两款常见UNIX服务器的技术剖析

IBM和SUN是UNIX服务器产品的两个典型代表。IBM的System p系列以其令人信服的高可靠性和强大的OLTP处理能力在高端UNIX市场占据绝对霸主地位。SUN刚好相反，多年来一贯坚持低端路线，提供了大量的入门级SUN Fire产品，同时凭借低廉的价格也赢得了市场的青睐。

根据IDC的预测，未来三年UNIX市场的机会主要集中在8路以下中低端UNIX服务器产品上。IBM近年来通过高端技术下移，在中低端UNIX市场取得了长足的发展，由此引发了一系列市场格局的变化。
一) CPU和性能比较

SUN在中低端服务器中的采用的CPU主要有两种：UltraSPARC IV以及UltraSPARC IIIi。其中UltraSPARC IIIi是前代处理器，性能表现不如UltraSPARC IV，主要用在SUN的入门级服务器，比如SUN Fire V210/240/440中。SUN的中低端服务器主力型号，如SUN Fire V490/890/E6900等都采用的是UltraSPARC IV处理器，现在发展到UltraSPARC IV+。在V890中最多可以配置8颗UltraSPARC IV/IV+处理器。

图一是SUN UltraSPARC IV/IV+的基本结构示意图，从图中可以看出，两者的主要区别在高速缓存L2/L3上。SUN直到2004年才发布其双核处理器，采用了名为CMT （Chip Multhreading芯片多线程）技术，即UltraSPARC IV。从图一可以看出，UltraSPARC IV其实就是两个老的UltraSPARC III封装在一起。在UltraSPARC IV中的Cache结构和UltraSPARC III完全一样，每个内核有8MB L2高速缓存。 在最新发布的UltraSPARC IV+中，SUN又放弃了8 MB的L2高速缓存，改为2 MB的L2和片外的32 MB L3高速缓存结构。

如果我们只从SUN单方面的资料来看，可能会认为，SUN在产品上又有了新的提升。

图一：SUN UltraSPARC IV/IV+基本结构示意图

IBM在2001年就发布了业界第一款双核芯片---POWER4，凭借POWER4的超群性能和秉承大型主机的逻辑分区LPAR技术，IBM在UNIX服务器市场上的地位开始领先。

IBM的POWER架构发展迅猛，经过POWER4+的主频提升之后，IBM又在2004年发布了震动业界的POWER5。图二是POWER4/POWER5的示意图，POWER5的主要增强是将内存控制器置于芯片内部，同时将大容量的L3高速缓存从CPU到内存的通道上移出，逻辑上成为L2的扩充。

图二：IBM POWER4/POWER5基本结构示意图

通过以上的对比，我们可以看出，SUN最新发布的UltraSPARC IV+只是相当于IBM POWER4+到POWER5中间的一个产品。同IBM目前在System p5中采用的POWER5+相比，SUN的UNIX服务器至少落后一代以上的CPU技术，时间上将近三年。

IBM在2005年发布了POWER5+，目前已经将全系列UNIX服务器更新到 POWER5+处理器。IBM最新发布的POWER5+特别关注的是：业界第一款四处理器核心模块QCM（Quad-Core Module）。QCM技术将两个双核的POWER5+处理器封装在一个模块内，提高了性能和可靠性，同时将CPU的数量提高了一倍，降低了成本，从而用户可以使用到性价比更高的IBM UNIX服务器。

图三：IBM POWER5+ QCM四处理器核心模块

工业标准的性能基准测试指标反映了IBM和SUN在服务器性能表现上的差异。作为全面衡量服务器总体性能的TPC-C值，SUN已经多年没有测试了，并且宣布以后也不会测，SUN无法提供用户一个合理的V890的TPC-C参考值。IBM公布了多种配置的TPC-C值供客户参考。最新公布的16路POWER5+ TPC-C值超过了100万，根据相对性能指标，p5 550Q的TPC-C估计值在40万左右。

SUN公布了最高主频1.35 GHz UltraSPARC IV的SPECfp-rate 2000的测试值，在两个内核比一个POWER5+内核的情况下，IBM p5 550Q仍然超出20%。

从客户的角度来看，的确到了要求SUN用UltraSPARC IV+配置的V890和IBM System p5 550+/550Q比较的时候了。但是UltraSPARC IV+ 配置的V890的SPECfp_rate 2000是多少呢？SUN又没有公布。

二) 系统结构

虽然CPU是服务器的核心，其性能对整个服务器的表现影响很大，但是需要辅以均衡的系统结构才能发挥出CPU的运行能力。

从图四SUN Fire V890系统结构示意图中我们可以看到SUN经常提及的技术Sun Fireplane系统背板。所有的CPU/Memory模块和PCI总线都连接到Fireplane上。事实上，V890和更低端的V490是一样的系统结构，Fireplane是一个六口的交换机，其中的4口分别连接四个CPU/Memory模块，另外2口连接两个PCI桥接芯片。从而 Fireplane成为系统的瓶颈。这一点在SUN的白皮书<<The Enhanced SUN Fire V490 and V890 Servers Architecture>>中第23页明确注明：

在Sun Fire V490和V890中，系统的峰值带宽是4.8 GBps，是由于内存系统只有2.4 GBps的限制引起的

图四：SUN Fire V890系统结构示意图

另一方面，V890的9个PCI扩展槽全部挂在Fireplane上，两个66 MHz，另外七个全部是33 MHz。不能不说，在目前的服务器产品上，33MHz和66Mhz的PCI是最落后的配置了，可以算得上“古董”级别了。下面我们可以看到，IBM的p5 系列以前全部是PCI-X规格扩展槽了，运行频率为133 MHz，甚至配置了若干266 MHz槽位以满足用户对最高性能的需要。

SUN也未尝不想采用高速的PCI-X，只是受困于低速的150 MHz的Fireplane背板。其实V890的系统结构和已经淘汰的V880完全一样，只是将V880的两个UltraSPARC III说成一个CMT的UltraSPARC IV。系统总线和IO子系统不提高性能，整个服务器的瓶颈现象将更明显。

图五：IBM System p5 550+/550Q系统结构示意图

图五是IBM System p5 550+/550Q的系统结构框图。图中没有类似Fireplane的中间环节，而是从每个CPU/Memory模块直接导出的GX+总线驱动独立的IO 子系统。GX+有一个独特的属性是其带宽会随着CPU的主频提高而提高，在4路1.9G POWER5+的p5 550+上，GX+的带宽达到了10.12 GBps，同时内存带宽达到42.24 GBps。超出SUN v890的峰值4.8 GBps几乎10倍。

IBM System p5 550+/550Q主机支持5个PCI-X扩展槽，其中四个是133 MHz，一个266MHz，可以优先放置4GB光纤通道卡、万兆以太网卡等等高性能扩展卡。

三) 第三代UNIX服务器高级功能

UNIX服务器的发展经历了三代不同的应用模式。上个世纪八十年代的UNIX图形工作站属于第一代UNIX服务器产品；九十年代的第二代UNIX服务器以单一应用为主，强调性能和可靠性特征；第三代UNIX服务器的典型特征是系统的观念，以提高使用率、简化IT基础设施来整合系统。

虚拟化是目前UNIX服务器的先进技术。但是从SUN Fire V890服务器身上看不到任何虚拟化的特征。即便是满配的8路V890也只能作为一个单台服务器使用，只能运行一个应用。SUN Fire V890不支持Domain（域），还停留在第二代服务器的阶段。

IBM从POWER4开始支持逻辑分区LPAR，POWER4+支持动态逻辑分区 DLPAR。到POWER5、POWER5+支持完全意义上的虚拟化技术。每个POWER5/5+的CPU可以划分为10个微分区（Micro- Partition），并且按照1%的颗粒度调整CPU资源，大大提高了系统的使用率。IBM高级虚拟化技术支持虚拟以太网卡和虚拟SCSI卡，在微分区中，不需要配置物理网卡和SCSI卡就可以支持网络连接和存储系统。虚拟化技术提高了系统资源的使用率，同时降低了用户的总体拥有成本。

图六：IBM POWER5虚拟化

IBM System p5 550+最大可以划分为40个微分区，550Q最大可以划分80个微分区。逻辑分区和微分区需要相关软硬件的支持。

结论：

IBM System p5 550+/550Q和SUN Fire V890是IBM和SUN两款常见的UNIX服务器。广泛使用于政府、金融、网络与媒体、中小企业客户等等，在数据库和各种应用中发挥重要的作用。由于两者的市场定位比较接近，在市场上的竞争比较激烈。用户如何选择这两种产品，需要进行仔细的判断。通过以上的技术对比，我们可以看出，IBM System p5 550+/550Q更胜一筹。SUN Fire V890只是落伍的V880的机箱装上UltraSPARC IV处理器，最新的UltraSPARC IV+在尽力模仿两年前的IBM POWER5。配备POWER5+的IBM System p5 550+/550Q具有丰富的第三代UNIX服务器的先进技术，性能远超SUN Fire V890。