقل صعوبة من الانتقال إلى استخدام منصة IA-64 ذات العيار 64 بت (التي تمثلها عائلة معالجات إيتانيوم) من إنتل.

تعتبر منصة معالجات AMD الجديدة تطوراً إلى عيار 64 بت، لبنية أنظمة x86 ذات عيار المعالجة 32 بت. لكن قد يكون تصميم إنتل الثوري لمعالجات IA-64 ذات العيار 64 بت، أفضل وأنقى على المدى الطويل. أما شركة AMD فتأمل بتقديم قفزة نوعية في هذا المجال، فخلافاً لمعالجات IA-64، يمكن لمعالجات أوبتيرون تشغيل التطبيقات عيار 32 بت بأداء أعلى، الأمر الذي يسمح للشركات بتحويل أقسام من بيئة تطبيقاتها إلى عيار 64 بت، مع استمرار عمل كل من التطبيقات عيار 32 بت و64 بت بكامل سرعتها على الأجهزة المزودة بمعالجات أوبتيرون.

ومن جهة ثانية، يجب على الشركات التي تنتقل إلى معالجات إيتانيوم ذات العيار 64 بت، إما تشغيل تطبيقات 32 بت بنمط توافقية إيتانيوم مع 32 بت، الأمر الذي يؤدي إلى خفض الأداء، أو المحافظة على خليط من مزودات ومحطات طرفية للمعالجة بعيار 32 بت إلى جانب أنظمة إيتانيوم IA-64. وتبدو معالجات أوبتيرون خياراً جيداً للراغبين في تعميم نمط قياسي موحد للأنظمة، والحصول على مستوى معالجة متقدم.

تجدر الإشارة إلى أنه رغم تصنيف معالج أوبتيرون ضمن فئة المعالجات عيار 64 بت، إلا أن هذه العينة الأولية من بنية معالجات AMD64 تدعم العنونة الافتراضية (virtual addressing) بعيار 48 بت فقط، والعنونة الفيزيائية (physical addressing) بعيار 40 بت، بالمقارنة مع معالجات إيتانيوم 2 التي تدعم عنونة افتراضية بعيار 64 بت، وعنونة فيزيائية عيار 50 بت. ولا يؤثر هذا التصميم على قدرة معالجات أوبتيرون على تحمل كثير من أعباء المزودات ومعظم محطات العمل حالياً، لكن ينبهنا هذا الأمر مجدداً إلى أن معالجات إيتانيوم صممت للحلول عالية المستوى.

تتمتع معالجات IA-64 بالقوة حين استخدامها في المزودات المصممة لتشغيل معالجات يتراوح عددها بين 4 و32 معالجاً، وتظهر براعتها في التعامل مع التطبيقات التي تعتمد بكثافة على عمليات الفاصلة العائمة (floating point). وفي المقابل قدم معالج أوبتيرون في جولات الاختبارات الأولية التي أجريناها، أداءً هائلاً على الأجهزة التي تتضمن معالجين إلى أربعة معالجات.

ستحافظ إنتل على الأغلب خلال السنوات القليلة المقبلة، على قصب السبق في أداء المزودات عالية المستوى مع الإصدارات المقبلة من معالجات إيتانيوم. وستتنافس تصميمات معالجات أوبتيرون بشكل رئيسي في بادئ الأمر، مع المزودات ومحطات العمل التي تعتمد على معالجات زيون. وربما تفضل الشركات العاملة في الأسواق التي تشكل فيها التكاليف عاملاً حاسماً، معالجات أوبتيرون كونها تتطلب تكاليف أقل لتدريب المطورين.

داخل المعالج أوبتيرون

صممت AMD معالجات أوبتيرون اعتماداً على بنية مجربة مسبقاً، هي نواة معالجات Athlon XP، مع إدخال تعديلات وتحسينات ملحوظة. فكلا المعالجين صمما وفق معمارية 0.13 ميكرون، ويعمل أسرع معالجات آثلون (XP 3000 ) بتردد 2.16 جيجاهرتز، بينما يعمل أسرع معالجات أوبتيرون (أوبتيرون 244)، بتردد 1.8 جيجاهرتز. إلا أن أوبتيرون يستخدم تقنية السيليكون على العازل (silicon-on-insulator, SIO) التي تقلل من سعة الترانزستور، ما يسرّع في النهاية من أداء الدارات الإلكترونية.

وتعتمد خطة التسمية الجديدة التي بدأت شركة AMD باتباعها لمعالجات أوبتيرون، على البنية التالية: تدل الخانة الأولى على عدد المعالجات التي يمكن تشغيلها معاً (أي معالجين في مثالنا). وتدل الخانتان التاليتان على الأداء النسبي (الأرقام الأقل تشير إلى سرعة أدنى)، فمثلاً تعمل معالجات 240 و242 بترددات 1.4 و1.6 جيجاهرتز على التوالي. ويندرج المعالجان اللذين يحملان الأسماء 100 و800 على التوالي، ضمن عائلتي المعالجات التي تعمل منفردة (معالج واحد) وضمن مجموعة ثمانية معالجات.

في الواقع، لا يدل التردد الاسمي لمعالجات AMD على الأداء الفعلي، حيث يعتمد أداء المعالجات التي تنتجها الشركة على خصائص مميزة أخرى. فبنية معالج أوبتيرون، خلافاً لمعالج آثلون إكس بي، تتضمن قسم Northbridge مع ضابط ذاكرة DDR يقدم ممرات مزدوجة عيار 72 بت. ويدعم هذا النموذج حالياً ما يصل إلى 8 جيجابايت من ذاكرة DDR SDRAM التي يمكنها أن تعمل بتردد 200 و266 و333 ميجاهرتز. وتدّعي الشركة أن ضابط الذاكرة المدمج في المعالج يقلل من تأخر زمن الوصول إلى الذاكرة بمقدار 20 بالمائة، مقارنة مع الحالة التي تكون فيها واجهة Northbridge خارج المعالج.

يتضمن معالجا أوبتيرون وAthlon XP ذاكرة كاش من المستوى الأول (L1) بسعة 128 كيلوبايت، مقسمة بالتساوي إلى 64 كيلوبايت لذاكرة كاش الخاصة بالبيانات و64 كيلوبايت أخرى للتعليمات. ويتضمن معالج أوبتيرون ذاكرة كاش من المستوى الثاني (L2)، تزيد على ما يوفره المعالج الآخر، حيث تتراوح بين 512 كيلوبايت وميجابايت واحد، بالإضافة إلى ضعف سعة وحدات الذاكرة الوسيطية (buffer) الخاصة بالتعليمات والترجمة (TLB)، أي ما يعادل 512 كيلوبايت عوضاً عن 256. كما تتمتع جميع ذاكرات كاش وDDR في معالج أوبتيرون بتقنية فحص وتصحيح الأخطاء (ECC).

وعلى الرغم من إطلاق أوبتيرون بتردد اسمي يقل عن تردد Athlon XP، إلا أن المعالج الجديد يمتلك خط معالجة (pipeline) أطول قليلاً من Athlon XP، الأمر الذي يتيح مجالاً أوسع لتدرج تردد المعالج. ويحتوي أوبتيرون أيضاً على 12 مرحلة لعمليات الأرقام الصحيحة، و17 مرحلة لعمليات الفاصلة العائمة، مقابل 11 و15 مرحلة على التوالي في Athlon XP. كما يمكن للمعالج الجديد تنفيذ تعليمات الامتداد SSE2 (Streaming Single Instruction Multiple Data Extensions 2) التي يفتقر إليها Athlon XP. وينفذ أوبتيرون تعليمات SSE وعمليات ضرب الأرقام الصحيحة بسرعة أكبر من Athlon XP، وذلك عند نفس تردد الساعة.

أصبح تنفيذ تعليمات SSE وSSE2 أسرع بشكل ملحوظ في معالج أوبتيرون لأن تنفيذها يتم عتادياً عبر دارات إلكترونية وليس عبر تنفيذ تعليمات برمجية. ويقدم أوبتيرون كذلك دعماً أقوى لتقنية "توقع التفرعات" (branch prediction) التي تخمن الخطوة التالية في البرنامج عند ورود تعليمات شرطية، مثل if then else، ويعود الفضل في ذلك إلى وجود دارات انتقاء الأفرع ضمن ذاكرة كاش من المستوى الثاني (L2). وتسمح هذه التحسينات الدقيقة لمعالج أوبتيرون، التي يقلل البعض خطأ من أهميتها، بمعالجة المزيد من الأوامر في نبضة ساعة المعالج الواحدة (instructions per clock, IPC) مقارنة بالمعالج Athlon XP.

يتضمن أوبتيرون ثلاث وصلات تعمل حسب تقنية HyperTransport كي يتمكن من الاتصال مع معالجات أخرى، حيث ستسمح وصلات تقنية HyperTransport في فئة معالجات 800 المرتقبة، إلى ارتباط حتى ثمانية معالجات معاً بتناغم جيد، إضافة إلى إتاحة المجال لعدد من المعالجات أن تتصل مع مكونات طقم رقاقات النظام لتنفيذ عمليات الدخل والخرج (I/O).

وبما أن المعالجات المنتمية للعائلة 200 صممت للعمل ضمن أزواج من المعالجات، فلن تتضمن سوى وصلة HyperTransport واحدة فعّالة، بحيث يمكنها تبادل البيانات مع معالج آخر حول وضعية ذاكرة كاش. أما فئة معالجات 100 فلن تمتلك أية وصلات HyperTransport فعالة.

أوبتيرون في مواجهة زيون

تسوّق شركة AMD معالجها الجديد أوبتيرون على أنه منافس لمعالجات زيون من إنتل، وأجرينا لذلك، مقارنة بين المعالجين. وللمحافظة على تطابق أنظمة الاختبار قدر الإمكان، اختبرنا مزوداً يتضمن معالجي Opteron 242، وآخر مطابق له في الإعدادات ومجهز بمعالجي Xeon بسرعة 2.8 جيجاهرتز، وكان الجهازان من طراز 1U من شركة Polywell.

تم اقتباس نموذج جهاز أوبتيرون من تصميم مرجعي ستطرحه شركتا AMD وNewisys لمصنعّي الأجهزة. وأطلق رسمياً على إصدارة شركة Polywell من هذا النموذج، الاسم PolyRaxx 2200A-242. ويصل سعر هذا المزود إلى 5250 دولاراً، ويحتوي على ذاكرة DDR SDRAM بسعة 4 جيجابايت، تعمل بتردد 333 ميجاهرتز، واثنين من الأقراص الصلبة التسلسلية (SATA) بسعة 36 جيجابايت، تعمل بسرعة 10000 دورة في الدقيقة. وكانت مواصفات الأقراص الصلبة لجهاز زيون المختبر هي ذاتها، إلا أن ذاكرة DDR وهي بسعة 4 جيجابايت والتي يمكنها العمل بتردد 333 ميجاهرتز، عملت بتردد 266 ميجاهرتز فقط، محدودة بإمكانيات المعالج زيون.

استخدمنا برنامج اختبار تطبيقات المزودات Nile الخاص بمعالجات 32 بت (والذي يحاكي تعاملات طلبات شراء من موقع افتراضي لبيع الكتب)، وذلك حتى نضع المزودين في مواجه بعضهما في حلبة مصارعة واحدة. ويشكل هذا الاختبار حملاً مكثفاً على كل من المعالجات والأقراص الصلبة. ويعتمد برنامج الاختبارات Nile على قاعدة بيانات Oracle 9i، ويشغّل عليها مزود التطبيقات BEA WebLogic Server 7.0.2. وقد تضمن كل من المزودين نظام التشغيل ويندوز 2000 سيرفر ركّبت عليه رزمة الخدمات SP3.

وكما تظهر نتائج المخططات، تفوّق الجهاز الذي يضم معالجي أوبتيرون على المزود الذي يحتوي على معالجي زيون بمقدار كبير نسبياً، فقد حقق جهاز زيون في اختبار Pages Received مثلاً، معدل 7.6 صفحة في الثانية، بوجود حمل مكون من 300 إلى 500 مستخدم (حيث استقرت معالجة التعاملات على استخدام مرتفع لكل من الأقراص والمعالجين). وفي المقابل حقق جهاز أوبتيرون معدل 15.2 صفحة في الثانية. أما في اختبار Search Response Times فقد جاءت نتائج المزودين متقاربة عند حمل يعادل 200 مستخدم، ومع ازدياد أعداد المستخدمين الافتراضيين، ارتفع زمن المعالجة الذي تطلبه مزود زيون لتخديم الطلبات، أكثر من مزود أوبتيرون.

أجرينا أيضاً اختبارات SPEC، وهي اختبارات مصممة خصيصاً للأجهزة التي تتضمن معالجين، ويمكنها عزل أداء كل معالج بشكل مستقل. وقد استطاع مزود أوبتيرون التفوق هنا أيضاً على مزود زيون. ولا تأتي طبعاً، هذه الزيادة في الأداء بلا مقابل، فعليك دفع حوالي 300 دولار إضافية ثمناً للمزود الذي يحتوي على معالج أوبتيرون.

ومع النقصان المستمر في أسعار الذاكرات، وارتفاع احتياجات البرامج للذاكرة، قد تحتاج أغلبية الشركات والمطورين والمستخدمين المتقدمين قريباً، إلى زيادة سعة الذاكرة عن الحد الفيزيائي الذي يعادل 4 جيجابايت، والمحدود ببنية المعالجة عيار 32 بت. وسيجعل معالج أوبتيرون التحول إلى المعالجة عيار 64 بت أكثر سهولة، خصوصاً عند وصول أجهزة مكتبية تتضمن معالجات Athlon 64 إلى الأسواق بحلول فصل الخريف المقبل، في خطوة قد تشكل الفرصة التي كانت تنتظرها شركة AMD لتغزو أسواق الشركات.

Polywell PolyRaxx 220A-242

المواصفات: معالجا AMD Opteron 242، مع ذاكرة DDR SDRAM بسعة 4 جيجابايت، وقرصين صلبين بواجهة تسلسلية (SATA) كل منها بسعة 36 جيجابايت، ويعملان بسرعة 10000 دورة في الدقيقة. وضابط مصفوفات RAID-5 بواجهة SATA، ومشغل أقراص مدمجة بسرعة 24x، وبطاقة Gigabit Ethernet، ونظام التشغيل SuSE Linux Enterprise Server Edition عيار 64 بت.

السعر: 5250 دولاراً

الشركة: Polywell Computers Inc.

موقع ويب: www.polywell.com