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システムアーキテクチャの相違点

メモリコントローラ

今日のプロセッサはメモリサブシステムよりはるかに高速で動作しています。このため、メモリサブシステムを改良することで、プロセッサコアの速度やパフォーマンスを向上させるだけでは不可能なレベルに、システム全体のパフォーマンスを向上させることができます。XeonファミリプロセッサとOpteronプロセッサはどちらも標準的なDDR SDRAMを使用しています。ただし、Xeonプロセッサは別個のメモリコントローラに接続する、一般的なフロントサイドバス アーキテクチャを使用していますが、Opteronはプロセッサそのものに内蔵されたメモリコントローラを使用しています。

【Xeonのフロントサイドバス】

メモリのアーキテクチャを話題にする場合には、帯域幅、レイテンシ、およびスケーラビリティの3つの項目に注意する必要があります。

帯域幅
Xeonフロントサイドバス(FSB)は、コントローラとすべてのプロセッサが帯域幅を共有する、パラレルの64ビット マルチドロップテクノロジです。メモリコントローラはプロセッサとは別個のチップセットで、使用できるメモリの容量とタイプはチップセットの設計によって異なります(プラットフォームの設計者が決定)。通常、HPでは、Xeonファミリプロセッサを搭載したIntelまたはServerworksのチップセットを使用してきました。最大32GBのデュアルチャンネルDDR SDRAMをサポートしています。

最新のXeonファミリプロセッサは、800MHzのフロントサイドバスを使用してプロセッサとメモリやI/Oデバイスを接続します(図7)。これにより、最大帯域幅の合計は6.4 GB/sとなります。Xeonファミリの旧バージョンは400MHzまたは533MHzのフロントサイドバスを使用しており、総帯域幅は3.2 GB/sまたは4.3 GB/sに制限されていました。

レイテンシ
Xeonファミリプロセッサは、すべてのプロセッサがメモリに対して同等のアクセス権を持つ、対称型マルチプロセッシング環境に合わせて設計されています。メモリレイテンシ(プロセッサがメモリからのデータを要求するのに必要な時間)はすべてのプロセッサで同じです。HPの測定では、Xeonファミリプロセッサのメモリレイテンシは約120nsです。

【Opteron内蔵メモリコントローラ】

XeonのFSBアーキテクチャと異なり、Opteronプロセッサにはメモリコントローラが内蔵されています。これにより、メモリに関する3つの問題点のすべてに大きな利点がもたらされます。Xeonファミリプロセッサと比べ、帯域幅は広くなり、メモリレイテンシは少なくなり、スケーラビリティも向上します。

帯域幅
Opteronは、最大8枚のDDR DIMM(各チャネルに4枚)をサポート可能な128ビットインタフェースを備えたデュアルチャネルDDR SDRAMコントローラを内蔵しています。

このコントローラは、登録されたDIMMを使用するPC1600、PC2100、PC2700、PC3200 DDRメモリをサポートするように設計されています。実効転送速度400MHzで動作するPC3200メモリの場合、これによりチャネルあたり3.2 GB/s、両チャネル合計で6.4 GB/sの帯域幅がプロセッサに提供されます。旧バージョンのXeonプロセッサを搭載したシステムを使用するユーザにとって、これは、Opteronを使用するシステムでは最大で2倍の帯域幅を使用できることを意味します。

レイテンシ
図8は、システムアーキテクチャでのOpteronプロセッサとメモリの関係を示しています。各プロセッサにはローカルに接続されたメモリがあります。他のプロセッサは、プロセッサ内部のクロスバースイッチと、プロセッサ間の高速ポイントツーポイント インターコネクト(HyperTransportインターコネクト)を使用してそのメモリにアクセスできます。

図 8. 2-WayシステムでのOpteronとメモリの関係の例

図 9. メモリアクセス待機時に消費されるクロックサイクル数(出典: 『AMD Opteron Coverage ? Part 1: Intro to Opteron/K8 Architecture』6 2003年4月23日) 17

さらに、新しいバージョンのオペレーティングシステムでは、ローカルおよびリモートのメモリを活用する機能がOSに用意されています。ProLiant DL585などのHP ProLiantプラットフォームでは、ROMベースのセットアップユーティリティ(RBSU)で、プロセッサのクロスバースイッチを経由してリモートメモリにアクセスせず、サーバノード上のローカルメモリを検索するように設定できます。

スケーラビリティ
メモリは各プロセッサに増設できるので、総メモリ容量はプロセッサ数に比例して増大します。たとえば、4-WayのOpteronシステムは最大64GBのメモリを搭載できます。対応するXeonシステムでは32GBです。こうした大量のメモリを使用できるアプリケーションでは、Opteronベースのシステムを使用するとパフォーマンスが大幅に向上する可能性があります。

さらに、各OpteronプロセッサにそれぞれのメモリコントローラとHyperTransportリンクがあるため、利用できるメモリ帯域幅はプロセッサ数に比例して増大します。メモリコントローラを内蔵していることにより、複数のメモリ要求を並列化することも可能です。並行処理により、メモリへの実効帯域幅は増大し、メモリの平均レイテンシは減少します。

I/Oインターコネクト

既に説明したとおり、Xeonプロセッサは従来のフロントサイドバス テクノロジを使用して、I/Oとメモリにリンクするノースブリッジにプロセッサを接続しています。一方Opteronは、ポイントツーポイントのHyperTransportリンクを使用しています。AMDは、システム内のバス数を減らし、スケーラビリティの高いマルチプロセッシングシステムを可能にするためのハイパフォーマンスリンクとしてHyperTransportリンクを開発しました。

【Xeonノースブリッジ/サウスブリッジ 】

図 10. Xeon MPプロセッサ(400MHz FSB)とServerworksチップセットを使用した2-Wayシステムのアーキテクチャ例

【Opteron HyperTransport 】

図 11. HyperTransportテクノロジのOpteron内での位置付け

AMD 8131のHyperTransportトンネルは、グラフィックデバイスやストレージデバイスを含むI/Oサブシステムに、3.2GB/sの帯域幅を提供します。I/Oハブへの帯域幅はそれより狭いものですが、将来の拡張や高I/Oスループットの実現には十分な余裕があります(表5)。

18　ProLiant DL585の詳細は、『HP ProLiant DL585 Server Technology』を参照してください(http://h200005.www2.hp.com/bc/docs/support/SupportManual/c00180597/c00180597.pdf)。