IBM Power8

IBM POWER8

Bandbreitenmonster für Big Data?

IBM hat in den späten Frühlingswochen des Jahres 2014 damit begonnen, erste Rechner auf Basis des neuen POWER8-Prozessors auszuliefern. Es liegen zwar erst wenige aussagekräftige und objektive Benchmarks vor, jedoch soll die Architektur enorme Leistungszuwächse in der Verarbeitungsgeschwindigkeit ermöglichen. In diesem Artikel werden die neuen Eigenschaften der Plattform vorgestellt.

Prozessoreigenschaften

Zunächst besitzt eine CPU der POWER8-Generation mehr Kerne im Vergleich zu POWER7 und bietet dazu SMT8, d.h. die Fähigkeit 8 Threads gleichzeitig durch einen Kern zu führen. Interessanterweise wird die Standardvorein­stellung im Betriebssystem AIX SMT4 sein, und somit die Ausführung von 4 Threads ermög­lichen. Es zeigt sich also, dass die hohe Parallelisierung auf Kosten der Leistungsfähigkeit des einzelnen Thread geht und sich somit ein weiteres Testfeld eröffnet, welche SMT-Einstellung für die zu behandelnde Arbeitslast die opti­male ist. Die bekannten Betriebsmodi in Form von SMT2 und SMT1 sind zudem weiterhin möglich.

Hauptspeicher

Auf dem Gebiet der Anbindung des Hauptspeichers setzt man nun auf einen, jedem DRAM Chip vorgelagerten, 16 MB großen Memory Buffer. Ein Prozessor schafft damit einen dauerhaften Durchsatz von 230 GB/s. Da es zwischen den einzelnen Prozessorgenerationen bisher „nur“ Steigerungen um 50 % gab, ist die jetzige Durchsatz­steigerung im Vergleich zu POWER7 von über 200 % enorm.

OpenPOWER-Konsortium

Des Weiteren wurde ein Augenmerk darauf gelegt, die POWER8-Baureihe offen für Hardwarezulieferer zu ge­stalten. Die OpenPOWER-Plattform gestattet es Hardware­herstellern über eine offengelegte Architektur und neu entwickelte Schnittstellen eigene Systeme auf Lizenzbasis der neuen Prozessorgeneration zu entwickeln. Teilnehmer bei OpenPOWER sind jetzt schon Google, die möglicher­weise eigene Server bauen möchten, sowie Samsung und als Grafikkarten­hersteller Mellanox und Nvidia.

Hardwareerweiterungen

Ebenfalls neu ist das auf dem PCI-Express Bus sitzende CAPI (Coherence Attach Processor Interface), welches Komponenten wie FPGA (Field Programmable Gate Arrays) und ASIC (Application Specific Integrated Circuits) von Drittherstellern direkt und schnell mit dem Prozessor verbinden kann. Hiervon erhofft man sich drastische Performance-Verbesserung bei permanent ausgeführten Routinen, die dann nicht mehr vom Prozessor ausgeführt werden müssen. Ein Mehrwert dieser Technologie zeigt sich u.a. in der Beschleunigung von Ver- und Ent­schlüsselungsroutinen oder Kompressionsalgorithmen.

PCI-Peripherie

Ein weiterer Bestandteil der optimierten Anbindung von
Komponenten an das Systemboard ist die Unterstützung für PCI Gen 3. Das PCI-Gerät ist direkt an den Prozessor angebunden und benötigt keinen GX Bus mit I/O Bridge und hoher Latenz mehr. Mit der den PCI Gen3 Adaptern eigenen x16 Bauform (16 I/O Lanes) erreichen die Adapter eine Bandbreite von 32 GB/s. Zudem wurde die Kommunikation unter den Prozessorboards auf 2 „Sprünge“ reduziert und sorgt somit für einen erhöhten Durchsatz bei Systemen mit mehreren Boards.

SR-IOV

Die sperrige Abkürzung SR-IOV steht für Single Root I/O Virtualization, einer Erweiterung des PCI-Standards, der es verschiedenen Betriebssystemen gleichzeitig erlaubt, einen geteilten Zugriff auf ein PCI-Express-Gerät zu bekommen. Faktisch lässt sich somit ein geeigneter Ethernet-Adapter ohne Virtualisierungsschicht (d.h. Virtual I/O Server) auf mehrere Partitionen verteilen. Dabei kann man jeder Partition eine „Scheibe“ der Bandbreite des Adapters zuweisen.

Auf diese Art verliert man allerdings die Möglichkeit der LPM (Life Partition Mobility). Dies ist analog zur Verwendung des HEA-Adapters der Power6/7-Bau­reihe. Weist man die Bandbreitenanteile des SR-IOV-Adapters allerdings dem VIOS zu, lassen sich diese über die bekannten Techniken, wie das Bilden von SEA (Shared Ethernet-Adaptern) wieder virtualisiert den Parti­tionen zur Verfügung stellen, wodurch man die LPM-Fähigkeit er­halten kann.

Verfügbare Modelle

Seit April werden die ersten POWER8-Systeme vertrieben. Dies sind zunächst Systeme mit 2 oder 4 Höheneinheiten (HE) und ein oder zwei Prozessor-Sockets. Die Prozessor­geschwindigkeit variiert zwischen 3,0 und 4,1 GHz und es sind zwischen 6 und 12 Cores pro Socket - je nach Maschinentyp - möglich. Im Vollausbau sind so auf einem System der Einstiegsklasse 196 Threads mit einem maximalen Arbeitsspeicher von 1 TB möglich, wenn die neuen 128 GB Speichermodule verfügbar sind. Vom bisher bekannten Namensschema wird insoweit abgewichen, als dass sich im Namen des Systems die Anzahl der Höheneinheiten und Sockets wiederfindet. So heißt das System mit 2 Sockets und 4 Höheneinheiten jetzt S842. Sie ersetzen die bisher erhältlichen Systeme Power 710 bis 740. Größere Systeme der Enterprise-Klasse (Power 770 – 795) werden erst ab 2015 lieferbar sein.

Linux-Unterstützung

Während diese Systeme weiterhin mit AIX oder Linux und der Virtualisierungsschicht PowerVM betrieben werden können, ist es ein weiteres Novum, dass ab jetzt Systeme angeboten werden (z. B. Typenbezeichnung S822L), die nur unter Linux laufen, darunter dann Red Hat Enterprise Linux 6 und 7, SuSE Enterprise Linux 11, Ubuntu 14.04 und Fedora 20. Da auf diesen Systemen kein PowerVM laufen kann, wird die Virtualisierung durch PowerKVM (Kernel-based Virtual Machine) sichergestellt. Dies ist ein gewichtiges Argument für den Umstieg auf POWER, den Migra­tionsaufwand für Linux-Administratoren möglichst gering zu halten.

Es ist das erklärte Ziel von IBM für Linux somit Hardware zur Verfügung zu stellen, die pro Leistungseinheit (z.B. SAPS) die günstigste Lösung darstellt. Man zählt stark darauf, dass aufgrund der Leistungsfähigkeit der einzelnen Cores, die Anzahl der Cores, die für eine Anwendung lizensiert werden muss, möglichst gering zu halten und somit zur
Kosteneinsparung beizutragen.

Quo Vadis AIX?

Die Marschroute der POWER8-Baureihe geht eindeutig in Richtung Linux und damit dem Servermassenmarkt der x86-Prozessoren. Doch was passiert mit dem bisherigen Zugpferd IBM AIX? AIX 7.1 wird mit neuen Technologie­leveln zwar die volle Hardwareunterstützung für POWER8 bieten, aber ein runderneuertes AIX 8 ist nicht in Sicht. Da IBM AIX allerdings weiterhin zur Virtualisierung auf die
PowerVM Suite zurückgreift und eben nicht auf der kostenreduzierten L-Serie läuft, erkauft man sich den Skalierungs- und Bedienungsvorteil von AIX teuer. Dies schränkt die Anwendung dieses Betriebssystems auf die Unterstützung von Unternehmenskernapplikationen ein. Die Ankündigung, mit der L-Serie günstiger in der Hardware pro Leistungseinheit als x86_64-basierte Systeme zu sein, ist ein Paukenschlag.

Fazit

Mit der POWER8-Plattform hat IBM eine Hardwarebasis geschaffen, die ausbalanciert zwischen extremer Prozessor- und Speicherleistungsfähigkeit auf der einen Seite und einer starken I/O-Leistung auf der anderen enorm hohe Datenraten verarbeiten kann. Vom eigenen Marketing „Bandbreitenmonster“ getauft, zielt diese Plattform auf Großkunden wie Google, die mit großen Datenmengen umgehen müssen. Big Data soll seinen Schrecken ver­lieren, bzw. es soll möglich sein, immer mehr Daten in einer Zeiteinheit verarbeitet zu können. In ihrer Linux-Version greift man eindeutig die Konkurrenz HP und Dell mit wettbewerbsfähigen Preisen an. Sicherlich wird auch die eine oder andere in Europa nicht besonders beliebte amerikanische Behörde Kunde der Plattform werden.

Dr. Uwe Bechthold ()

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Links

[1] Alle Informationen zur Hardware
[2] Getting started - Linux on Power
[3] Weitere Informationen erhalten Sie auf der IBM Internetseite

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