Intel Itanium 2

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Itanium 2

Architektur des Itanium 2.

Der Intel Itanium 2 ist ein 64-Bit-Mikroprozessor mit VLIW-Befehlssatz (auch EPIC genannt) von Intel. Der VLIW-Befehlssatz ermöglicht es, bis zu drei Maschinenbefehle zu bündeln; diese Bündel werden dann gleichzeitig in einem Arbeitszyklus ausgeführt. Er ist der verbesserte Nachfolger des Intel Itanium-Prozessors, dessen Ursprünge auf eine gemeinsame Entwicklung von Hewlett-Packard und Intel zurückgehen. Wie der Itanium nutzt auch der Itanium 2 den eigenen nativen IA-64-VLIW-Befehlssatz. Die Befehle der älteren x86-Prozessor-Architektur können ebenfalls, aber nur in einem langsamen Firmware-Emulationsmodus, ausgeführt werden. Daneben bestehen Erweiterungen zur leichteren Migration der Hewlett-Packard PA-RISC-Prozessor-Architektur. Im Vergleich zu seinen Vorgängern wartet der Itanium 2 mit zahlreichen Funktionen aus dem Mainframebereich auf, hierzu gehören z. B. spezielle Features aus den Bereichen Fehlertoleranz und Virtualisierung.

Entwicklung

Der im Juli 2002 auf den Markt gebrachte McKinley-Kern behebt als erster Itanium 2 einige der größten Mankos des alten Itanium (Merced-Kern). So wurden die hohen Latenzzeiten der L1- und L2-Caches gesenkt und mit der Integration des L3-Cache auf dem Die auch dessen Latenz verbessert. Der verhältnismäßig langsame Front Side Bus wurde von 64 auf 128 Bit verbreitert und von 266 auf 400 MHz beschleunigt. Auch wurde die Ausführungsgeschwindigkeit der x86-Emulation erhöht. Die Architektur des Itanium 2 ist prinzipiell mit der des Itanium identisch.

Etwa ein Jahr später wurde die zweite Revision des Itanium-2-Designs veröffentlicht (Madison-Kern). Neu im Portfolio waren Prozessoren mit 1,5 GHz bei 6 MB Cache, 1,4 GHz mit 4 MB und 1,3 GHz mit 3 MB. Die 1,5 GHz-Version erreichte damals die höchsten SpecFP- und SpecInt-Werte eines in Serie gefertigten Einzelprozessors.

Mit dem Deerfield-Kern wurde im 3. Quartal 2003 eine stromsparende Version mit 1 GHz und 1,5 MB L3-Cache auf den Markt gebracht. Mit einer Thermal Design Power (TDP) von 62 W zielt er besonders auf Cluster, bei denen niedriger Stromverbrauch und gute Kühlung wichtig sind.

Probleme

Der Itanium ist das zweitteuerste Computerprojekt der Geschichte, gleich hinter der IBM 360. Trotz der Geldmengen, die in das Projekt investiert wurden, gibt es ernsthafte Bedenken bezüglich der Zukunft des Produkts Itanium, die sich im Wesentlichen um zwei Probleme drehen:

• Zum einen zeigen sich die theoretischen Vorteile des VLIW-Designs in Sachen verminderter Chip-Komplexität nicht am tatsächlichen Prozessor. Der Itanium 2 hat über 221 Millionen Transistoren, die zusammen 130 Watt an Leistung benötigen. Durch die Notwendigkeit eines größeren L3-Caches wird sich die Transistorzahl weiter erhöhen. Intel versucht derzeit, dafür an anderer Stelle Schaltkreise zu sparen. Allerdings ist die IA-64-Architektur auch nie auf diesen Vorteil fixiert gewesen, da mit dem Ziel, für jeden Datentyp eine große Anzahl an Registern zu bieten, um Speicherbandbreite einzusparen, eine große Anzahl Transistoren ganz bewusst Teil des Konzepts ist.

• Die Entwicklung eines Compilers, der dem Itanium erlaubt, sein Potenzial auszuspielen, hat sich als schwierig erwiesen, ist aber für eine hohe Leistung unabdingbar. Obwohl in dieser Richtung ständige Verbesserungen erreicht werden, gilt die Portierung von Software auf die Itanium-Architektur mit Augenmerk auf die Geschwindigkeitsoptimierung als besonders schwierig. Mit der Auslieferung des Itanium 2 hat sich aber die Software-Unterstützung im Vergleich zu vorher sehr verbessert. Zu den portierten Betriebssystemen gehören HP-UX, Linux (bereits vor Erscheinen des Prozessors für Kernel ab 2.3.35 entwickelt, Distributionen: Debian ab Version 3.0 »woody«; Red Hat Linux ab Version 7.2; Red Hat Enterprise Linux ab Version 3, ES+AS; Suse Linux Enterprise Server ab Version 8), Microsoft Windows XP, Microsoft Windows Server 2003, Microsoft Windows Server 2008 und OpenVMS ab Version 8.2. An der IA-64-Portierung für NetBSD sowie FreeBSD wird derzeit gearbeitet. HP plant, seine Tru64-Kunden zum Umstieg auf Itanium-Plattformen unter HP-UX, Linux oder Windows zu bewegen.

Zu den altbekannten Rivalen IBM mit der konkurrierenden IBM Power-Architektur und Sun mit der Sparc-Architektur, kommt heute eine weitere mögliche Bedrohung für Intels Itanium-Architektur aus dem Hause AMD hinzu. Die AMD64-Architektur und in Folge auch aus dem eigenen Hause die Intel 64-Architektur (auch X86-64 oder EM64T Netburst-Architektur) der aktuellen Pentium und Xeon Prozessoren. Sie folgt AMD/Intels früherer Vorgehensweise, eine einzelne Architektur nach und nach zu erweitern, erst vom 16-Bit-8086 zum 32-Bit-80386 und neueren Modellen, ohne die Abwärtskompatibilität zu opfern. AMD64 erweitert die 32-Bit-x86-Architektur durch 64-Bit-Register und Kompatibilitätsmodi für alte 32-Bit- und 16-Bit-Software. Die Auslieferung von AMD64-Systemen begann Mitte 2003 und entwickelte sich sehr erfolgreich, Intel integrierte daher ab 2004 ebenfalls die X86-64 Erweiterungen in eigene Systeme.

Ein Misserfolg des Itanium 2 würde auch einen Rückschlag für Hersteller wie Hewlett-Packard bedeuten. HP hat seine hauseigene CPU-Architektur PA-RISC zu Gunsten des Itanium 2 eingestellt. HP und SGI liefern neben Itanium auch zusätzlich AMD64-Systeme aus, sowohl mit Xeon wie auch Opteron CPUs. Im Supercomputingbereich sind inzwischen sehr viele Systeme X86 und AMD64 basierend.

Performancevergleich mit Power7 und Xeon

Nach ersten Benchmarks mit Itanium 9350 liegt die CPU im SPEC Benchmark Vergleich CINT-2006-Rate und CFP-2006-Rate sehr deutlich hinter der aktuellen Power7 Familie von IBM und ebenfalls hinter den aktuellen Xeon CPUs von Intel (zur besseren Vergleichbarkeit wurden die Power7 Testergebnisse auf 8 Cores normiert^[1]).

• HP Integrity BL860c i2 (1.73 GHz/24MB Quad-Core Intel Itanium 9350): CINT-2006-Rate: 134; Cores: 8; CPUs: 2; Datum: März 2010
• HP Integrity BL860c i2 (1.73 GHz/24MB Quad-Core Intel Itanium 9350): CFP-2006-Rate: 136; Cores: 8; CPUs: 2; Datum: März 2010
• IBM BladeCenter PS702 Express (Power7, 3.0 GHz, 8 Core estimated): CINT-2006-Rate: 260; Cores: 8; CPUs: 1; Datum: April 2010
• IBM BladeCenter PS702 Express (Power7, 3.0 GHz, 8 Core estimated): CFP-2006-Rate: 215; Cores: 8; CPUs: 1; Datum: April 2010
• Fujitsu PRIMERGY BX620 S5 (Intel Xeon E5540, 2.53 GHz): CINT-2006-Rate: 214; Cores: 8; CPUs: 2; Datum: September 2009
• Fujitsu PRIMERGY BX620 S5 (Intel Xeon E5540, 2.53 GHz): CFP-2006-Rate: 166; Cores: 8; CPUs: 2; Datum: September 2009

Weitere Entwicklung

Am 10. Februar 2010 wurde der nächste Itanium-Meilenstein mit dem Codenamen Tukwila vorgestellt, an dem viele Ingenieure des abgebrochenen Alpha-EV8-Projekts mitarbeiteten. Obwohl der neue Prozessor eine bis zu fünf mal höhere Leistung als sein Vorgänger bieten soll, werden als herausragendes neues Feature nicht die Geschwindigkeit, sondern die Eignung für das „Mission-Critical Computing“ herausgestellt.^[2] Innerhalb eines Zeitraums von 90 Tagen möchte HP erste Tukwila-basierte Server präsentieren, für diesen Termin werden auch erste Benchmarks mit dem neuen Prozessor erwartet. Tukwila ist als monolithischer Quad-Core-Prozessor angelegt, der dank Hyper-Threading über acht logische Kerne verfügt.^[3] Die Anbindung an das System übernimmt nun kein Front Side Bus, sondern erstmals zu benachbarten CPUs, zum RAM und zum Chipsatz hin eine QPI^[4]-basierte Verbindung. Alleine zum Speicher hin wird ein integrierter Vierkanal-Speichercontroller für DDR3-Speicher eingesetzt, der dank „Double Device Data Correction“ auch tolerant gegenüber zwei aufeinanderfolgenden Fehlern sein soll.^[3] Jedem Prozessorkern steht ein 32-KB-L1-Cache und ein 768 KB großer L2-Cache zur Verfügung, dazu kommt ein L3-Cache mit pro Core max. 6 MB Größe. Tukwila wird in 65-nm-Strukturbreite gefertigt und erreicht mit 24 MB L3-Cache eine Die-Fläche von 699 mm² bei 2,049 Milliarden Transistoren. Es gibt Versionen mit 130 bis 185 Watt TDP, im Vergleich zu den Vorgängern aber mit deutlich höheren Taktraten von bis zu 1,86 GHz.^[5] Daneben will Intel ab dem Tukwila auf eine so genannte „common platform“ setzen, die auch künftige Xeon-MPs auf Nehalem-Basis einbezieht. So sollen in Zukunft x86- und IA64-Prozessoren denselben Chipsatz verwenden können.

Auch wenn Intel bereits zwei weitere Tukwila-Nachfolger namens Poulson (soll ab 2012 erscheinen) und Kittson (voraussichtlich ab 2014) erwähnt hat,^[3] gilt die Zukunft der Itanium-Serie inzwischen nicht mehr als unbegrenzt gesichert. Da sich die Modellpflege und -verbesserung seit 2007 immer wieder enorm verzögert hat, sind inzwischen mehrere große Hardwarehersteller vom Itanium abgerückt.^[6] Zu den großen Herstellern, die - Stand 2009 - Itanium-basierte Lösungen anbieten, zählen laut Itanium Solutions Alliance HP (mit 90 % Marktanteil) sowie in kleinerem Umfang Fujitsu, NEC, Hitachi und SGI. Zudem wird die Leistung der verfügbaren Itanium-CPUs mittlerweile (Stand 2009) z. B. von Intels eigenen nehalem-basierten Xeon-Prozessoren in vielen Punkten erreicht oder gar übertroffen. Gleiches gilt analog auch für die IBM-Power-6-Generation, die schon seit 2009 mit (lieferbaren) Multicore-CPUs und Taktfrequenzen von über 4 GHz aufwartet und ebenfalls seit 2010 durch eine weiter leistungsgesteigerte Power-7-Generation (45 nm, 8 Cores, 4 GHz) erweitert wurde. Auch ist fraglich, ob das Itanium-Projekt für Intel aus finanzieller Sicht überhaupt noch sinnvoll ist.

Red Hat hat bekannt gegeben, dass die Version 6 von Red Hat Enterprise Linux nicht mehr für Itanium umgesetzt werden soll.^[7]

Auch Microsoft verabschiedet sich laut Blog der Windows Server Division^[8] vom Itanium. Microsoft lässt den regulären Support für Intels Itanium-Architektur voraussichtlich zum 9. Juli 2013 auslaufen (extended Support bis 10. Juli 2018). Der Windows-Server 2008 R2, SQL-Server 2008 R2 und Visual Studio 2010 sollen die letzten Produkte des Softwareriesen sein, die für Intels Hochverfügbarkeitsprozessor entwickelt wurden. Als Grund wird die Leistungsfähigkeit der aktuellen x64 (AMD64 und Intel 64)-Plattform genannt, die mittlerweile auch den TPC-E-Benchmark (OLTP) mit 3,141.76 tpsE anführt und somit laut Microsoft ihre Eignung auch für „business-critical“ Bereiche unter Beweis stellt.

Ebenso hat Oracle am 22. März 2011 bekanntgegeben, die Weiterentwicklung von Software auf Itanium zu beenden.^[9]

Modelldaten

McKinley

• L1-Cache: 16 + 16 KB (Daten + Instruktionen)
• L2-Cache: 256 KB
• L3-Cache: 1,5 und 3 MB mit Prozessortakt
• 128 Bit Bus mit 200 MHz DDR (FSB400)
• Betriebsspannung (VCore):
• Leistungsaufnahme (TDP): 130 W
• Erstes Erscheinungsdatum: 8. Juli 2002
• Fertigungstechnik: 180 nm
• Die-Größe: 421 mm² bei 221 Millionen Transistoren
• Taktraten:
  • 900 MHz mit 1,5 MB L3-Cache
  • 1.000 MHz mit 3 MB L3-Cache

Madison

• L1-Cache: 16 + 16 KB (Daten + Instruktionen)
• L2-Cache: 256 KB
• L3-Cache: 1,5, 3, 4, 6 und 9 MB mit Prozessortakt
• 128 Bit Bus mit 200 und 333 MHz DDR (FSB400 und FSB667)
• Betriebsspannung (VCore):
• Leistungsaufnahme (TDP): 130 W
• Erstes Erscheinungsdatum: 30. Juni 2003
• Fertigungstechnik: 130 nm
• Die-Größe: 374 mm² bei 221 Millionen Transistoren
• Taktraten:
  • 1,3 GHz mit 3 MB L3-Cache (30. Juni 2003)
  • 1,4 GHz bei 1,5 MB L3-Cache (8. September 2003)
  • 1,4 GHz mit 3 MB L3-Cache (13. April 2004)
  • 1,4 GHz mit 4 MB L3-Cache (30. Juni 2003)
  • 1,5 GHz mit 6 MB L3-Cache (30. Juni 2003)
  • 1,6 GHz mit 6 MB L3-Cache (13. April 2004)
  • 1,6 GHz mit 9 MB L3-Cache (8. November 2004)

Deerfield

• L1-Cache: 16 + 16 KB (Daten + Instruktionen)
• L2-Cache: 256 KB
• L3-Cache: 1,5 MB mit Prozessortakt
  • 128 Bit Bus mit 200 und 333 MHz DDR (FSB400 und FSB667)
• Betriebsspannung (VCore):
• Leistungsaufnahme (TDP): 62 W
• Erstes Erscheinungsdatum: 8. September 2003
• Fertigungstechnik: 130 nm
• Die-Größe: 374 mm² bei 221 Millionen Transistoren
• Taktraten:
  • 1 GHz und 1,5 MB L3-Cache

Fanwood

• L1-Cache: 16 + 16 KB (Daten + Instruktionen)
• L2-Cache: 256 KB
• L3-Cache: 3 MB mit Prozessortakt
• 128 Bit Bus mit 200 und 266 MHz DDR (FSB400 und FSB533)
• Betriebsspannung (VCore):
• Leistungsaufnahme (TDP): 130 W
• Erstes Erscheinungsdatum: 8. November 2004
• Fertigungstechnik: 130 nm
• Die-Größe: 374 mm² bei 221 Millionen Transistoren
• Taktraten:
  • 1,6 GHz mit 3 MB L3-Cache (8. November 2004)
  • 1,3 GHz mit 3 MB L3-Cache (8. November 2004)

Montecito

Doppelkernprozessor (Dual-Core) (außer Modell 9010)

• L1-Cache: 16 + 16 KB (Daten + Instruktionen)
• L2-Cache: 256 + 1024 KB (Daten + Instruktionen)
• L3-Cache: Mit Prozessortakt, Größe siehe Modellnummern
• IVT (außer Modell 9010), SoEMT
• 128 Bit Bus mit 200 und 266 MHz DDR (FSB400 und FSB533)
• Betriebsspannung (VCore):
• Leistungsaufnahme (TDP): 104 W
• Erstes Erscheinungsdatum: 18. Juli 2006
• Fertigungstechnik: 90 nm
• Die-Größe: 596 mm² bei 1.720 Millionen Transistoren^[10]
• Taktraten: 1,40 bis 1,60 GHz
• Modellnummern:
  • 9010: 1.60 GHz (6 MB L3-Cache und nur ein Prozessorkern)
  • 9015: 1.40 GHz (2x 6 MB L3-Cache)
  • 9020: 1.42 GHz (2x 6 MB L3-Cache)
  • 9030: 1.60 GHz (2x 4 MB L3-Cache)
  • 9040: 1.60 GHz (2x 9 MB L3-Cache)
  • 9050: 1.60 GHz (2x 12 MB L3-Cache)

Montvale

Doppelkernprozessor (Dual-Core) (außer Modell 9110N)^[11]

• L1-Cache: 16 + 16 KB (Daten + Instruktionen)
• L2-Cache: 2,5 MB (Daten + Instruktionen)
• L3-Cache: Mit Prozessortakt, Größe siehe Modellnummern
• IVT, SoEMT
• 128 Bit Bus mit 200 und 266 MHz DDR (FSB400, FSB533 und FSB667)
• Betriebsspannung (VCore): ???
• Leistungsaufnahme (TDP): 75 bis 104 W
• Erstes Erscheinungsdatum: November 2007^[12]
• Fertigungstechnik: 90 nm
• Die-Größe: 596 mm² bei 1.720 Millionen Transistoren
• Taktraten: 1,42 bis 1,66 GHz
• Modellnummern:
  • 9110N: 1.60 GHz (12 MB L3-Cache und nur ein Prozessorkern)
  • 9120N: 1.42 GHz (2x 6 MB L3-Cache)
  • 9130M: 1.66 GHz (2x 4 MB L3-Cache)
  • 9140N: 1.60 GHz (2x 9 MB L3-Cache)
  • 9140M: 1.66 GHz (2x 9 MB L3-Cache)
  • 9150N: 1.60 GHz (2x 12 MB L3-Cache)
  • 9150M: 1.66 GHz (2x 12 MB L3-Cache)

Tukwila

Offizielle Vorstellung am 10. Februar 2010

Vierkernprozessor (Quad-Core) (8 Threads)

Doppelkernprozessor (Dual-Core) (nur Modell 9310)^[13]

• L1-Cache: 16 + 16 KB (Daten + Instruktionen) pro Core
• L2-Cache: 256 + 512 KB (Daten + Instruktionen) pro Core
• L3-Cache: bis 6 MB pro Core (max. 30 MB Cache), mit Prozessortakt. Größe siehe Modellnummern
• IVT, SoEMT
• QPI integriert (DDR3 Memory Controller, max. Speicherdurchsatz (Nutzdaten) pro Core 34 GB/s)
• Leistungsaufnahme (TDP): 130 bis 185 W
• Erstes Erscheinungsdatum: 10. Februar 2010^[14]
• Fertigungstechnik: 65 nm
• Die-Größe: 699 mm² bei 2,046 Milliarden Transistoren
• Taktraten: 1,33 bis 1,73 GHz (1,86 GHz mit Turbo-Boost)
• Modellnummern:
  • 9310: 1.60 GHz, kein Turbo-Boost, Dual-Core (2x 5 MB L3-Cache, 130 W TDP)
  • 9320: 1.33 GHz, 1,46 GHz mit Turbo-Boost, Quad-Core (4x 4 MB L3-Cache, 155 W TDP)
  • 9330: 1.46 GHz, 1,60 GHz mit Turbo-Boost, Quad-Core (4x 5 MB L3-Cache, 155 W TDP)
  • 9340: 1.60 GHz, 1,73 GHz mit Turbo-Boost, Quad-Core (4x 5 MB L3-Cache, 185 W TDP)
  • 9350: 1.73 GHz, 1,86 GHz mit Turbo-Boost, Quad-Core (4x 6 MB L3-Cache, 185 W TDP)

Siehe auch

• IA-64
• IA-32
• Liste der Mikroprozessoren von Intel
• Extensible Firmware Interface

Weblinks

• Grundlagen zu Intels Itanium (Teil I) und Grundlagen zu Intels Itanium (Teil II)
• Server CPUs von 2005 bis 2007

Einzelnachweise

1. ↑ [1]
2. ↑ Tukwila is Here – What’s Next?, vom 8. Februar 2010
3. ↑ ^{a b c} Intel: Fact Sheet: Intel Itanium Update Briefing and Disclosures, vom 14. Juni 2007, abgerufen am 20. Juli 2009
4. ↑ TecChannel: Intel Tukwila: Quad-Core-Itanium mit QuickPath, vom 7. Februar 2008, abgerufen am 20. Juli 2009
5. ↑ TecChannel: Intel Tukwila: Quad-Core-Itanium mit 130 und 170 Watt, vom 8. April 2008, abgerufen am 20. Juli 2009
6. ↑ heise online: Unisys hält Grabrede für Itanium, vom 19. Februar 2009, abgerufen am 20. Juli 2009
7. ↑ [2] 18. Dezember 2009, Heise Open, Red Hat beendet Entwicklung für Itanium
8. ↑ Windows Server 2008 R2 to Phase Out Itanium vom 2. April 2010 (engl.) Blog der Windows Server Division
9. ↑ Oracle announced it has decided to discontinue all software development on the Intel Itanium microprocessor vom 22. März 2011 (engl.)
10. ↑ Intel Press Room: Itanium 2
11. ↑ Intel: Product Brief Itanium Processor 9100 Series
12. ↑ Heise online: Heimlichtuer Itanium
13. ↑ Intel® Itanium® Processor 9300 Serie
14. ↑ Intel feiert den Itanium Tukwila

Liste der Mikroprozessoren von Intel | Intel-Prozessoren | Modellnummern

Non-x86-Prozessoren: 4004 | 4040 | 8008 | 8080 | 8085 | iAPX 432 | i860 | i960 | Itanium | Itanium 2

Bis 4. Generation: 8086 | 8088 | 80186 | 80188 | 80286 | i386 | i486DX | i486DX2 | DX4 | i486GX | i486SL/SL-NM | i486SX | i486SX2

Pentium-Serie:  Desktop: Pentium (MMX) | Pentium II | Pentium III | Pentium 4 | Pentium 4 XE | Pentium D | Pentium XE | Pentium Dual-Core  

Mobil: Mobile Pentium 4 | Pentium M | Pentium Dual-Core   Server: Pentium Pro

Atom-Serie:  Atom  

Celeron-Serie:  Desktop: Celeron (P6) | Celeron (NetBurst) | Celeron D | Celeron (Core) | Celeron Dual-Core   Mobil: Mobile Celeron | Celeron M

Core-Serie:  Core Solo | Core Duo | Core 2 | Intel-Core-i-Serie: Core i3, Core i5, Core i7 (Liste)

Xeon-Serie:  Server: Xeon (P6) | Xeon (NetBurst) | Xeon (Core) | Xeon (Nehalem)