7 ноября компания Sun Microsystems анонсировала новые рабочие станции Ultra, результат четырехлетнего труда над проектом Fusion ("Сплав").

Замысел проекта основывался на принципиально новой парадигме "Создать семейство компьютеров, открывающих эру сверхскоростного выполнения реальных пользовательских приложений". Поэтому разработчики с самого начала отказались от традиционных мерок в оценке производительности отдельных компонентов (процессора, шины, системы графического вывода и т.д.). Компьютер рассматривался ими как система, в которой не должно быть "узких мест", снижающих его производительность при выполнении реальных пользовательских приложений. Кроме того, каждый функциональный элемент нового компьютера должен обладать высоким потенциальным запасом для повышения его быстродействия при разработке впоследствии более мощных моделей.

В последнее время рабочие станции SPARC фирмы Sun, наряду с их использованием в компьютерном проектировании и разработках ПО, стали активно применяться в области управления финансами. А это означает, что для успешного продвижения на рынке компьютеры нового семейства должны обладать не только сбалансированностью всех функциональных компонентов, но и приемлемой ценой.

Такой подход определил облик Fusion как комплексного проекта, на первом этапе которого исследовались возможности различных архитектурных решений. В результате было доказано, что традиционную для SPARCstation шину Mbus, являющуюся самым "узким местом", в поставленных условиях использовать невозможно. Взамен ее была предложена новая архитектура компьютера будущего, названная Ultracomputmg. На самом деле это понятие определяет не только принципиальную новизну проекта, но и, по мнению авторов, охватывает новые возможности компьютерной обработки информации, открывающиеся с появлением семейства рабочих станций и серверов Ultra I и Ultra II.

В новой архитектуре все основные компоненты представляются в виде "узлов внутренней сети" коммутации, которые обмениваются друг с другом стандартными пакетами – блоками информации – через коммутатор UPA (Ultra Port Architecture) (рис.1). Такое представление компьютера позволило разработать спецификации на каждый из узлов: на процессоры (их может быть несколько), оперативную память (построена на базе используемых в SPARCstation SIMM'ов по 16, 32 и 64 Мб), подсистему формирования и вывода графических изображений, подсистему ввода/вывода информации.

Сама по себе идея обмена информацией с пакетной коммутацией не нова, такой принцип и раньше использовался в суперкомпьютерах, а теперь оказался воплощенным в настольных рабочих станциях. Однако реализовать этот обмен довольно сложно¹ во-первых, пересылать друг другу данные могут одновременно несколько узлов, а во-вторых, некоторые из периферийных устройств принципиально не в состоянии отсылать информацию стандартными блоками (в настоящее время его размер составляет 64 бита, но в дальнейшем компьютер может быть переведен на 128-, 256-и даже 512-разрядный обмен). Для этого в UPA-коммутаторе использованы дополнительные буферы коммутации (Buffered Memory Crossbar, BMX), с помощью которых нивелируются различия в разрядности портов периферии. Порты процессора, оперативной памяти и графической подсистемы спроектированы с различной разрядностью, что позволяет осуществлять обмен между ними с сопоставимыми скоростями: память с процессором обмениваются данными со скоростью 600 Мбит/с, а с графической системой -со скоростями 300-600 Мбит/с. Сам же коммутатор UPA продемонстрировал поистине космическую скорость – 1.2 Гбит/с в нормальном режиме и 1.3 Гбит/с на "пиках"! Разумеется, для работы с такими скоростями потребовался новый процессор UltraSPARC-1, создание которого началось одновременно с разработкой графической подсистемы и подсистемы ввода/вывода. UltraSPARC-1 спроектирован в соответствии с 64-разрядной спецификацией ранее использовавшихся процессоров SPARC, а потому способен выполнять все сгенерированные для них команды. Это обеспечило практически полную преемственность разработок, проведенных для различных разновидностей SPARC-процессоров. В то же время UltraSPARC-1 сохранил присущую предшественникам масштабируемость "снизу вверх" Созданные на сегодня версии процессора могут работать на частотах 143 и 167 МГц; на подходе чип с частотой 200 МГц.

UltraSPARC-1 может использовался не только в однопроцессорном, но и в многопроцессорных вариантах. В него введена принципиально новая возможность обработки графической информации (Visual Instruction Set, VIS), реализуемая специальным набором команд, с их помощью можно обрабатывать и выводить плоские и трехмерные изображения, проводить компрессию/декомпрессию видеоинформации по стандарту MPEG-2.

Распараллеливание обработки данных позволило довести число одновременно выполняемых процессором команд до 40 (!) А это, в свою очередь, вывело его на уровень наиболее производительных процессоров: UltraSPARC-1/167 демонстрирует быстродействие в 252 единиц SPECmt92 и 351 единицу SPECfp92. Старшая версия процессора с частотой 200 МГц уже показывает 332 и 505 единиц соответствующей шкалы быстродействия. Причем сами по себе эти цифры для создателей компьютеров Ultra не являлись самоцелью, им нужно было разработать сбалансированную систему, в которой пользовательские приложения в реальных условиях могли бы выполняться значительно быстрее.

Другим ключевым пунктом повышения производительности рабочих станций Ultra стала графическая подсистема Creator, которая должна была не только быстро выводить графику, но и обрабатывать двух- и трехмерные изображения на аппаратном уровне. Для "мгновенного" отображения почти 30 графических примитивов процессор UltraSPARC-1 был дополнен RISC-модулем, усложнившим его лишь на 3%. Однако это только одна часть подсистемы.

Значительно сложнее построить и преобразовать трехмерные графические изображения, что очень часто необходимо при решении задач компьютерного проектирования, в компьютерной томографии, при анализе структуры материалов и т д. Creator позволяет осуществить вывод до 2,4 миллиона трехмерных векторов и 780 тысяч треугольников на экран с разрешением  1280x1024 при 24-битной передаче. Наряду с высокой скоростью вывода графики Creator реализует возможности рисования в окнах, программной обработки видеоинформации без использования дополнительных устройств, формирование двух- и трехмерных изображений (рис. 2).

Особую роль в подсистеме играет графический контроллер, который является одновременно и буфером для хранения копий изображений (кадров), и графическим ускорителем. Центральное звено контроллера, Frame Buffer Controller (FBC), выполняет множество рутинных операций обработки графики "заливку", ввод текстов, прокрутку, кадрирование. С помощью графических средств процессора прорисовывается любой из примитивов, этот же узел контроллера формирует трехмерные изображения с учетом освещенности, условий "невидимости" плоскостей, поворота объектов.

Чтобы графика обрабатывалась с наибольшей скоростью, контроллер оснащен специальными модулями памяти, получившими название 3D-RAM (совместная разработка Sun Microsystems и Mitsubishi Electronics). Эти модули построены как блоки динамической памяти, объединенные 256-разрядной шиной с кэшами, выполненными на элементах статической памяти, что позволило поднять скорость передачи данных в кэш до 1,6 Гбит/с и одновременно снизить стоимость видеопамяти.

Число микросхем 3D-RAM можно изменять: контроллер включает либо 3, либо 12 модулей. Во втором случае (контроллер Creator-3D) можно обрабатывать трехмерные изображения в реальном масштабе времени. Кроме того, каждый модуль 3D-RAM включает в себя процессор обработки пикселей, что позволяет реализовывать средствами контроллера простую обработку растровых изображений ("дымка", "фокус").

Вы можете представить себе мощные рабочие станции, работающие локально, вне сети? Вот и создатели компьютеров Ultra не смогли себе представить подобное. Но только рассчитывали они на включение своих детищ в локальные сети типа Ethernet с пропускной способностью не ниже 100 Мбит/с. Такие скорости обеспечивают новые адаптеры, которые настраиваются на существующие кабельные сети и могут при необходимости снижать скорость передачи до 10 Мбит/с.

Нельзя обойти вниманием и новую версию операционной системы Solans 2.5, разработанную параллельно для поддержки станций Ultra. Хоть она и осталась по-прежнему 32-разрядной, фирма SunSoft по этому поводу не проявляет никакого беспокойства у разработчиков есть еще 2-3 года для планомерного перехода на 64-разрядные ОС. Кроме процессоров SPARC и UltraSPARC-1, эта операционная система поддерживает еще две перспективные платформы – Intel (включая Pentium Pro) и PowerPC в многопроцессорных вариантах, что придает ей свойства переносимости и масштабируемости.

Как продукт, который заведомо должен обладать абсолютной надежностью, Solaris 2.5 был подвергнут долгому и тщательному тестированию, к которому было привлечено более 1500 пользователей и около 500 независимых поставщиков программных продуктов. Для конечных пользователей будет небезынтересно узнать, что наряду с новыми сетевыми возможностями (например, использованием транспортного протокола TCP/IP и протоколов IPX/SPXсреды NetWare) и функциями администрирования данных в этой ОС реализована новая версия Wabi 2.1, которая позволяет запускать под Solans 2 5 более 20 известных приложений Windows, а также использовать средства мультимедиа и приложения в стандарте ODBC.

ОС Solans 2.5 выполнена в двух вариантах – настольном и серверном, поставляемых на CD-ROM. В обоих вариантах возможно использование среды разработки Workshop 2.0, которая позволяет создавать приложения с учетом новых возможностей компьютеров Ultra, в том числе и обработки графики (VIS). За счет распараллеливания программ, написанных на Си, их нового компилирования и компоновки на рабочих станциях Ultra скорость выполнения реализуемых приложений можно повысить вдвое.

Чтобы выйти на рынок без малейших затруднений для себя и пользователей, создатели Ultra постоянно тестировали новое семейство компьютеров на совместимость с наработанными ранее программными продуктами и существующими аппаратными средствами. Их усилия не были напрасными В результате бета-тестирования первой партии Ultra I с операционной системой Solaris 2.5 не выявлено ни одного сбоя в работе приложений, созданных для самых мощных SPARCstation-20. Причем работало все на поистине космических скоростях: реальные приложения выполнялись в 2-3, а иногда и в 6-10 раз быстрее. Именно это дало повод к появлению графического образа (см. начало статьи) новой архитектуры и философии компьютерной обработки сетевой эры Ultracomputmg.

В настоящее время Sun Microsystems выпустила рабочие станции Ultra 1 моделей 140, 170 и 170Е И если первые две модели являются как бы переходными, содержащими некоторые компоненты SPARC-компьютеров (ускоритель TurboGX, Ethernet 10Base-T), то последнюю можно считать "натуральной Ultra", включающей процессор 167 МГц UltraSPARC-1, графический контроллер Creator/Careator3D, Fast/Wide SCSI-2 и 10/100 Base-T Ethernet.

Многопроцессорный вариант Ultra-компьютера – Ultra 2 модели 2200, в котором используются процессоры 200 МГц UltraSPARC-l Уже в середине следующего года фирма обещает создать новый процессор UltraSPARC-II с тактовой частотой 250 МГц, которая затем может быть повышена до 300 МГц А тем временем авторы проекта, предвосхищая очередной виток захватывающей гонки на предельных скоростях, уже активно работают над созданием микропроцессора UltraSPARC-Ill.