Материалы по тегу: z15

25.08.2020 [14:06], Алексей Степин

Как устроен IBM z15: в мире больших процессоров

На фоне экономического спада, вызванного коронавирусной эпидемией, некоторые производители серверного оборудования чувствуют себя неплохо, в частности, к таковым можно отнести IBM с её серией мейнфреймов, основанных на архитектуре Z. Последним, пятнадцатым её воплощением является z15 и о «больших» машинах этой серии мы вкратце рассказывали читателям. Однако тем интереснее рассмотреть эти уникальные процессоры более детально — о них компания рассказала подробно на мероприятии Hot Chips 32.

Компания IBM недавно опубликовала отчёт, в котором говорится о росте продаж мейнфреймов — рост популярности разного рода удалённых сервисов неизбежно привёл и к росту потребности в вычислительных мощностях. Многие клиенты компании традиционно предпочитают запускать задачи класса mission critical не на оборудовании с архитектурой x86, а на доказавшей свою надежность z/Architecture.

Как уже говорилось, последняя на сегодня, пятнадцатая итерация z/Architecture изначально создавалась с прицелом на конфиденциальность, информационную безопасность и задействование в облачных средах. В IBM z15 модели 8561/T01 это означает до 190 клиентских ядер, что на четверть больше, нежели у аналогичной модели z14. При этом обеспечивается сквозное шифрование данных, вдвое более быстрое, чем раньше, а уровень надёжности и доступности составляет 99,999%.

Сердцем этого модельного ряда является z/15, по ряду характеристик — уникальный процессор. Так, частота 5,2 ГГц до сих пор не является чем-то обычным для мира x86, а z/15 на это способен, хотя и при водяном охлаждении, которое всё чаще встречается в современных ЦОД. При этом с точки зрения техпроцесса выглядит z/15 довольно консервативно, поскольку производится с использованием 14-мм норм SOI (Silicon-on-Insulator, кремний на изоляторе). Площадь 17-слойного кристалла составляет 696 мм2.

В отличие от серверов x86, z/15 вообще не предназначен для одиночной работы. Минимальная «единица» включает в себя четыре таких процессора на полку, и таких полок в системном шкафу может быть до пяти, а подсистема памяти и массивный кеш четвёртого уровня у полок общая; имеется также отдельный управляющий процессор (System Control Chip). «Межполочная» система соединений организована по принципу «каждый с каждым».

Процессоры z/15 бывают двух типов: основной и управляющий. Основной вариант состоит из 9,2 миллиардов транзисторов, имеет 12 ядер, каждое из которых сопровождается 8 Мбайт кеша L2 (по 4 Мбайт на инструкции и данные), кеш L3 общий для всех ядер, его объём — 256 Мбайт. Управляющий вариант (SC) сложнее, в него входит 12,2 миллиарда транзисторов, и это понятно: процессор содержит всю логику системных межсоединений и поддержания когерентности, а также массивный общий кеш L4 объёмом целых 960 Мбайт.

Мейнфрейм в целом включает в себя до 20 CP-процессоров. Общее количество ядер достигает 240, из них 190 являются конфигурируемыми со стороны клиента, использующего мощности системы. Объём оперативной памяти при этом может достигать 40 Тбайт. Подсистема ввода-вывода представлена 60 наборами PCIe 4.0 x16 и 192 платами ввода-вывода (максимально 384 канала). Помимо чисто количественного наращивания всех характеристик, включая объёмы кешей, z/15 содержит и ряд микроархитектурных новшеств.

Структура конвейера у z/15 отдалённо напоминает NetBurst (Pentium 4) — он изначально спроектирован для достижения максимально возможной тактовой частоты и имеет большую длину. Предсказание ветвлений у него асинхронное и осуществляется до выборки инструкций, сама выборка имеет глубину 32 инструкции на такт, разбор и декодирование происходит на скорости 6 инструкций за такт, предусмотрено расщепление CISC-инструкций.

Архитектура относится к разряду внеочередных (Out-Of-Order), каждый конвейер включает в себя четыре блока операций с фиксированной запятой (FXU) и два блока инструкций типа SIMD. Но помимо этих достаточно привычных функциональных блоков, z/15 имеет в своём составе и ряд так называемых «ускорителей» (accelerators).

Одним из таких ускорителей можно назвать блок, представляющий собой гибридный компрессор/декомпрессор данных, работающий по алгоритму LZ. Его наличие позволяет существенно разгрузить подсистемы памяти и хранения данных и повысить эффективность их использования. Ранее, в z/14 такая функциональность реализовывалась с помощью ПЛИС. Работал этот блок на частоте несколько сотен МГц, но за счёт его интеграции в основной кристалл скорость удалось повысить до более чем 5 ГГц.

Поскольку мейнфреймы серии Z очень популярны в финансовой среде, где безопасность транзакций является ключевым моментом, вопросам криптографии в z/15 уделено очень большое внимание. Аппаратно поддерживается эллиптическая криптография и модульная арифметика, однако все инструкции подписи, проверки и скалярного умножения прозрачны и открыты для программного обеспечения. При этом выполнение таких операций идёт в очередном и неспекулятивном режиме. В z/14 всё это было реализовано посредством отдельной платы Crypto Express6, а интеграция позволила повысить криптографическую производительность в 11 ‒ 22 раза.

Мейнфреймы IBM z15 могут иметь разную конфигурацию. Максимальная включает в себя четыре шкафа, самая быстрая версия использует жидкостное охлаждение. При этом уровень энергопотребления на 40% ниже, нежели у предыдущего поколения. Минимальная конфигурация — это один шкаф с одной процессорной полкой и тремя полками ввода-вывода. Последние общаются с внешним миром посредством FICON (разновидность Fibre Channel), 10/25GbE (с поддержкой RoCE), а также zHyperLink.

Последний вариант являет собой интерфейс «короткой дистанции», он не может сравниться по длине кабелей с FICON и, тем более, Ethernet, однако при подключении в SAN демонстрирует на порядок более низкий уровень латентности. Его основное предназначение — ускорение транзакций при работе z/OS с базами данных DB2.

В основном варианте мейнфрейм z15 работает под управлением популярной в банковской и ERP-среде операционной системы z/OS, надёжной и проверенной временем. Обычно стоимость таких комплексов весьма высока, но идея либерализации цен проникла и в эту консервативную отрасль. Весной этого года семейство z15 пополнилось относительно доступными версиями Model T02 и LinuxONE III Model LT2.

Первая — по сути, минимальный вариант конфигурации мейнфрейма, но вторая представляет больший интерес, поскольку изначально ориентирована на использование Linux вместо z/OS. Одной версией Linux она не ограничена, за счёт системы контейнеризации поддерживается RHEL, SUSE и Ubuntu, при этом виртуальные Linux-машины в контейнерах Secure Execution аппаратно защищены от несанкционированного запуска вне логической системы z15, для которой они были сконфигурированы.

Поддержка Linux органично вписывает z15 в мир, в котором становятся всё более популярными облачные гиперконвергентные среды.

Постоянный URL: http://servernews.ru/1018989
06.08.2020 [18:55], Алексей Степин

Продажи мейнфреймов IBM z15 стабильно растут, несмотря на COVID-19

Мировая пандемия COVID-19 сказалась на экономике большинства стран, и сказалась, в основном, негативно. Многим компаниям пришлось переоценивать свои приоритеты, что называется, на лету, а многим заказчикам оборудования — затянуть пояса. Однако влияние пандемии на ИТ-сферу более комплексно: так, меры по изоляции привели к росту сетевого трафика и популярности удалённых и облачных решений. В частности, продолжает расти популярность мейнфреймов IBM серии Z, новейшими из которых являются z15.

Машины серии z15 были анонсированы осенью прошлого года. Традиционно эти мейнфреймы используются в задачах класса mission critical, поскольку обеспечиваю соответствующую этим задачам высочайшие надёжность и качество обслуживания. Позднее, весной этого года появились недорогие версии z15, в том числе, с поддержкой Linux. В основе платформы z15 лежит новый 12-ядерный процессор с архитектурой IBM z/Architecture, способный работать на частотах до 5,2 ГГц.

System z15 создавалась с прицелом на применение в облачных сервисах и упор в новой серии был сделан на безопасность и конфиденциальность. Мейнфрейм использует сквозное шифрование и обеспечивает возможность мгновенного восстановления данных, что позволяет минимизировать задержки в нештатных и аварийных ситуациях.

Процессорный модуль IBM z15

Процессорный модуль IBM z15

Несмотря на ситуацию с COVID-19 IBM рапортует о стабильном росте поставок z15 и увеличении объёмов вычислительных мощностей, базирующихся на этой платформе. Даже пандемия не привела к падению продаж. Более того, в течение второго квартала прибыль от System Z выросла на 68%. К сегодняшнему моменту 75% важнейших банков в мире уже приобрели системы z15, 23 из 25 крупнейших мировых ритейлеров также используют эту платформу.

Более того, именно COVID-19 привёл к росту объёмов безналичных транзакций, а они, как уже понятно из популярности z15 среди банков, обрабатываются и на мейнфреймах IBM. Другой причиной роста продаж называют расширение спектра сценариев, в которых можно использовать z15. К этому можно приписать приобретение компанией IBM Red Hat и выпуск более доступных версий z15, включая LinuxONE, о чём мы уже рассказывали читателям.

IBM z15

Среди главной сотни клиентов IBM, пользующихся системами Z, 92 запускают нагрузки на базе ОС Linux и за прошедший промежуток времени между вторым кварталом прошлого года и вторым кварталом текущего процент Linux MIPS (вычислительной нагрузки) вырос на 55%. Такие сценарии включают в себя консолидацию серверов в объеме мейнфрейма (z15 делает это эффективнее систем на базе x86) и запуск крупных облачных сценариев. К тому же, платформа IBM Z обеспечивает более высокий уровень безопасности, а сама компания скорректировала ценовую политику таким образом, что стоимость запуска облачных платформ на системах Z стала сопоставимой с аналогичными сценариями на x86.

В целом, можно сказать, что пандемия COVID-19 сказалась на этом подразделении IBM благотворно. Платформа демонстрирует уверенный рост продаж, её популярность повышается благодаря тому, что разработчики постоянно работают над тем, чтобы сделать System Z более дружелюбной и «родной» для облачных сценариев. Практика уже показала, что эти мейнфреймы позволяют более гибко наращивать мощности при необходимости. Возможностью On/Off Capacity on Demand уже пользовались вчетверо чаще, нежели в прошлом году.

Постоянный URL: http://servernews.ru/1017627
15.04.2020 [23:00], Алексей Степин

Мейнфрейм, недорого: IBM представила z15 Model T02 и LinuxONE III Model LT2

Несмотря на торжество архитектуры x86, вычислений на графических процессорах и всеобщую унификацию, мейнфреймы сдаваться не собираются, поскольку есть ряд областей, где такие системы показывают себя лучше всего. В названии IBM System z последний символ означает «zero downtime», то есть, нулевое время недоступности. 

Компания продолжает развивать знаменитую серию и вчера объявила о расширении семейства мейнфреймов z15. Оно пополнилось двумя моделями начального уровня в стандартных 19" шкафах, использующих воздушное охлаждение — z15 Model T02 и LinuxONE III Model LT2.

z15 Model T02 (слева) и LinuxONE III Model LT2.

IBM z15 Model T02 (слева) и LinuxONE III Model LT2.

Сердцем этих машин является процессор z15, анонсированный 12 сентября 2019 года, имеющий 12 ядер с архитектурой z/Architecture и работающий на частотах до 5,2 ГГц. Компания-разработчик сделала вполне логичный шаг в сторону интеграции мейнфреймов с гибридными облачными средами, которые в некотором роде и являются идейными наследницами самой концепции мейнфрейма.

IBM z15: внутри «шкафа».

Благодаря стандартным габаритам, эти платформы легко могут быть установлены в любом облачном ЦОД, а при нужде — расширены с одной стойки до двух. Обе машины несут на борту 65 ядер z/Architecture 15 с частотой 4,5 ГГц и могут быть сконфигурированы практически под любую задачу. За счёт контейнеризации поддерживается запуск как родных z/OS-сред, так и, в случае с LinuxONE Model LT2, различных вариантов Linux, включая RHEL, SUSE и Ubuntu.

Процессорный модуль z/15 (данный вариант использует жидкостное охлаждение)

Процессорный модуль z/15 с четырьмя ЦП (данный вариант использует жидкостное охлаждение, но у новых недорогих систем оно воздушное)

IBM делает упор не только на надёжность и быстроту развёртывания, но и на безопасность. Системы поддерживают IBM Secure Execution for Linux — полностью изолированные виртуальные машины, запуск которых возможен только в хост-системе, для которой они подготовлены и сконфигурированы. Запустить или расшифровать такую VM вне конкретной машины z15 невозможно, так как все ключи хранятся «в железе». Более того, память виртуальной машины недоступна даже для хост-системы.

Процессоры IBM z/15 используют однокристальную компоновку

Процессоры IBM z/15 используют однокристальную компоновку

За управление контейнерами по-прежнему отвечает Kubernetes, однако доступа к данным внутри контейнеров Secure Execution у Kubernetes нет. Это немаловажно, поскольку мейнфреймы IBM серии z очень активно используются в различных задачах класса mission critical. Так, 48% ERP-систем, 45% систем учёта финансов и 43% систем управления коммерческим контентом по-прежнему работают на мейнфреймах IBM. Очень популярны эти системы и в среде блокчейн-проектов, именно в силу существенно более высокой в сравнении с традиционными x86-серверами степенью безопасности.

Ускоритель криптографических задач IBM Crypto Express 7S

Ускоритель криптографических задач IBM Crypto Express 7S

Иными словами, мейнфреймы вовсе не собираются сходить со сцены и активно развиваются, обрастая поддержкой новых технологий и становясь важной частью современной облачной парадигмы. Более подробно о новых моделях IBM z/15 можно на сайте компании-производителя. Стоимость систем стартует от $160 тыс., но каждая машина собирается под индивидуальный заказ, и цена может варьироваться.

Постоянный URL: http://servernews.ru/1008554
12.09.2019 [15:25], Константин Ходаковский

IBM представила новый мейнфрейм z15 с прицелом на конфиденциальность и облака

IBM представила новый мейнфрейм z15 — как сообщает производитель, эта платформа предназначена для исполнения критически важных задач в гибридной облачной среде и сделана с прицелом на обработку миллиардов транзакций в день.

На этот раз акцент сделан на конфиденциальность и безопасность. Дело в том, что предоставление общего доступа к данным в разных экосистемах сопряжено с высокими рисками. Например, результаты исследования Ponemon показали, что 60 % компаний сталкивались с утечкой данных по вине третьих лиц.

Для повышения безопасности IBM z15 использует сквозное шифрование. А после интеграции новой системы в гибридные облака клиенты IBM смогут воспользоваться функциями мгновенного восстановления для минимизации последствий плановых и нештатных простоев. Также новая платформа призвана ускорить процесс внедрения новаций за счёт облачных инструментов разработки.

В числе ключевых показателей производительности IBM выделила следующие особенности z15 по сравнению с z14:

  • на 14 % выше производительность на ядро;
  • на 25 % больше памяти;
  • до 190 ядер и до 40 Тбайт памяти;
  • ускорение шифрования в 2 раза;
  • исполнение до 1 трлн безопасных транзакций ежедневно;
  • запуск 2,4 млн Linux-контейнеров в одной системе;
  • уровень надёжности более 99,999 %;
  • улучшенные характеристики непрерывной работы благодаря функциям мгновенного восстановления, минимизирующим время простоя и последствия сбоев;
  • от 1 до 4 стандартных 19" стоек (вместо 24" у z14), при этом одностоечная система z15 занимает на 75 % меньше места по сравнению в серверами x86 и на 50 % — по сравнению с IBM z14;
  • оптимизации под современные технологии вроде блокчейна и искусственного интеллекта.
Сравнение основных характеристик z15 с z14 и z13

Сравнение основных характеристик z15 с z14 и z13

В z15 используются суперскалярные процессоры IBM, изготовленные по 14-нм техпроцессу FinFET. Ядра (Processing Unit, PU) способны декодировать до 6 инструкций и исполнять до 10 инструкций за такт. Каждое ядро включает 128 Кбайт кеша инструкций L1 и 128 Кбайт кеша данных L1, а также 6 Мбайт кеша L2 (4 Мбайт для данных и 2 Мбайт для инструкций).

В состав одного вычислительного модуля (Single Compute Module, SCM) могут входить от 7 до 12 ядер, работающих с частотой до 5,2 ГГц. Каждый SCM имеет собственную внутреннюю СЖО. Ядра дополнены общим L3-кешом 256 Мбайт eDRAM и пятиканальным контроллером памяти. Каждый канал поддерживает установку одного модуля DRAM ёмкостью до 512 Гбайт. Пятый канал нужен для формирования защищённого массива памяти (своего рода аналог RAID), так что эффективная ёмкость памяти составляет 4/5 от общей. 

Схема подключения процессорных блоков в z15

Схема подключения узлов в z15

Одна система поддерживает установку до пяти вычислительных узлов, соединённых по схеме каждый-с-каждым. Один узел включает четыре SCM и 960 Мбайт общего L4-кеша eDRAM. 

Хотя мейнфреймы считаются старомодными в технологической отрасли, крупные предприятия используют их для обработки транзакций. Мейнфреймы IBM сегодня по-прежнему обслуживают банки, страховщиков, транспорт, финансовые услуги и правительство.

А некоторые отрасли, особенно в развивающихся странах вроде Китая, приобретают такие системы, чтобы сократить занимаемое пространство и энергопотребление в центрах обработки данных. Система мейнфреймов может стоит от $250 тысяч и до полностью сконфигурированного кластера стоимостью от $4–5 млн. Каждая система IBM z создаётся под заказчика.

Мейнфреймы также весьма важны для аппаратного подразделения IBM, которое демонстрирует значительные успехи именно в этой области. С приобретением Red Hat платформа IBM z15 и операционная система z/OS сможет работать как с OpenShift, так и с контейнерами Kubernetes. Руководитель отдела мейнфреймов в IBM Росс Маури (Ross Mauri) отметил: «Добавление OpenShift в новую платформу — это лишь начало. Стратегия заключается в том, чтобы использовать OpenShift на всех ключевых платформах IBM».

Фронтальный вид полностью сконфигурированной системы z15

Фронтальный вид полностью сконфигурированной системы z15

Возможно, ключевое новшество z15 — Data Privacy Passports. Эта технология, основанная на аппаратном шифровании, добавленном ещё в z14, означает, что любые данные, созданные на z15, будут зашифрованы и защищены при отправке в общедоступное облако или стороннюю организацию. Ключи имеются только у отправителя данных, и их можно отслеживать.

Ввиду пристального внимания к безопасности эта технология весьма важна, потому что позволяет не только соблюдать высокие требования к конфиденциальности (в том числе правовые), но и расширить сферу применения систем. Также IBM z15 в сочетании с z/OS V2.4 обеспечивает удаление конфиденциальных данных из диагностических файлов в целях защиты от уязвимостей и невыполнения требований.

Тыльный вид полностью сконфигурированной системы z15

Тыльный вид полностью сконфигурированной системы z15

«Автоматизированное соответствие требованиям, предъявляемым к безопасности, очень радует руководителей ИТ-подразделений, потому что на это сейчас уходит порой масса человеко-часов. Если всё автоматизировано, это существенно упрощает жизнь для ИТ-специалистов и регулирующих органов», — подчеркнул господин Маури.

IBM также добавила инструменты, позволяющие клиентам лучше справляться с плановыми простоями серверов и быстрее восстанавливать системы после нештатных простоев. Ускорение  этих процессов, по словам IBM, было приоритетным требованием клиентов.

IBM Research уже продумывает дизайн z16 и z17, анализируя отзывы и предложения клиентов. Проектирование z15 включало сотрудничество с более чем 100 компаниями, и в процессе производитель получил около 3000 новых патентов. Процесс проектирования сложен и включает в себя выявление «болевых точек» клиентов и путей их решения, создание опытных образцов и прототипов, испытание их среди клиентов, анализ опыта использования и опросы. Также, идя навстречу клиентам, IBM предложила новые более гибкие схемы ценообразования.

Постоянный URL: http://servernews.ru/993966
Система Orphus