Реферат: НМС для серверных системных плат
подключаемая по Hub Interface микросхема 82801ER (ICH-5),
подключаемая по Hub Interface микросхема 6300ESB,
подключаемая по PCI Express x4 или х8 микросхема 6700РХН.
Контроллер ICH-5, хорошо знакомый по НМС для настольных ПК, обеспечивает работу шины РГЛ, двух каналов Serial ATA, предусматривает создание RAID-конфигураций. Характеристики микросхемы 6300ESB практически не отличаются от параметров ICH-5, но этот контроллер ввода-вывода больше подходит для серверных систем, так как в нем предусмотрено дополнительно две 64-бит 66-МГц шины PCI-X, позволяющих подключить до четырех устройств с этим интерфейсом.
Микросхема 6700РХН выполняет функции туннеля PCI Express—PCI-X и оснащена двумя независимыми шинами PCI, каждая из которых может работать в одном из следующих режимов: 32-бит PCI или 64-бит PCI-X с частотой от 33 до 133 МГц. Предусмотрена «горячая» замена PCI-устройств.
В наборах микросхем Е7520/Е7320 реализованы некоторые специализированные технологии, объединенные под общим названием Advanced Platform RAS. Среди них уже знакомые х4 SDDC, а также CRC-коррекция данных, передаваемых по PCI Express, зеркалирование памяти и др.
Intel E8500. Наборы микросхем серии Е7ххх предназначены для построения двухпроцессорных систем. Кроме них, в арсенале Intel есть и модели для создания серверов с четырьмя и более ЦП — они входят в семейство Е8ххх. Однако до последнего времени в этом семействе было только два НМС, предназначенных для процессоров Itanium 2 (о них рассказано ниже), и лишь в 2005 г. компания Intel представила первый набор микросхем для четырех процессоров Xeon. Им стал НМС Е8500.
В этот набор входят микросхемы E85OONB (North Bridge, «северный мост»), Е8500ХМВ (external Memory Bridge, внешний контроллер памяти), а также контроллеры ввода-вывода ICH-5 и 6700РХН, о которых уже было подробно рассказано. «Северный мост» набора оснащен двумя независимыми 667-МГц системными шинами, суммарная пропускная способность которых составляет 8,6 Гбайт/с. Встроенных контроллеров памяти не предусмотрено; они выполнены в виде отдельных микросхем (ХМВ) и подключаются к «северному мосту» по четырем независимым высокоскоростным интерфейсам IMI (Independent Memory Interface, независимая шина памяти) топологии «точка—точка».
Интерфейс IMI несимметричен, пропускная способность от NB .к ХМВ 2,67 Гайт/с, а в обратном направлении 5,33 Гбайт/с.
Контроллеры ХМВ — двухканальные, совместимы с памятью DDR266, DDR333 и DDR2-400. К каждому ХМВ может быть подключено до восьми модулей памяти (по четыре на каждый канал) объемом до 1 Гбайт. Таким образом, суммарный объем ОЗУ системы, построенной на базе НМС Е8500, может достигать 128 Гбайт (4x32 Гбайт).
«Северный мост» оснащен также интерфейсом Hub Interface, тремя PCI Express x8 и одним PCI Express х4: они используются для подключения контроллеров ввода-вывода и плат расширения.
Набор микросхем Е8500 обеспечивает когерентность кэшей всех четырех процессоров (ЦП работают с единым адресным пространством в SMP-режиме), 40-бит адресацию. Предусмотрены и средства RAS, такие, как код коррекции ошибок (ЕСС), зеркалирование и «горячая» замена модулей памяти, автоматическая проверка и восстановление данных в памяти — по запросу или дежурная. Кроме того, в Е8500 реализована технология Memory RAID, функциональные возможности которой аналогичны дисковым RAID-массивам.
ServerWorks GC-HE, GC-SL, GC-LE. Семейство наборов микросхем Grand Champion, предназначенных для Xeon-систем, пользуется у изготовителей системных плат не меньшей популярностью, чем фирменные решения Intel. В него входят четыре модификации, но только три из них предназначены для построения серверов, поэтому вариант Grand Champion WS, позиционируемый, как несложно догадаться по названию, в системные платы для рабочих станций, мы оставим за кадром. Наборы микросхем семейства Grand Champion разработаны уже более двух лет назад, но вследствие консервативности серверного рынка остаются актуальными до сих пор. В настоящее время ServerWorks входит в состав компании Broadcom, которая, судя по всему, не планирует в ближайшем будущем обновлять модельный ряд серверных НМС.
Все наборы микросхем Grand Champion строятся по модульному принципу и составляются по большей части из одинаковых компонентов. Этим они в немалой степени напоминают НМС Intel E8870, о котором будет рассказано ниже. Также, как и Е8870, каждый НМС Grand Champion имеет ключевую микросхему, коммутирующую потоки данных между ЦП, памятью и дополнительными устройствами — CMIC (Memory Interface Controller). К ней подключаются контроллеры памяти REMC, мосты ввода-вывода CIOB (Input/Output Bridge) и аналог «южного моста» — контроллер дополнительных интерфейсов CSB (South Bridge).
Флагман модельного ряда — набор микросхем Grand Champion HE (аббревиатура НЕ обозначает, судя по всему, High-End) предназначен для построения двух-или четырехпроцессорных систем на базе Xeon. Его ядро, микросхема CMIC-HE, имеет 400-МГц системную шину и позволяет подключить до четырех процессоров Intel Xeon MP. Она соединяется с четырьмя контроллерами памяти DDR200 (благодаря технологии чередования каналов они позволяют получить реальную пропускную способность, близкую к теоретическому максимуму — 6,4 Гбайт/с) и дает возможность использовать до 64 Гбайт памяти. Кроме того, CMIC-HE оснащена тремя фирменными 1,6-Гбайт/с интерфейсами IMB (Inter-Module Bus), через которые к микросхеме подключаются контроллеры СIOВ*Х (каждый из них обеспечивает два 64-бит 100-М Гц канала PCI-X), и одним интерфейсом Thin-IMB для связи с микросхемой CSB6. Последняя отвечает за работу 64-бит шины PCI 2.2, трех каналов АТА, контроллера USB (до четырех портов) и некоторых сервисных интерфейсов (клавиатура, мышь, VGA) и функций (мониторинг и управление системой электропитания).
НМС Grand Champion LE (Low-End) используется в системных платах для двухпроцессорных серверов младшего уровня. Микросхема CMIC-LE имеет 533-МГц системную шину, ее пропускная способность 4,3 Гбайт/с. Число каналов памяти уменьшено вдвое, контроллеры позволяют использовать память DDR266, так что производительность подсистемы памяти соответствует системной шине — 4,1 Гбайт/с. Максимальный объем ОЗУ у этого НМС 16 Гбайт.
Расширяемость системы несколько ниже, чем у НМС Grand Champion HE — микросхема CMIC-LE оснащена только двумя интерфейсами 1MB и одним Thin-IMB. Однако пропускная способность интерфейсов 1MB вдвое выше — 3,2-Гбайт/с каждый, а, кроме того, в состав НМС входят более современная версия моста ввода-вывода СЮВ-Х2, обеспечивающая работу двух 64-бит каналов PCI-X с частотой до 133 МГц, и универсальный контроллер СЮВ-Е, отвечающий за работу еще одной 133-МГц шины PCI-X и двух 1-Гбит/с Ethernet-портов. «Южный мост» системы не отличается от используемого в Grand Champion HE, его функции также выполняет микросхема CSB6.
Третий НМС семейства — Grand Champion SL, это упрощенная версия модификации LE. Микросхема CMIC-SL имеет только один 2,1-Гбайт/с канал памяти, максимальный объем ОЗУ ограничен 8 Гбайт. До одного сокращено и количество интерфейсов 1MB, так что в состав НМС может входить только один из двух доступных мостов ввода-вывода.
Наиболее заметное достоинство НМС семейства Grand Champion, помимо масштабируемости и сбалансированности системы, — это средства RAS (Reliability, Availability, Serviceability, надежность, доступность, простота обслуживания), выполняющие функции защиты от ошибок памяти, контроль ЕСС, автоматическое отключение неисправных модулей памяти и даже (в модификации Grand Champion HE) «горячую» замену модулей памяти.
Itanium
Intel E8870. Для самых высокопроизводительных процессоров Intel, Itanium 2, предназначен набор микросхем Е8870, построенный по модульной архитектуре, благодаря чему он обладает такими преимуществами, как масштабируемость (используя компоненты Е8870, можно строить системы самого разного уровня) и высокая степень унификации (в НМС Е8870 использованы компоненты от более простых наборов микросхем, но они не становятся «узким местом» системы). Основная идея, реализованная в Е8870, — организация высокоскоростных каналов, соединяющих основные компоненты системы.
Ядро системы — микросхема Е8870 (SNC, Scalable Node Controller), отвечающая за связь процессоров с остальными компонентами системы. Микросхема SNC оснащена 6,4-Гбайт/с процессорной шиной и позволяет подключить до четырех процессоров Itanium 2 на общей шине. Кроме процессорной шины микросхема SNC оснащена четырьмя интерфейсами для подключения контроллеров памяти. Пропускная способность каждого интерфейса — 1,6 Гбайт/с, соответственно суммарное значение для всех четырех шин 6,4 Гбайт/с, т. е. равно пропускной способности процессорной шины. Функции контроллеров памяти выполняют микросхемы E8870DH (DMH, DDR Memory Hub), каждая из них контролирует два канала памяти DDR. Максимальное количество модулей памяти, подключаемых к DMH, — восемь, соответственно всего к микросхеме SNC через четыре контроллера DMH может быть подключено 32 модуля, что при использовании 2-Гбайт модулей составит 64 Гбайт. Применение контроллеров DMH, помимо высокого уровня масштабируемости ОЗУ, позволяет значительно сократить задержки при работе с большими объемами памяти, благодаря наличию четырех независимых каналов.
В набор интерфейсов микросхемы SNC входят также два порта SP (Scalability Port) — двунаправленные интерфейсы, пропускная способность которых в каждом направлении 3,2 Гбайт/с, суммарная для двух двунаправленных портов SP — 12,8 Гбайт/с. Используются эти порты для подключения микросхем Е8870IО (SIOH, Server Input/Output Hub), к каждому порту SP может быть подключена одна такая микросхема. Задача узла ввода-вывода SIOH — обеспечить подключение оставшихся двух компонентов набора микросхем — контроллеров Р64Н2 и ICH4 (подробно описанным выше). Микросхема SIOH оснащена четырьмя интерфейсами Hub Interface 2.0 и одним — Hub Interface 1.5, и к ней может быть подключено до четырех контроллеров Р64Н2 и один ICH4. Теоретически каждый контроллер SNC может быть соединен с двумя узлами ввода-вывода, что позволяет оснастить систему на НМС Е8870 шестнадцатью каналами PCI-X.
Таким образом, состоящий из пяти компонентов НМС Е8870 можно логически разделить на две части: систему взаимодействия ЦП и ОЗУ и систему ввода-вывода. Как было показано выше, обе они отличаются высокой степенью масштабируемости, а в подсистему ввода-вывода, благодаря универсальным интерфейсам Hub Interface, входят контроллеры, применяемые и в НМС для менее мощных систем.
HP zxl. Компания Hewlett-Packard — основной партнер Intel в области разработки 64-бит процессоров Itanium и один из крупнейших поставщиков серверов высокого уровня, построенных на базе этого процессора. Инженеры HP разработали два фирменных набора микросхем, предназначенных для этого ЦП.
Наиболее распространен НМС zxl, предназначенный для построения двух- или четырехпроцессорных систем (о наборе sxlOOO, разработанном для создания систем с числом ЦП до 128, будет рассказано ниже).
Базовая комплектация zxl состоит всего из двух микросхем — zxl MIO (Memory & Input/Output Controller, контроллер памяти) и zxl IOA (Input/Output Adapter, контроллер ввода-вывода). Контроллер памяти zxl MIO оснащен 6,4-Гбайт/с процессорной шиной и позволяет использовать два или четыре процессора Itanium 2 на общей шине. В микросхеме zxl IOA предусмотрены контроллеры шин PCI и PCI-X, интерфейсы AGP и АТА. К центральной микросхеме zxl MIO может быть подключено до восьми контроллеров ввода-вывода, суммарная пропускная способность каналов, соединяющих их с zxl MIO, 4 Гбайт/с.
Память подключается к zxl MIO либо напрямую (имеется контроллер памяти DDR266), либо через микросхемы zxl SME (Scalable Memory Expander, масштабируемый интерфейс памяти). К двум 6,4-Гбайт/с интерфейсам может быть подключено до двенадцати микросхем zxl SME, максимальный объем ОЗУ 96 Гбайт.
Более четырех процессоров, коммутируемые системы
Opteron
AMD 8000. Архитектура набора микросхем AMD 8000, состоящего «всего» из трех компонентов, но позволяющего создавать вычислительные системы с количеством процессоров от одного до восьми, весьма необычна. Объясняется это тем, что, в отличие от большинства распространенных серверных ЦП, процессоры Opteron имеют встроенные средства для создания многопроцессорных систем. Каждый ЦП Opteron может иметь до трех встроенных контроллеров шипы HyperTransport, с помощью которых он напрямую подключается к другим процессорам. Контроллер памяти и коммутатор также встроены непосредственно в процессорное ядро, и с некоторой долей условности можно сказать, что для создания симметричной многопроцессорной системы с процессорами Opteron вовсе не нужны дополнительные микросхемы (подробнее см. «Процессоры»). Тем не менее это, разумеется, не так: последние необходимы для организации подсистемы ввода-вывода.
Как отмечалось выше, набор микросхем AMD 8000 состоит из трех компонентов. В качестве основной связующей шины применяется интерфейс HyperTransport, а две микросхемы из трех — AMD 8151 и AMD 8131 — представляют собой HyperTransport-туннели. Первая микросхема, AMD 8151, выполняет функции AGP-контроллера, помимо двух интерфейсов HyperTransport (16x16, 6,4 Гбайт/с) она оснащена интерфейсом AGP 8Х для подключения высокопроизводительных графических адаптеров. Однако необходимо отметить, что в системных платах для серверов она, как правило, не используется, а применяется при построении мощных рабочих станций. Вторая микросхема, AMD 8131, также HyperTransport-туннель, но несимметричный: один из двух интерфейсов HyperTransport, которыми оснащена AMD 8131, имеет меньшую ширину, тактовую частоту и соответственно пропускную способность — 800 Мбайт/с. Помимо интерфейсов HyperTransport, AMD 8131 оснащена двухканальным контроллером 64-бит 133-МГц шины PCI-X. Недавно компания AMD представила обновленную версию этой микросхемы — AMD 8132. У нее более высокопроизводительный интерфейс 1-ГГц HyperTransport (16x16, 8 Гбайт/с) и усовершенствованный PCI-X-контроллер, который может работать на частоте до 266 МГц.