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COURS HARDWARE

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5.A. Les processeurs serveurs PC

5.A.1. Introduction - 5.A.2. Pentium Pro  - 5.A.3 Microprocesseur Xeon - 5.A.4. Itanium - 5.A.5 Athlon 64 bits et Opteron d'AMD

Même si un microprocesseur PC standard peut être utilisé dans un serveur réseau (et vis versa), INTEL et AMD ont développé des microprocesseurs spécifiques pour les serveurs réseaux. Cette partie peut être vue dans le cours hardware 1 avec les processeurs ordinateurs standards ou avec le cours hardware 2 (spécificités serveurs). Je reprend ici les différents modèles utilisés principalement dans les serveur: l'historiques des modèles utilisés et les performances actuelles, y compris le passage au 64 bits vu dans le chapitre précédant.

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5.A.2. Pentium Pro

Le Pentium Pro est le premier processeur INTEL de 6ème génération, c'est un précurseur du Pentium II. Optimalisé pour les applications 32 bits. Ses performances sont moindres en Win95/98, il est optimalisé pour Windows NT sorti en même temps.

Utilisant un socket 8, sa principale caractéristique est de pourvoir travailler simultanément à 4 microprocesseurs. A part le cache L2 intégré au boîtier de 512KB on died, ses caractéristiques externes sont similaires aux Pentium et Pentium MMX: vitesse externe de 50 et 66 Mhz suivant les versions, vitesses globales variant de 150 à 200 Mhz sur une largeur de bus de données de 64 bits.

5.A.3 Le XEON

Sorti en mars 99, les premiers XEON sont proposés en 2 versions suivant la taille du cache (512K ou 1 MB). Contrairement au Pentium II qui en découle, le cache L2 est aussi intégré dans le même boîtier (on Died) que le processeur mais tourne à la même vitesse. La version suivante (septembre 1999) reprend les instructions multimédia du Pentium III, à ne pas confondre avec le pentium III S (basé sur l'architecture Tualatin, bi-processeur).

Les premiers Xeon utilisent le SLOT 2, remplacé ensuite par le socket 603, au même titre que le FC-PGA pour Pentium III: normal puisque ces processeurs utilisent la même architecture interne. En 2002 (architecture Netburst), INTEL propose les XEON MP qui intègrent en plus un cache L3 variant de 0.5 et 1 MB.

En avril 2003 avec le socket 604, la fréquence est de 3,06 Ghz.

Les performances de ces microprocesseurs sont surtout liées au nombre de processeurs utilisés simultanément (serveurs multiprocesseurs), du moins dans la version MP (multi-processeurs). Nous verrons ces particularités en deuxième avec les serveurs réseaux. Le système d'exploitation doit être compatible (Win98, Me, XP et Vista home ne gèrent pas le multiprocesseur, les versions Pro oui).

5.A.3.1. Particularité

Le XEON (version Prestonia) basé sur le Pentium IV utilise l'Hyper-Threading, également implantée dans les derniers Pentium IV, mais pas activée à la production pour les Pentium IV de fréquence inférieure à 3,06 Ghz. L'hyper-threading découpe le programme en petits morceaux (thread) pour les exécuter dans les différentes parties de l'architecture interne (calculs sur des entiers, réels, ...) simultanément.

Seulement deux thread peuvent être gérés en même temps tout simplement parce que les registres internes, l'accumulateur et le pointeur de programme sont seulement dédoublés. Intel annonce des gains de performance proche de 30 % mais difficile à évaluer puisque peu de logiciels sont spécifiquement programmés pour utiliser cette fonction.

Le principal intérêt est finalement l'utilisation de toutes les unités internes du processeur le plus souvent possible comme nous le verrons avec l'architecture interne des processeurs, notamment ceux d'INTEL.

Même si Intel parle de le réimplanter (fin 2008), l'hyper-threading a été abandonné avec le passage de la structure vers les Intel Core et Core 2 Duo.

5.A.3.2. Evolution 64 bits

Début 2004, INTEL annonce la sortie d'une nouvelle architecture XEON dénommée NOCONA. Ce microprocesseur utilise une architecture hybride 32 - 64 bits (comme l'Opteron d'AMD). Il se comporte comme un processeur 32 bits lorsqu'il tourne avec un système d'exploitation 32 bits et comme un processeur 64 bits lorsqu'il fait tourner des applications 32 bits ou 64 bits (indépendamment l'une de l'autre) lorsqu'il tourne avec un système d'exploitation 64 bits. 4 Xeon MP peuvent travailler simultanément.

5.A.3.3. Dual-Core - Quadri-core

Comme pour tous les microprocesseurs, l'évolution passe par le dual-core en 2005 (série 5100) En novembre 2006, le Xeon passe en Quadri-core (série 5300). Cette version utilise les mêmes cartes mères que la série 5100 et toujours la mémoire DDR2 - FB-Dimm.

5.A.4. L'Itanium et Itanium II

Le premier processeur 64 bits est sorti en 2001. Presque inconnu du grand public, ses caractéristiques en font une "bête de vitesse" par rapport aux processeurs bureautiques courants. Mi 2002, les fréquences possibles n'étaient que de 733 et 800 Mhz. L'architecture EPIC utilisée (Explicity Parallel Instruction Computing) lui est spécifiquement dédiée.

Le traitement des instructions et transferts externes se font en 64 bits sur de la simple mémoire PC100. La fréquence du bus de sortie est elle de 266 Mhz

Couplé avec le chipset spécifique (le 460 GX), les Itanium peuvent être configurés avec un banc allant jusqu'à 512 processeurs. L'Itanium utilise, comme les XEON, trois caches:

Cache L1 de 32 KB (16 K pour les programmes prédécodés + 16 K pour les données)

Cache L2 de 96 KB

Cache L3 de 2 ou 4 MB

L'itanium II sort fin 2002. Lui aussi multiprocesseur, ses caractéristiques ne sont pas très différentes de l'Itanium I (cache L1 de 32 KB, cache L2 de 256 KB. Les vitesses varient de 900 Mhz à 1,66 Ghz. Le cache L3 passe à la même vitesse que le processeur mais diminue (1.5 ou 3 MB).

Les dernières versions de l'Itanium 2 (06/2006) utilisent jusque 9 MB de cache L3. Pour ce processeur également, une version bicore est accessible.

5.A.5. Opteron, Athlon 64, Athlon 64 FX

Connus anciennement sous le nom de code "HAMMER", AMD développe 2 versions de son processeur 64 bits: l'Opteron et l'Athlon 64 bits. L'Opteron est la version serveur – station informatique de haute gamme, au même titre que l'Itanium et son successeur l'Itanium II. L'Opteron est sorti début 2003, l'Athlon 64 bits pour stations en septembre 2003, quasiment en même temps que l'Athlon 64 FX. Ces processeurs acceptent les instruction 32 bits standards mais également les applications 64 bits en fonction du système d'exploitation.

L'Opteron est dédié serveur PC et est décliné sous 3 versions: 100, 200 et 800 (respectivement de 0, 1 et 3 bus processeurs pouvant être utilisés pour des ordinateurs utilisant 1,2 et 8 opteron). Chaque version est décliné en différentes vitesses.

Contrôleur mémoire directement intégré dans le processeur, accélère les applications en réduisant les délais entre la mémoire et le processeur (latente) Exécution simultanée des applications 32 et 64 bits, plus de barrière 4 GB de mémoire maximum comme en 32 bits Hyper-transport, bande passante maximum de 22,4 GB (version 2.0 à 1,6 Ghz maximum) et socket AM2 ou 41,6 MB/s (vitesse maximum de 2,6 Ghz) avec le socket AM2+ (compatible avec le précédant).

Architecture Direct Connect des Opterons, Athlon 64 FX, Athlon 64 et Sempron 64.

Les différentes versions des processeurs AMD 64 se différencient par le nombre de canaux mémoire. Seul l'Opteron permet le multi-processeur, mais seulement dans les versions Opteron 2XX (2 processeurs) et Opteron 8XX (en théorie illimités) permettent le multi-processeur. Avec ses 2 canaux processeurs la série 8XX permet un nombre illimité de processeurs sur la même carte. En pratique, la limitation est de 4. Certains fabricants de cartes mères pour serveurs permettent via la commutation des bus d'atteindre 8 processeurs simultanés.

Le nombre limité d'opteron en multiprocesseur s'explique par la méthode de liaison entre les processeurs, elle est circulaire comme dans le schéma ci-dessous

Implantation des Opteron série 8XX en multi-processeurs.

Les principales modifications sont au niveau des registres par rapport à l'architecture K7: augmentation du nombre et de la taille pour accepter le mode 64 bits.

Deuxième modification, les processeurs 64 bits d'AMD gèrent directement la Ram et plus le northbridge du chipset. Ceci inclut un changement de socket lors du changement de type de mémoire. Les premiers Opteron utilisaient un socket 940 permettant de gérer deux bancs de mémoires RAM  de 32 bits en DDR333 Registred. D'autres versions utilisent le socket 939 (également utilisé par les Athlon FX 66) pour la DDR, les dernières l'AM2 (mémoire DDR2) et AM3 (DDR3).. 

Troisième modification, l'augmentation de la mémoire cache L2 (l'Opteron n'utilise pas de cache L3 contrairement à l'Itanium) qui passe de 512 KB à 1 MB.

Suivant les versions, l'Opteron utilise un ou trois bus Hypertransports. Ces derniers permettant le multi-processeur. La première version de l'hypertransport  permet des vitesses de transferts de 22,4 GB/s en mode bidirectionnel, soit 44,8 GB/s maximum et gère non seulement les transferts entre processeurs mais aussi la connexion vers le northbridge et donc les bus PCI-X, le PCI-E ou l'AGP. Le socket AM2 va permettre d'utiliser l'hypertransport en version 2.0 et l'AM2+ la version 3 (en restant compatible avec la version 2.0 le cas échéant.

L'évolution des Opteron et Athlon 64 passe également par le Dual-core, 4 core et 6 core. La taille des transistors est de 0,09µ.

Pour les caractéristiques Athlon 64, FX et Opteron

La suite sur les processeurs > 5.C. Technologie Dual-coeur -5.C. Processeurs portables - 6. Les bus internes PC