Ficando ecologicamente correto – e ganhando desempenho.

Como mais de um especialista em energia já observou, a eficiência desempenha um papel importante no consumo de energia, independentemente do contexto.

A estratégia de três famílias de servidores da Sun se encaixa perfeitamente nessa filosofia. Com base em três chipsets distintos desenvolvidos para cargas de trabalho específicas, o uso de cada servidor de uma família para determinadas situações pode ajudar muito na redução do consumo de energia, ao mesmo tempo aumentando a performance computacional.

Os servidores Sun Fire CoolThreads com processadores CMT (chip multithreading) UltraSPARC T1 são ideais para oferecer taxas de transferência transacionais maciças, o que os torna perfeitos para gerenciar grandes quantidades de transações baseadas na Web. Em áreas que exigem o chip x86 padrão de mercado, além de alta performance multithread e de ponto flutuante, talvez os servidores Sun Fire x64 com processador AMD Opteron sejam uma melhor opção. E para aplicações pesadas de banco de dados em que a performance monothread prevalece sobre o throughput, os servidores Sun Enterprise com UltraSPARC IV+ oferecem a capacidade de processamento necessária.

A otimização de cada máquina da família de servidores Sun para uso eficiente de energia e desempenho computacional é um processo constante que resultou em inúmeras inovações, sendo que outras ainda serão lançadas. Um exemplo disso pode ser encontrado nos preparativos da implementação do avançadíssimo UltraSPARC T2 para servidores CoolThreads, ainda este ano.

Esse processador adicionará mais funcionalidades a uma linha de servidores notável por lidar com tráfego intenso e aumentará o padrão de excelência em eficiência do processador. Uma visão geral do UltraSPARC T2 – e como ele aproveita o sucesso do UltraSPARC T1 – mostra como a Sun está fornecendo soluções que priorizam a performance e o consumo de energia.

Dobrar a contagem de threads virou lugar-comum
Há 16 meses, a Sun implementou o chip UltraSPARC T1 nas novas linhas de servidores CoolThreads T1000 e T2000 usadas para camadas de aplicação da Web. Esses ambientes, com seu número crescente de transações, refletem mais ou menos a maneira como o crescimento da população suga os recursos escassos. Mas na informática, pelo menos, a escalabilidade para atender à demanda crescente sem exigir mais espaço e recursos de energia fornece parte da resposta. Com oito núcleos por processador e quatro threads por núcleo, o UltraSPARC T1 atua como 32 servidores distintos trabalhando simultaneamente.

Por exemplo, no setor de telecomunicações, dominado pelo uso intenso de transações, em que os servidores CoolThreads T2000 são largamente implementados, alguns clientes relatam que reduziram os custos operacionais de data center em até 60% – e grande parte dessas economias se deve ao menor consumo de energia. Além disso, com a substituição de até cinco servidores de gerações anteriores por um único servidor baseado em CMT como o CoolThreads T2000, as empresas de telecomunicações podem diminuir a necessidade de expandir ou construir continuamente data centers, os quais geram um impacto ambiental que vai além do consumo de energia dos servidores.

Uma das causas dessas economias radicais na energia está no modo como cada um dos 32 threads separados em um servidor baseado em CMT interage com um banco de dados simultaneamente. Se um thread pára, os outros simplesmente continuam funcionando. Isso torna o chip ideal para uso em telecomunicações e outros ambientes caracterizados por intenso processamento de transações online (OLTP).

O roadmap de CMT da Sun continua respondendo aos desafios de OLTP dobrando o número de threads em um período de tempo relativamente curto. O UltraSPARC T1 tem 32 threads não-extensíveis, o que é suficiente para a maioria dos atuais ambientes com uso intensivo de transações, mas para aumentar a capacidade computacional e ao mesmo tempo diminuir o consumo de energia, o UltraSPARC T2 será fornecido com 64 threads não-extensíveis.

A Sun prevê a necessidade de estender a contagem de threads além de 64 instâncias separadas de um computador, e é por isso que o chip sucessor do UltraSPARC T2 (cujo codinome atual é Victoria Falls) está sendo projetado para ter 128 threads. Esses threads, porém, serão totalmente extensíveis. Isso possibilitará a integração de duas instâncias do Victoria Falls – ambas compartilhando memória comum através de um hub chip – para permitir um total máximo de 256 threads.

Então, quais são as características desses chips em comparação com a concorrência? A atual contagem de threads no UltraSPARC T1 é oito vezes maior do que a quantidade de threads encontrada no AMD Opteron e em muitos núcleos Intel. Além disso, a economia de energia não é equivalente. Um núcleo de UltraSPARC T1 ou UltraSPARC T2 consome cerca de 4 watts, enquanto esses núcleos da concorrência podem consumir até 25 watts. E em OLTP, tanto o chip UltraSPARC T1 quanto o T2 apresentam desempenho equivalente ou superior a um núcleo Intel considerando-se a carga de trabalho adequada.

Uma abordagem de bom senso reduz o consumo de energia
Outros desenvolvimentos com o UltraSPARC T2 e o Victoria Falls permitirão que esses chips CMT estendam sua eficiência a outros mercados além de infra-estrutura Web e servidor de banco de dados. Enquanto o UltraSPARC T1 atualmente tem um único ponto flutuante compartilhado por todos os processadores, o UltraSPARC T2 terá oito instâncias separadas de pontos flutuantes. Assim, esse chip com uso eficiente de energia se tornará uma opção bastante viável para outros mercados, como a bioinformática, que é definida em grande parte por ter muito conteúdo de ponto flutuante.

A conservação faz parte de qualquer plano de uso eficiente de energia, e o roadmap de CMT da Sun adota uma abordagem de bom senso ao racionamento de energia em funções de memória. Os controladores de memória no UltraSPARC T1 retêm energia no chip até cerca de 65 watts, enquanto o recurso de clock-eating desliga o clock quando não é necessário. Uma técnica economiza ainda mais energia ao medir a taxa de emissão das instruções, o que contribui para manter baixas as temperaturas.

O consumo de energia no nível do sistema aumenta ligeiramente com o UltraSPARC T2 e o Victoria Falls devido ao aumento de energia no núcleo e à memória DIMM com buffer total nesses chips. A inclusão de DIMM com buffer total tornará ambos os chips ideais para processadores e controladores com conexão direta que requerem um volume enorme de capacidade de memória em alta largura de banda.

Entretanto, o DIMM com buffer total também pode aumentar a latência e o consumo de energia. É verdade que esse aumento do uso da energia é compensado pela eficiência de mais threads, mas várias técnicas serão usadas para enfrentar os desafios dos novos recursos do UltraSPARC T2 e do Victoria Falls. Assim como pessoas conscientes desligam as luzes ao sair de uma sala, a memória do clock do UltraSPARC T2 e Victoria Falls detecta períodos de ociosidade e emite comandos que desligam os clocks até que o processador exija acesso, o que reduz o consumo.

Um segundo recurso de economia de energia pode ser encontrado na medição da memória. Isso ajuda a limitar o consumo de energia máximo do subsistema de memória. Os usuários definem a quantidade de ativações de memória que desejam permitir durante um período específico. O controlador então limita a ativação de memória, que ajuda a limitar o consumo de energia máximo.

Nos laboratórios da Sun, a economia de energia foi significativa. Testes preliminares indicam que executando o Solaris 10 com uso moderado de memória, o consumo de energia pode ser reduzido em até 50%.

Áreas que pareceriam improváveis de impedir o medidor elétrico de avançar também estão sendo usadas para reduzir o consumo de energia no UltraSPARC T2 e Victoria Falls. No SSL e em outras técnicas de autorização, o processamento em geral pára porque os dados são enviados para um processador SSL separado. Mas com o processamento de autenticação dedicada no próprio chip, o processo SSL é acelerado, fazendo com que um ou dois threads manipulem a autenticação – enquanto outros continuam processando outras tarefas.

Os servidores Sun oferecem verdadeiras opções de escolha para as empresas e o meio ambiente
O UltraSPARC T2 será um páreo muito difícil para muitos concorrentes fabricantes de processadores e servidores. Se incluídas as linhas Sun Fire x64 e Sun Fire Enterprise, todas as máquinas da família de servidores Sun representam um portfólio completo para soluções de data center com tipos específicos de cargas de trabalho que requerem tipos específicos de plataformas.

Aplicativos executados somente em um conjunto de instruções x86/x64 ou no Windows poderão tirar proveito dos servidores Sun Fire x64 baseados no processador AMD Opteron – e obter performance ainda maior quando a Sun dobrar a quantidade de núcleos mais adiante em 2007. Esse núcleo, vale ressaltar, é idêntico àquele usado em muitos desktops compatíveis com a norma Energy Star.

Tudo isso está relacionado às iniciativas da Sun de reduzir o consumo de energia no data center através de uma minuciosa análise de como a energia é realmente usada. Por exemplo, sob condições de carga leve, os sistemas com 16 e 32 núcleos podem migrar a carga de trabalho para cada vez menos núcleos. Apesar de não ser possível desligar esses núcleos por completo, eles podem ser desativados temporariamente da mesma maneira que o UltraSPARC T2 suspende funções de clock para o nível mínimo do consumo de energia.

Isso pode ser de grande ajuda durante períodos de relativa inatividade. Em situações caracterizadas por pontos mínimos e máximos, em que a carga pode variar entre 15 e 100%, os usuários agora podem consolidar quantidades crescentes de carga em cada vez menos servidores quando for apropriado.

Essa situação normalmente não caracteriza ambientes de banco de dados que dependem de servidores Sun Fire Enterprise com UltraSPARC IV+. Entretanto, essas plataformas certamente têm períodos de indisponibilidade. O mais importante para empresas que executam aplicativos que requerem performance monothread – como o SAP – é que a arquitetura de soquete de servidor Sun Fire Enterprise foi projetada para minimizar a ineficiência no consumo de energia.

A escolha da ferramenta certa para o trabalho certo não sanará todos os problemas de consumo de energia, mas gerará eficiência para que problemas de energia possam ser evitados. Além de escolher a ferramenta certa, a Sun também está analisando como essas ferramentas funcionam com outros componentes de TI. Por exemplo, a Sun em breve garantirá que fontes de alimentação mais eficientes funcionarão com todos os servidores Sun montados em rack, como a linha x64. Isso garantirá pelo menos 80% de eficiência da fonte de alimentação, independentemente do tamanho da carga em um servidor específico.

Livrar o mundo da energia à base de carbono provavelmente será um longo processo – e exigirá mais de uma maneira de abordar o problema. No microcosmo da TI que reflete o restante do mundo, a liderança da Sun em servidores e processadores está fornecendo muitas das respostas ao problema – agora e no futuro previsível.