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HP ProLiant サーバ

目次
	≫	概要 / 本書で使用している略語 / はじめに
	≫	マイクロアーキテクチャの類似性
	≫	マイクロアーキテクチャの相違点
	≫	システムアーキテクチャの相違点
	≫	32ビットパフォーマンスの比較
	≫	まとめ / 付録A　/ 関連情報　/ ご意見をお寄せください

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業界標準サーバ用のx86プロセッサの特性 - AMD OpteronおよびIntel Xeon
技術概要、第2版

	概要

	HP ProLiantサーバポートフォリオには、Intel® Xeon® ファミリのx86プロセッサを使用するシステムと、AMD Opteron™ x86プロセッサを使用するシステムがあります。これらのプロセッサアーキテクチャがシステムプラットフォームに対して持つ意味をご理解いただくために、本書ではXeonプロセッサとOpteronとを比較して相違点を示します。x86プロセッサの32ビットコンピューティング空間と64ビットコンピューティング空間の両方について説明します。本書は、業界標準サーバテクノロジに精通したIT技術者の方を対象にしています。

	本書で使用している略語

本書では、以下の略語を使用しています。

略語	意味
2P	2個のマイクロプロセッサを搭載
4P	4個のマイクロプロセッサを搭載
8P	8個のマイクロプロセッサを搭載
AGU	アドレス生成ユニット(Address Generation Unit)
ALU	演算装置(Arithmetic Logic Unit)
CPU	中央演算処理装置(Central Processing Unit)。マイクロプロセッサのこと
DDR	ダブルデータレート(Double Data Rate)
DIMM	デュアルインラインメモリモジュール(Dual Inline Memory Module)
DP	デュアルプロセッサ(Dual Processor)
DRAM	ダイナミックランダムアクセスメモリ(Dynamic Random Access Memory)
FSB	フロントサイドバス(Front-Side Bus)
Gb	ギガビット(Gigabit)
GB	ギガバイト
GPR	汎用レジスタ(General Purpose Register)
KB	キロバイト(Kilobyte)
I/O	入力/出力(Input/Output)。キーボード、マウス、ビデオグラフィックなどの装置を指す
IT	情報技術(Information Technology)
MHz	メガヘルツ(Megahertz)
MP	マルチプロセッサ(Multiprocessor)
nm	ナノメートル(Nanometer)
ns	ナノ秒(Nanosecond)
OS	オペレーティングシステム(Operating System)
PCI	Peripheral Component Interconnect、周辺機器をコンピュータに接続するための規格
SDRAM	同期ダイナミックランダムアクセスメモリ(Synchronous Dynamic Random Access Memory)
USB	ユニバーサルシリアルバス(Universal Serial Bus)

	はじめに

	1980年代の初め以降、業界標準のコンピュータはx86命令セットアーキテクチャを使用してきました。この20年間に、x86アーキテクチャは浮動小数点計算やマルチメディア処理を容易にするために、命令およびレジスタを追加して拡張されています。この間、x86アーキテクチャは16ビットおよび32ビットのソフトウェアとの高度な互換性を保ち、ソフトウェアアプリケーションで重要な後方互換性を確保してきました。さらにx86アーキテクチャのパフォーマンスは向上し続け、コストは下がり続けています。

	Intelプロセッサの種類

Intel x86プロセッサには、さまざまな市場向けに構成された多くのバージョンがあります。本書の発行時点で、業界標準サーバ向けのIntel x86プロセッサの最新モデルは、Pentium® 4、Xeon、および90nm技術を使用するXeon MPプロセッサです。表1に示されたIntelプロセッサはすべてNetBurst®アーキテクチャを使用し、ハイパースレッディングテクノロジをサポートしていますが、コア周波数、システムバス周波数、キャッシュ容量はそれぞれ異なります。ハイパースレッディングテクノロジ¹は、1つのプロセッサコアでマルチスレッドレベルの並行処理を実現します。これらのプロセッサは、オペレーティングシステムやアプリケーションを64ビットでネイティブに実行できる、エクステンデッドメモリ64ビットテクノロジ(EM64T)をサポートしています。64ビット拡張テクノロジを使用することにより、IT企業は32ビットコンピューティングと64ビットコンピューティングに共通のプラットフォームを導入し、ビジネスに有益な64ビットコンピューティングに段階的に移行することが可能になります。

表1. Intelプロセッサの仕様(最大値は2005年10月時点のもの)
プロセッサ	コア周波数(GHz)	L1キャッシュ(KB)	L2キャッシュ(KB)	L3キャッシュ(KB)	FSB速度(MHｚ)	形状 (nm)	64ビットのサポート
ハイパースレッディングテクノロジをサポートするPentium 4	3.8	16K(データ) 12K(マイクロ命令)	2	なし	800	90	あり
Xeon	3.8	16K(データ) 12K(マイクロ命令)	2	なし	800	90	あり
Xeon MP(コードネームCranford)	3.66	8K(データ) 12K(マイクロ命令)	1	なし	667	90	あり
Xeon MP(コードネームPotomac)	3.3	8K(データ) 12K(マイクロ命令)	1	8	667	90	あり

Intelは、デスクトップ市場向けに設計した特定のPentium 4プロセッサにデュアルコアテクノロジを導入しました。 2005年第4四半期に、Intelはサーバ市場向けのデュアルコアプロセッサを発表しています。これらの最初のデュアルコアプロセッサでは、マイクロアーキテクチャに基本的な変更を行わず、既存のNetBurstおよびハイパースレッディングアーキテクチャを使用することが予定されています。
デュアルコアプロセッサとは、1つ以上のダイ上に2つの完全なプロセッサ実行コアを搭載した、単一の物理パッケージです。プロセッサの物理的実装方法はプロセッサベンダー間で異なり、また時間が経てば変わる可能性があります。デュアルコアアーキテクチャでは、計算スレッドを2つのコアに分散できるため、マルチスレッド化アプリケーションの利点が活かせ、複数のスレッドによる同一実行リソースへの競合が減少します。このため、マルチスレッド化されたアプリケーションでは、より高度なパフォーマンスが実現します。1つのパッケージ上に2つのプロセッサコアがあるため、シングルコアプロセッサと同等の電力予算を維持しながら、パフォーマンスを大幅に向上させることができます。
デュアルコアプロセッサを使用する場合は、ソフトウェアライセンスの変更の可能性を考慮する必要があります。本書の作成時点では、Microsoft社 ² などの主要なOSベンダーは、デュアルコアプロセッサを2つの個別のプロセッサとしてではなくシングルプロセッサへのパフォーマンス強化として扱っています(OSのバージョンにより異なります)。OSベンダーおよびアプリケーションベンダーに確認して、個々のライセンス要件を判断する必要があります。

ハイパースレッディングの詳細は、技術概要『The IntelR processor roadmap for industry-standard servers』を参照
(http://h20000.www2.hp.com/bc/docs/support/SupportManual/c00164255/c00164255.pdf )（英語)

Microsoftの2004年10月19日付けプレスリリースで、同社は、「現在プロセッサ単位でライセンス供与しているMicrosoftソフトウェアは、デュアルコアおよびマルチコアプロセッサを持つハードウェアに対し、コア単位ではなく、プロセッサ単位でライセンスを継続する」と述べています。このプレスリリースについては、
www.microsoft.com/presspass/press/2004/oct04/10-19multicorelicensingpr.mspx

(英語)を参照。

	AMDプロセッサの種類

2003年、AMDは第8世代のx86プロセッサ、Opteronを発表しました。Opteronは、64ビットで動作するオペレーティングシステムとアプリケーション用に、64ビット拡張機能(AMD64命令セット)を提供する業界初のプロセッサでした。 2005年、AMDはOpteronのデュアルコアプロセッサバージョンにより、ｘ86市場向けにデュアルコアテクノロジを導入した初のベンダーとなりました。 Opteronプロセッサは、プロセッサがシングルコアかデュアルコアか、2Pサーバで使用されるか4Pサーバで使用されるかに関わらない「ダイレクトコネクトアーキテクチャ」と呼ばれる一貫したアーキテクチャを使用しています。表2に示すように、このアーキテクチャには以下が含まれます。

1MBのL2キャッシュ、64 KBのL1命令キャッシュ、コアごとの64 KBのL1データキャッシュ
32ビット(x86)命令セットまたは64ビット(AMD64)命令セットのいずれも使用できる64ビットアーキテクチャ
プロセッサ間およびI/Oへの高速、ポイントツーポイント接続を実現する3つのHyperTransportインタフェース
プロセッサの速度で動作しPC3200までのDDRメモリをサポートする統合された128ビットメモリコントローラ

Opteronプロセッサはメモリコントローラを内蔵しており、HyperTransport (ポイントツーポイント)アーキテクチャを使用しているため、Xeonで使用されているようなフロントサイドバスは必要ありません。

表2. AMDプロセッサの仕様(最大値は2005年10月時点のもの)
プロセッサ	コア周波数(GHz)	L1キャッシュ(KB)	L2キャッシュ(KB)	L3キャッシュ(KB)	FSB速度(MHｚ)	形状 (nm)	64ビットのサポート
Opteron 2YY (シングルコア-2Pサーバまで)	2.8	64K(データ) 64K(命令)	1024	なし	N/A - 内蔵メモリコントローラ	90	あり
Opteron 2YY (デュアルコア-2Pサーバまで)	2.4	64K(データ) 64K(命令)	1024	なし	N/A - 内蔵メモリコントローラ	90	あり
Opteron 8YY (シングルコア-8Pサーバまで)	2.8	64K(データ) 64K(命令)	1024	なし	N/A - 内蔵メモリコントローラ	90	あり
Opteron 8YY (デュアルコア-8Pサーバまで)	2.4	64K(データ) 64K(命令)	1024	なし	N/A - 内蔵メモリコントローラ	90	あり

図1に示すように、Opteronシングルコアおよびデュアルコアプロセッサは、実行コアがクロスバースイッチによってメモリコントローラとHyperTranspotリンクと通信する、同じ基本アーキテクチャを使用しています。2つの実行コアには、プロセッサコア自体、64KB L1データキャッシュと命令キャッシュ、および1M L2キャッシュが含まれています。 Opteronデュアルコアを使用すると、マルチスレッド並行処理が実現します。

図1. シングルコア、デュアルコアのOpteronダイの構造

	AMDプロセッサの命名規則

Opteronプロセッサのモデルは、3桁のモデル番号、XYYで表されます。 Xは使用できるプロセッサの最大数を示します。すなわちプロセッサがシングルプロセッサ、デュアルプロセッサまたはマルチプロセッサシステム用に設計されているかを示します。³

100シリーズ - シングルプロセッササーバ。 HypeｒTransportリンクはI/Oとの接続のみに使用でき、他のプロセッサとの接続には使用できません。
200シリーズ - 最大2つのプロセッサを使用するサーバ。1本のHyperTransportリンクのみ他のプロセッサへのリンクに使用できます。
800シリーズ - 最大8つのプロセッサを使用するサーバ。3本のHyperTransportリンクすべてを、他のプロセッサへの接続に使用できます。

末尾の2桁の番号YYは、プロセッサシリーズ内での相対的なパフォーマンス、およびプロセッサがシングルコアかデュアルコアかを示します。シングルコアプロセッサは2の倍数で指定され、デュアルコアプロセッサは5の倍数で指定されます。すなわち、AMD Opteronプロセッサモデル244はシングルコアDPプロセッサで、AMD Opteronプロセッサモデル242よりもパフォーマンスに優れています。 AMD Opteronプロセッサモデル875はデュアルコアMPプロセッサで、AMD Opteronプロセッサモデル865よりもパフォーマンスに優れています。