x86- versus RISC-Architektur: Kein Risiko mit RISC

x86- versus RISC-Architektur: Kein Risiko mit RISC

15. Juni 2001 - Mit dem Itanium will Intel den Servermarkt aufmischen. Noch müssen sich die RISC-basierten Unix-Systeme aber nicht geschlagen geben.
Artikel erschienen in IT Magazine 2001/23

Der High-End-Serverbereich war lange RISC-basierten Unix-Servern von Herstellern wie Compaq, HP, IBM oder Sun vorbehalten. Intel vermochte mit seinen x86-Prozessoren trotz allen möglichen Anstrengungen auch seines Alliierten Microsoft nicht so recht Fuss zu fassen: Für den Einsatz von riesigen Datenbanken, ERP-Systemen und anderen High-End-Business-Anwendungen waren die Performance und die Skalierbarkeit der Chips des Prozessorgiganten regelmässig zu gering, die Stabilitätsprobleme mit dem darauf laufenden Windows-Betriebssystem normalerweise zu gross. Kaum ein grosses Unternehmen mochte sich den Unwägbarkeiten beim Einsatz der Produkte des Wintel-Dreamteams aussetzen.



Doch die Zeiten ändern sich. Schon heute versuchen immer mehr Linux-Supercomputer auf Basis von Intel-Server-Clustern, den traditionellen Spitzenreitern im Kampf um Performance und Skalierbarkeit den Rang abzulaufen.



Mit dem kommenden Itanium-Prozessor, dem ersten Vertreter von Intels neuer "Itanium Processor Family Architecture (IPF)", ehemals bekannt als IA-64-Architektur, will der Chipriese zumindest den Markt für Mid-Range-Server im Preisbereich von 100'000 bis zu einer Million Dollar kräftig aufmischen. Und mit Linux und Windows 2000 stehen auch Betriebssysteme zur Verfügung, die den traditionellen Unix-Varianten von HP oder Sun punkto Stabilität kaum mehr nachstehen.



Künftig dürfte es für Unternehmen deshalb zunehmend schwierig werden, sich für eine angemessene und gleichzeitig kosteneffektive Lösung für den Einsatz von grossen, geschäftskritischen Unternehmensapplikationen zu entscheiden. Haben die traditionellen RISC-Unix-Gespanne damit den Gipfel ihres Erfolgs erreicht? Ein kurzer Blick auf die Evolution heute gebräuchlicher Prozessor-Architekturen zeigt, dass die Geschichte so einfach nicht ist.


Kleine Chip-Typologie

Zusammen mit dem neuen Itanium existieren derzeit drei grundlegende Architekturen, auf denen alle heutigen CPUs mehr oder weniger basieren:




• CISC (Complex Instruction Set Computing) bildet die Grundlage für fast alle PCs - Intel- und AMD-Prozessoren basieren auf dieser Architektur. Typisch für dieses Chip-Design sind die komplexen Instruktionen von unterschiedlicher Länge, die die Prozessoren nach einer Umwandlung in Mikro-Instruktionen sequentiell abarbeiten können. Dahinter steckt die Philosophie, dass Hardware immer schneller arbeitet als Software. Typischerweise verarbeiten CISC-Prozessoren einzelne Instruktionen vergleichsweise langsam. Zusätzlich sind CISC-CPUs wesentlich komplexer im Aufbau. Performanceverbesserungen lassen sich bloss über höhere Taktfrequenzen (oder eine Reduktion des Instruktionssets) erreichen.




• RISC (Reduced Instruction Set Computing) benützt genau dieses Konzept des reduzierten Instruktionssets. Die Idee dahinter ist, mit einem möglichst kleinen Set von kurzen Instruktionen, die in einem Taktzyklus verarbeitet werden, auch komplexe Operationen zu ermöglichen. Die RISC-Architektur erfordert, dass der Code einwandfrei programmiert ist und vom Compiler richtig abgearbeitet wird. Der Compiler ist denn auch eines der Herzstücke der RISC-Architektur, das dank dem kleineren Befehlssatz immerhin vergleichsweise einfach geschrieben und optimiert werden kann. Zumindest theoretisch sind RISC-Prozessoren günstiger in der Herstellung, weil sie aufgrund der simpleren Instruktionen weniger Transistoren benötigen und dehalb einfacher designt werden können.



CISC- und RISC-Prozessoren lassen sich aus diesen Gründen nicht einfach so per Taktrate vergleichen. Aufgrund der unterschiedlichen Instruktionsverarbeitung arbeiten RISC-CPUs auch mit deutlich niedrigerer Taktrate gleich schnell oder sogar schneller als CISC-Prozessoren.



Aufgrund der hohen Performance wurden RISC-Chips wie Compaqs Alpha oder Suns Sparc auch in jüngster Zeit als die Prozessoren der Zukunft gepriesen. Andererseits benötigen diese CPUs aufgrund der einfacheren Hardware komplexere Software, was Entwickler dazu nötigt, für dieselben Tasks mehr Codezeilen zu schreiben als bei der CISC-Architektur. Und da letztere Chips gleichzeitig schneller und günstiger werden, wird auch ihnen eine grosse Zukunft prophezeit.



Dabei werden die Grenzen zwischen den beiden Architekturen zusehends fliessender. Moderne RISC-Chips bieten mitunter mehr Instruktionen als CISC-Prozessoren früherer Generationen. Gleichzeitig werden heute Technologien aus der RISC-Welt auch in CISC-CPUs implementiert - und das, obwohl aus Kompatibilitätsgründen ein grosser Overhead entsteht, der die möglichen Performancegewinne oft wieder zunichte macht.



Vereinfacht lässt sich sagen, dass CISC- und RISC-Architektur in den heutigen CPUs zunehmend ineinanderwachsen. Beide Technologien allerdings werden künftig mit der neuen Prozessor-Architektur zu kämpfen haben, die Intel und HP gemeinsam entwickelt haben:




• EPIC (Explicitly Parallel Instruction Computing) ist die Architektur, die hinter IA-64 und Itanium steckt und quasi die Vorzüge von CISC und RISC vereint. Dabei wird der Compiler mit mehr Logik ausgestattet und gibt dem eigentlichen Rechenwerk vor, welche Prozesse parallel ausgeführt werden sollen. Performance-Verbesserungen resultieren auch durch eine wesentlich höhere Anzahl an Registern (256) sowie durch die sogenannte Speculation, mit der der Prozessor passende Befehle bereithält, bevor klar ist, welche Operation als nächstes folgen wird. Auf EPIC basierende Chips wie Intels Itanium werden (zumindest theoretisch) mit 64-Bit-Anwendungen sowohl unter Windows- als auch unter Unix umgehen können und darüber hinaus auch rückwärtskompatibel zu 32-Bit-Anwendungen sein.

 
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Anti-Spam-Frage Wieviele Fliegen erledigte das tapfere Schneiderlein auf einen Streich?
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