中小企业的绿色IT基石

关键词： 绿色IT 核处理器 中小企业 绿色节能

　　[计世网消息] 在美国桑尼维尔的一个中小企业，原来有33台服务器，现在合并到2台运行VMwareESX 3.0 的巴塞罗那服务器。而在美国奥斯丁的另一个中型企业，原有的117台服务器合并到7台运行ESX 3.0的巴塞罗那服务器上。这两个案例的虚拟化整合比率达到了17:1，节省了大量的功耗和运行维护成本。

　　绿色IT建设日益受到中小企业的重视，而虚拟化是实现绿色IT的重要手段。无论是节能降耗还是实现虚拟化应用整合，AMD巴塞罗那处理器都在企业后台发挥着重要的作用。

　　绿色从虚拟化开始

　　在中小企业的服务器设备中，发热量最大的部件首推中央处理器。

　　几年前，由于人们对数据中心功耗的快速上升趋势有所忽视，因此处理器设计和制造过程中更注重性能、成本而忽略了节能降耗问题，在服务器处理器的设计中尤为如此。2004年前后，这种局面达到了顶峰，POWER5、P4 Xeon和Itanium 2等处理器的热功耗（TDP）都曾达到或超过了150W。

　　从2006年开始，这种局面才得以扭转。在处理器制造过程中引入新材料、新工艺以降低漏电流，使得主流x86服务器处理器热功耗降到100W以下。并且，通过各种电源管理技术，使得处理器在低负载的工作状态下功耗更低。

　　相对而言，AMD在处理器的功耗控制方面一直有独到之处。AMD以皓龙处理器打入服务器处理器领域后，在低功耗方面一直保持领先地位。在2007年9月AMD推出的代号为巴塞罗那的皓龙处理器上，其节能设计得到了全面体现，具体包括改进的节能技术、优化的虚拟化特性和更高的性能，TDP最高120W。

　　中小企业把服务器整合作为节能降耗的重要手段，而x86平台上的应用整合意味着利用虚拟化技术把众多应用整合到新的高性能平台上去。这要求新平台必须具有两个特性，一方面对虚拟化环境有良好支持，另一方面要性能卓越，能承担多个虚拟机运行。兼具虚拟化与高性能特性的新一代巴塞罗那处理器，成为中小企业用户建设绿色IT的良好基石。

　　在构建高性能虚拟化服务器平台方面，巴塞罗那处理器有不少先天优势。“巴塞罗那”采用了增强的核心，具有增强的128位浮点加速器、AMD 内存优化技术、AMD 平衡智能缓存和快速虚拟化索引（RVI）技术等一系列领先技术，实现了性能的飞跃。由于采用了革命性的128位专用宽浮点加速器，SSE的执行带宽、指令拾取带宽、数据缓存负载带宽、L2/NB带宽等都有成倍的增长，而通过指令拾取带宽、数据缓存负载带宽两项技术优势避免了数据交换的瓶颈。另外，巴塞罗那采用了更深的36 级浮点调度器，进行独立的128 位操作。

　　目前正担负着国家973计划“计算系统虚拟化基础理论与方法研究”研究项目的华中科技大学计算机科学与技术学院院长金海教授表示，如果在一个硬件系统上运行多个虚拟机，那么如何保证从最底层的CPU到最上层的应用之间，物理机与虚拟机之间的高速高效的数据交换，以及虚拟机之间的高隔离度就成了重要课题。

　　通过研究VMware和Xen这样在Windows和Linux操作系统上的典型虚拟机产品，可以知道相较传统的进程迁移，虚拟机迁移的具有很大优势但同时带来不少挑战，例如在内存迁移、网络连接保持、用户数据迁移和虚拟机本身的效率等问题上还有提升空间。而这就需要有从底层硬件、固件到软件的同步提升，巴塞罗那就从CPU底层提供了良好的硬件支持。

　　例如DEV（Device Exclusion Vector）技术可以在内存中创建保护域，通过拒绝未经授权的内存访问请求，使得设备在未经授权的情况下，不得访问内存页面。实现了在硬件中嵌入安全性，从而提高虚拟机效率。

　　为了提升虚拟机与物理机之间的数据传送及翻译转换，巴塞罗那中使用了带标签的 TLB（Translation Look-aside Buffer，地址转换后备缓冲器，它是 CPU 中的一个表，用于存储最近使用的从虚拟到物理内存翻译记录），使得在多个虚拟机同时运行时，在内存地址中切换时可以令Hypervisor知道TLB与虚拟机之间的一一对应关系，从而提高虚拟机性能。

　　另外在性能方面，AMD的快速虚拟化索引技术（RVI, Rapid Virtualization Indexing）将以前在软件中执行的功能转移到CPU执行，能够让虚拟机和CPU直接通信，而无须通过传统的Hypervisor层，从而进一步提升虚拟化的性能。

　　绿色的巴塞罗那

　　在接受媒体采访时，金海教授AMD2] 曾表示，对巴塞罗那处理器的节能设计音响尤为深刻。巴塞罗那在功耗方面采用了更精细的内部控制。例如独立动态核心技术，实现了每个内核可以使用独立的频率工作，CoolCore技术实现了粗放模式和精微模式的电路控制。这两项技术都对于CPU省电有较大好处。

　　在巴塞罗那处理器上，AMD首次采用了CoolCore技术、独立动态核心技术（DICE，Dynamic Independent Core Engagement）和双动态电源管理（DDPM, Dual Dynamic Power Management）。

　　CoolCore技术是通过关闭处理器上暂时不需要使用的部分工作电路来降低能耗。利用CoolCore技术，在服务器工作负载不高的时候，系统可以降低功耗和散热。

　　独立动态核心技术通过让每个核心根据其特定应用的性能需求来调整时钟频率。利用独立动态核心技术，AMD的PowerNow！技术得以更好的发挥。AMD PowerNow!技术具有动态功耗管理（OPM）功能，通过开放标准的ACPI接口控制着处理器功率。

　　由于新一代多核处理器的性能普遍大幅提高，单一内核就可以满足很多传统应用对性能的要求。因此，很多传统服务器应用已经不再面向多内核处理器进行多线程、多进程优化，仅仅以单线程或双线程的方式运行。

　　如果没有独立动态核心技术，用多内核处理器运行上述传统应用就会出现功耗困境和浪费。因为传统应用只有一个或两个线程，只需要使用四核处理器中的一个或两个核心。此时，如果这个应用需要一个内核以接近百分之百的CPU占用率运行才可以满足需求的话，那么其它内核也不得不进行全速运行，这样50%至75%的系统功耗就会被浪费。而在服务器应用领域，传统应用的数量远远多于为多核处理器优化的应用程序，导致这种浪费现象在四核处理器上将非常普遍。

　　如此看来，四核处理器的采用甚至有浪费功耗之嫌。但是，独立动态核心技术解决了这一问题，避免了处理器内核资源的浪费。当系统工作负载水平并不高，只使用一个或两个内核就可以游刃有余时，系统会通过PowerNow！技术让任何一个闲置的巴塞罗那处理器内核降低工作频率甚至休眠。

　　此外，巴塞罗那处理器还有双动态电源管理，为CPU核心和内存控制器独立供电，支持核心和内存控制器根据应用需要以不同的电压工作。

　　巴塞罗那处理器明年采用45纳米工艺生产，产品代号为“上海”， 与现有巴塞罗那接口保持兼容，用户可以平滑省级，产品更加绿色节能。另外，2009年到2010年，下一代内存技术DDR3在性价比、性能方面会有效地超越DDR2，同时会出现新一代的PCIe-3技术，这些业界的关键技术趋势将推进平台进一步发展，届时也将推出新一代节能型的皓龙处理器平台。