解析IBM新一代zEnterprise大型主机.docx
- 文档编号:25677215
- 上传时间:2023-06-11
- 格式:DOCX
- 页数:21
- 大小:1.50MB
解析IBM新一代zEnterprise大型主机.docx
《解析IBM新一代zEnterprise大型主机.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《解析IBM新一代zEnterprise大型主机.docx(21页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
解析IBM新一代zEnterprise大型主机
解析IBM新一代zEnterprise大型主机
美国时间2010年7月22日,IBM发布了新一代的大型主机(Mainframe)zEnterpriseSystem,并以全新的方式取代了传统的z9、z10这样的产品编号。
zEnterpriseSystem在总体设计上继续延续了Systemz系列的传统,并针对当前企业IT架构与新的应用理念,在提供最高可靠性与可用性的基础加入了创新的设计。
下面我们就在zEnterpriseSystem大型主机在中国发布之际,简要介绍一下它的基本架构与设计。
zEnterpriseSystem的主机设计
作为IBM投入超过15亿美元而开发的Systemz主机的最新产品,zEnterpriseSystem的目标并没有变化,它在企业IT架构中的角色也没有变化,反而凭借着革命的异构混载集成设计,使其具备了更强的可扩展性,与原有的主机管理平台,为企业IT提供了更高的服务质量(QoS),下面我们先来看看它的总体构成。
zEnterpriseSystem由两大部分组成,一个就是zEnterprise196中央处理器联合体(CentralProcessorComplex,简称CPC,图中左边的两个机柜),另一个就是刀片扩展模组(zEnterpriseBladeCenterExtension,简称zBX,图中右侧的机柜),除了硬件之外,当然还有重要的管理平台——zEnterpriseUnifiedResourceManager(zEnterprise统一资源管理器),而zEnterpriseSystem的目标是在能耗、性能、虚拟服务器、网络、Hypervisor(虚拟机平台)与运营方面为大型主机建立一个新的标杆
我们可以看出zEnterprise196CPC是由两个框架组成,分为FrameA(框架A)和FrameZ(框架Z),这种设计与z10相同,其具体的结构如下:
zEnterprise196CPC的风冷型号结构图,左则是框架Z,右侧是框架A,可以看出框架Z主要是辅助性设计,如电源、I/O、管理等,而框架A是主处理设计,包括了处理器库(ProcessorBook)以及高速互联I/O、和冷却设备,在风冷型号中,冷却模块是风冷模式的
水冷模式的zEnterprise196,与风冷模式相比,最大的不同是在框架A中用水冷模块替换了风冷模块,并相应的对一些排线与模块位置进行了调整
目前,zEnterprise196共有5种型号,原有的z10可升级至所有型号
zEnterprise196CPC目前共有5种型号,有这5种型号的区别将在下文中做进一步介绍,IBM表示将在2010年第四季度推出zEnterprise196CPC,而zEnterprise196CPCM80将提供最强大的性能。
IBM表示,zEnterprise196M80主机对于新的工作负载,性能是现有z10最高端E64型号的1.6倍,保持了应该有性能进步幅度
zEnterprise196处理器简介——MCM处理器模块
IBM大型主机的一个鲜明的特色就是采用了中央处理器(CP)与系统辅助处理器(SAP,SystemAssistProcessor)组成,其所采用的CP既不是IBM自家的POWER,也不是x86,而是一个“IBM独立自主”的,基于z/Architecture主机架构而开发的处理器,其采用复杂指令集架构(CISC),有246条复杂指令负责微码执行,而另外211条复杂则分解为类似于RISC的操作,因此虽然在总体架构上是CISC,但也兼具了RISC的优点。
zEnterprise196所采用的CP的主频高达5.2GHz,这应该是当前最快的CISC处理器,而为了保证最高的处理密度,IBM仍然采用其惯用的MCM(Multi-ChipModule,多芯片模块)封装方式将多个CP封装在一起,以提供最高的性能。
zEnterprise196CPC所采用的CP-MCM模块,这个陶瓷模块是新大型机的中央处理单元,封装了目前世界上最快的微处理器(5.2GHz),使得新大型机的性能比上一代高出了60%,而耗电量是相同的。
每个模块每秒能够执行500亿个指令
zEnterprise196采用模块化的CP子系统模块设计,即处理器库(ProcessorBook),每个库的外形就像一个刀片服务器,一台zEnterprise196中最多装4个处理器库。
每个库上,安装有一个CP-MCM模块,30个DIMM,最高内存容量960GB(每DIMM32GB容量)
zEnterprise196最多可装载4个处理器库,而每个库之间用专用的FBC(FabricBookConnectivity)总线连接
MCM模块的内部设计,共集成了6个处理器单元(PU,ProcessorUnit)和两个存储控制芯片(SC,StorageControl),
zEnterprise196使用的MCM模块外形尺寸为96mmX96mm,采用103层玻璃陶瓷衬底设计,引脚采用LGA形式(共7356个引脚),每颗MCM的总晶体管数量超过了110亿个。
MCM内部芯片的拓扑图,其中GX是与主通道适配器(HCA)连接用的I/O总线,每方向带宽10GB/s,FBC就是处理器库之间的互联接口,而从拓扑图中,我们可以看出PU的设计并不一样,只有PU0、PU1、PU2这三个带有内存控制器,每个控制器有5个内存通道,而另外三个则没有内存控制器
zEnterprise196处理器简介——处理器单元与存储单元
我们已经知道每个MCM模块含有6个PU和两个SC,那么它们具体的设计又是怎样的呢?
其实这才是zEnterprise196的真正精华所在。
PU的结构图,它其实是一颗4核CISC处理器,其中MCU为内存控制单位,CoP为协处理器,共两个,用于数据压缩与加密处理,每个CoP都是一颗双核处理器。
在缓存方面,每个PU有两块L3缓存,各为12MB,共24MB,类型为IBM引以为荣的eDRAM,最高可同时为每个核心提供高达160GB/s的数据带宽
每个PU核心的结构图,每个PU核心包括一个指令序列单元(ISU,InstructionSequenceUnit,用于乱序执行)、恢复单元(RU,Recoveryunit,它保存一份有关系统完整状态的拷贝,包括所有的寄存器、收集硬件错误信号并管理硬件恢复动作)、指令预取与分支预测单元(IFB,InstructionFetchandBranch)、指令缓存与合并单元(ICM,InstructionCache&Merge)、指令解码单元(IDU,InstructionDecodeUnit)、整数单元(FXU,Fixed-pointUnit)、十进制单元(DU,Decimalunit,用于整数和浮点的十进制运算)、二进制浮点单元(BFU,BinaryFloating-pointUnit,用于所有的二进制与16进制的浮点和整数的乘/除法运算)、存取单位(LSU,Load-StoreUnit)、转换单元(XU,TranslationUnit,它拥有大规模的TLB与动态地址转换功能,用于加速逻辑地址向物理地址的转换)
MCM中的PU采用了名为CMOS12s的芯片技术,CMOS12s是IBM开发的领先的处理器技术,其基于13层铜互联与硅覆绝缘体技术,生产工艺为45nm。
不过,虽然每个MCM可以提供了6个PU,按理应该是24个核心,但这6个PU中的核并不见得全部用上,要看具体的zEnterprise196型号。
一般的是采用混合模式,即PU0、PU1、PU2和PU4只开启三个核,而PU3和PU5则开启4个核,这样总共只有20个工作核。
所以在zEnterprise196M15(一个处理器库)中,有20个工作核,在有两个处理器库的M32则有40个,M49(三个处理器库)有60个,M66(4个处理器库)则就是80个,到了M80则就把所有的核全打开,这样就是96个,为最高水平。
在内存方面,MCM采用了内存冗余阵列技术,每个控制器有5个内存通道,但数据通道只有4个,另一个专门为校验准备(即N+1设计),当然每个数据通道中也将存有校验数据,内存总容量可达3840GB
介绍完PU,我们再来看看MCM中的那两个存储控制器,它们的芯片技术与工艺和PU一样,芯片大小为24.4x19.6mm,由15亿个晶体管组成,它主要由L4缓存组成,类型也是eDARM,共占用10亿个晶体管,为MCM上的6个PU提供最后一级的缓存服务。
存储控制器(SC)的内部结构,一个SC共含有96MB的L4缓存
以一个MCM为单位,总共有192GB的L4缓存为6个PU最高24个核心服务,平均每个核心分配8MBL4缓存,需要指出的是,每个SC可为所有的PU服务
至此,我们可以为zEnterprise196主机系统做一总结了,详见下表:
表中所指的SAP,就是原来zSystem中的专门针对某种应用而加入的辅助处理器,主要有以下几种:
IFL(IntegratedFacilityforLinux,集成Linux设备):
用于在z/VM虚拟机环境下Linux虚拟机用的处理器,负责处理Linux应用
ICF(internalcouplingfacility,内部耦合设备):
用于耦合设备控制代码的处理器
zAAP(ApplicationAssistProcessor,应用辅助处理器):
主要用来处理z/OSJVM的Java或是z/OSXML系统服务工作负载
zIIP(IntegratedInformationProcessor,集成信息处理器):
主要用来处理器DB2DRDA或z/OS3CommunicationServerIPSec工作负载
zEnterpriseBladeCenterExtension简介
zEnterpriseBladeCenterExtension(简称zBX)是zEnterpriseSystem的一个最具革命性的设计与创新,它的出现也让大型主机的角色和能力有了悄然的转变,进一步适应了当前企业IT架构演变的需求。
zEnterpriseBladeCenterExtension的扩展说明,一台zEnterprise196主机可最多带4个zBX扩展机柜
zBX扩展机柜的内部设计,架顶(TOR)交换机用于与zEnterprise196的互联,而每个扩展机柜最多可配两个BladeCenter刀片机箱
zBXBladeCenter刀片机箱的后视图,IBM并没有标明机箱的型号,但从其14个刀片的安装能力来看,应该是从BladeCenterE/H演变而来
zBX刀片扩展机柜使得zEnterpriseSystem具备了Systemx与POWER刀片的扩展能力,这在大型主机的历史上是史无前例的,最多4个机柜可以提供8个刀片机箱共112个刀片服务器的扩展能力。
目前zBX只有一个型号,为Model002。
IBM工程师正在向zBX中安装一个新的x86刀片服务器
zBX的出现,意味着IBM将为大型主机赋予更多的使命,进一步解决传统企业IT架构中大型主机与下属POWER及x86系统的整合问题,因为部署大型主机的用户,肯定还会采用POWER或x86系统,而这两种系统的灵活加入(刀片的混载)则可以为客户提供灵活的解决方案,进一步帮助用户整合IT基础架构,从而也就进一步巩固了大型主机的地位。
在另一方面,借助这一架构,zBX还为zEnterpriseSystem贡献了新的处理功能,其中最主要的就是智能分析优化系统(SAO,SmartAnalyticsOptimizer)。
SAO是IBM基于x86刀片服务器而设计的,专门为zEnterpriseSystem提供额外的数据分析能力的系统,它其实是一套软硬件结合的,基于z/OS平台的DB2数据库的数据仓库与商业智能平台,为z/OS应用环境提供了迄今为止最高的数据分析能力,其数据分析性能是上一代z10主机的10倍,其主要组成就是IBMSmartAnalyticsOptimizerforDB2forz/OS软件(目前版本为1.1)和定制的SAO刀片服务器。
zBX最多可容纳56个SAO刀片,每个刀片配置为双路4核2.93GHz处理器,12条4GB内存(共48GB),一个32GB的SSD,双端口10Gb网卡,和8GbFCCIOv扩展卡。
有消息称,zBX只支持HX5刀片(基于X5架构),可根据这一规格,2.93GHz是HX5刀片不可能达到的主频,倒是很像英特尔的至强X5570(4核)配置,不过至强E5640(32nm,4核)在加入TurboBoost之后也是2.93GHz,由于至强5500面临淘汰,所以我们推测SAO刀片可能是基于至强E5640的。
除了SAO外,zBX支持的Systemx与POWER刀片配置如下:
zBX的Systemx刀片配置
zBX的POWER刀片配置
从配置上看,zBX的POWER刀片必是POWER7刀片无疑,若以性能角度分析应该就是PS701(单路,双内存控制器),而在Systemx方面,2.66GHz仍然不是HX5刀片所能达到的主频,低功耗方面(80W)也是至强7500和6500所达不到,而至强E5640(2.66GHz,80W)和至强X5650(2.66GHz,95W)倒是很符合所标注的规格,但是否真如笔者猜测的这样,还需日后进一步证实。
现在我们可以清楚的看出,zBX与zEnterprise196之间是怎么协同工作的
不过,虽然配备了Systemx刀片服务器,但IBM并没有打算让它去执行Windows应用,因为它是zEnterpriseSystem处理资源的一部分,最终还是要听从zEnterprise196的指挥,而在这方面IBM支持了自家的AIX系统(用于POWER7),但并没有为Windows打开一扇窗。
IBM计划在2010年底前在zBX平台上,提供POWER刀片,而对Systemx刀片的支持则在2011年上半年提供。
zEnterpriseSystem所支持操作系统,虽然有支持Systemx刀片的zBX,但并不支持Windows
总之,zEnterpriseSystem这次的设计很有新意,也让我们看到了IBM在大型主机上的用心良苦,不过这种“变形金刚组合”的方式也的确为大型主机增添了新的活力与能力,让它从原本封闭的形象开始转向兼容并包,从而也为大型主机打开了新的未来景象……
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 解析 IBM 新一代 zEnterprise 大型 主机