La montée du système 64-Bit

Présenté en mai 2001, Itanium d’Intel était le premier vrai processeur 64-bit pour la plate-forme PC depuis le retrait de l’Apha 64-bit de DEC (Digital Equipment Corporation). Microsoft a soutenu l’Itanium depuis ses débuts. Pour plus d’informations sur le support qu’a apporté Windows à l’Itanium, voir l’encadré « Windows 64-bit – ici et à nouveau ». La deuxième version du processeur – l’Itanium2 – a démontré son évolutivité haut de gamme en se classant plusieurs fois en tête du tableau TPC-C non clustérisé et occupe maintenant cinq des dix premières places TPC-C, en plus du meilleur benchmark SAP Sales and Distribution (SD) Users.

L’architecture de l’Itanium, baptisée IA-64 par Intel, diffère radicalement du modèle x86 32-bit. Le x86 32-bit utilise l’architecture CISC, dans laquelle le processeur est chargé de traiter une suite d’instructions complexes dans chaque cycle d’horloge. La possibilité d’exécuter des instructions multiples rend le processeur plus efficace mais complique sa conception, parce qu’il doit prérvoir et optimiser intelligemment le code qui sera exécuté. L’IA- utilise un jeu d’instructions différent dont l’efficacité dépend en définitive de la nouvelle technologie des compilateurs. Itanium est un processeur VLIW (Very Long Instruction Word) qui lit des chaînes d’instructions ou « mots » composés de multiples instructions combinées. Plusieurs CPU non polyvalentes, spécialisées, ont utilisé l’architecture VLIW, mais l’Itanium est la première implémentation comme microprocesseur polyvalent.

Sur le plan architectural, l’Itanium ressemble davantage à un processeur RISC qu’à un processeur x86. Cependant, une grosse différence entre l’Itanium et la technologie actuelle des processeurs modernes est l’utilisation de techniques de traitement parallèle améliorées. Traiter des instructions en parallèle est un exercice dans lequel la plupart des systèmes RISC ne brillent pas. L’Itanium peut traiter jusqu’à six instructions en parallèle par cycle d’horloge. Le nom donné par Intel au traitement parallèle de l’Itanium est EPIC (Explicitly Parallel Instruction Computing). La possibilité d’exécuter de multiples instructions en parallèle par cycle fait que les mesures de vitesse traditionnelles, fondées uniquement sur la vitesse d’horloge, sont trompeuses pour le processeur Itanium.

EPIC dispense la CPU d’effectuer un traitement dans le désordre complexe, comme c’est le cas avec l’architecture x86. Ici, c’est le compilateur – plutôt que la CPU – qui effectue la mise en parallèle du schéma des instructions machine. Le compilateur crée des instructions exécutables que le processeur exécute et, dans le cas de l’Itanium, il doit déterminer les dépendances de chaque instruction ainsi que les instructions qui peuvent fonctionner en parallèle. En théorie, le compilateur en sait plus sur le code que la CPU et il peut donc mieux estimer les chemins de code à venir. Ce concept promet de rendre le processeur plus efficace et dispense d’un programmateur d’instructions imbriquées. Toutefois, le succès de systèmes bâtis sur ce concept dépend grandement de l’aptitude du compilateur à optimiser ce code pour le traitement parallèle.

En éloignant l’Itanium de l’architecture x86, on efface le handicap de la virgule flottante dont a longtemps pâti la famille x86 (les systèmes x86 ont toujours traîné loin derrière les processeurs RISC dans leur faculté à traiter des calculs à virgule flottante). Cet éloignement laisse aussi beaucoup de place à de futures améliorations des performances. Mais voici qu’apparaît un problème notable : la compatibilité 32-bit. Pour exécuter les applications 32-bit existantes, l’Itanium fournit une émulation de matériel x86 conçue pour assurer la compatibilité avec le jeu d’instructions x86 32-bit. Cette émulation permet aux programmes binaires 32-bit existants de tourner sur des systèmes Itanium IA-64 sans rien changer à l’application. Malheureusement, comme avec l’ancienne plate-forme Alpha DEC 64-bit, l’émulation x86 de l’Itanium freine sensiblement la performance, de sorte que les applications 32-bit fonctionnent beaucoup plus lentement sur l’Itanium 64-bit que sur un système x86 32-bit natif. Ce compromis montre clairement que l’Itanium était destiné au marché des serveurs haut de gamme, dans lequel la compatibilité avec le logiciel desktop existant n’est pas une ardente priorité. La figure 1 présente une vue générale de la compatibilité des applications 64-bit et 32-bit de l’Itanium, en se concentrant sur les couches logicielles qu’un processeur Itanium utilise pour traiter le code 32- bit. Pour supporter nativement des applications 64-bit, le processeur Itanium 64-bit natif utilise des drivers de périphériques 64-bit natifs conjointement à Windows Server 2003 pour les systèmes basés sur Itanium 64-bit. Cependant, les applications 32-bit ont besoin en plus d’une couche d’émulation 32- bit, chargée essentiellement de traduire les instructions CISC x86 32-bit en instructions RISC 64-bit.

Le tableau Web 1 (http://www.itpro.fr Club abonnés) présente une vue d’ensemble des principales spécifications techniques de l’Itanium2 et offre une comparaison par rapport au jeu rival des processeurs 64-bit x86 d’aujourd’hui. Les systèmes Itanium2 actuels fonctionnent à la vitesse maximale de 1,5 GHz, mais ne vous laissez pas abuser par ce nombre. L’architecture EPIC de l’Itanium permet au système d’atteindre des niveaux de performances bien plus élevés que ceux d’un système x86 à 1,5 GHz. L’utilisation de grands caches de CPU contribue à améliorer les performances de l’Itanium. Les derniers modèles Itanium2 peuvent utiliser jusqu’à 6 Mo de cache CPU Level 3. Les futurs modèles Itanium2 seront multinoyaux, c’est-à-dire que deux noyaux de CPU résident dans une seule matrice. L’Itanium2 multinoyau est attendu en 2005.

En conclusion. L’Itanium2 est le processeur privilégié pour des scénarios informatiques haute performance. Le système Itanium2 est conçu pour de très grandes bases de données, des scénarios de consolidation de serveur, des solutions OLAP et Business Intelligence et des stations de travail graphiques dévoreuses de processeur : tous exécutant des applications IA-64 64-bit natives. Les benchmarks confirment clairement l’hypothèse de scénarios informatiques haut de gamme. Cependant, l’Itanium2 n’est pas conçu pour la compatibilité 32-bit. Bien qu’il soit capable d’exécuter des applications x86 32-bit, les applications 32-bit critiques fonctionneront mieux sur un système 32-bit ou sur l’un des nouveaux processeurs x86-64, dont il est question ci-après.