En forskningsgrupp på Chalmers undersöker nu prestandavinsterna med multiprocessorer som standardplattform för Ericssons AXE-växel. Framåt hösten kommer de nya forskningsresultaten att styra framtiden för AXE-systemet.


Ska nästa generations AXE byggas kring ett multiprocessorsystem? Eller är det bättre att använda mer kraftfulla processorer och behålla arkitekturen med en enda processor?

Ericsson ska välja väg i höst, och en del av svaret tas just nu fram på Chalmers, i ett forskningsprojekt som drivs i samarbete med Ericsson Utvecklings AB i Älvsjö.

Att multiprocessorsystem kan ge högre prestanda är det ingen som tvivlar på. Och högre prestanda behövs för att hantera alla nya intelligenta tjänster, den ökande användningen av ISDN och den snabbväxande Internettrafiken. Men frågan är hur stora vinsterna blir, och vilka konsekvenserna blir när man ändrar arkitekturen i en telekomväxel. Projektet på Chalmers ska utvärdera hur mycket kapaciteten i AXE10 kan ökas med hjälp av multiprocessorlösningar.



Realtid är viktigt


Multiprocessorer är i sig inget nytt. Under senare år har tekniken visat sig vara ett billigt sätt att öka processorkraften i datorplattformar för exempelvis simulatorer och hållfasthetsberäkningar.

Men det finns många parametrar som är viktiga att utreda. I första hand vill Ericsson kvantifiera hur kapaciteten ökar med antalet processorer, och om den befintliga programvaran från den existerande växelarkitekturen kan återanvändas i de nya arkitekturerna. Det finns också stora krav på realtidsaspekterna, och konstruktionen måste försöka begränsa de fördröjningar som uppstår i olika konfigurationer, enligt rekommendationer från standardiseringsorganisationen ITU-T.

Chalmersforskarna, under ledning av Fredrik Dahlgren, har därför tagit fram olika förslag på arkitekturalternativ för multiprocessorer med delat minne. Ericsson för sin del bidrar med befintlig AXE-programvara med kravet att kapaciteten skall ökas utan större kodändringar.



Svensk simulator


Hela arkitekturen simuleras med hjälp av ett svenskt simuleringsverktyg från nystartade företaget Virtutech i Stockolm (se Elektroniktidningen 18:98).

- Verktyget, Simics, kan simulera stora multiprocessorsystem, och kan köra verkliga operativsystem som exempelvis Linux, med kommersiella program ovanpå. Detta är ett mycket mer flexibelt alternativ än om vi konstruerade alla kretskort själva, säger Fredrik Dahlgren.

En stor del av forskningen går ut på att minska beräkningstider med hjälp av mekanismer i multiprocessorn.

- Med mekanismer menas till exempel en liten logisk enhet i hårdvaran som detekterar att en viss sekvens av läsningar och skrivningar uppstår, eller kanske en förändring i cache-coherence protokollet som bättre lämpar sig för sådana sekvenser, säger Fredrik Dahlgren.

Projektet kommer även att studera system där en del av DRAM ligger på samma krets som processorn. I Chalmersgruppens tappning kallas detta för ERAM eller IRAM, Intelligent RAM. Att integrera minnet på processorkretsen innebär en mycket kort latenstid och hög bandbredd till minnet. De andra delarna av DRAM- minnet ligger på externa chips och har därför längre latenstider. Hur dessa komponenter påverkar prestanda och även programvarans korrekthet skall utredas.

Om resultaten från projektet är positiva blir frågan om hur ett multiprocessorsystem för AXE skulle tillverkas. I princip är det möjligt att köpa in de nödvändiga delarna, inklusive multiprocessorsystem, nätverk och operativsystem och kanske konstruera nätverkskomponenter. Det andra alternativet är om Ericsson väljer att konstruera allt på egen hand.

Susan Kelly



Multiprocessorsystem på två sätt


Med ett multiprocessorsystem menas en konfiguration där två eller flera processorer parallellt delar likvärdiga uppgifter. Idag finns två huvudarkitekturer - en bussbaserad och en som bygger på noder.

I den bussbaserade arkitekturen är processorernas egna cacheminnen integrerade på samma kretskort som själva processorkärnan medan DRAM nås genom en högprestandabuss. Programmet tolkar då minnet som ett enda centralt minne, och arkitekturen kallas även för Uma, efter engelskans Uniform Memory Access.

Många av dagens processorer har idag stöd för dessa multiprocessorsystem i form av ett inbyggt protokoll för cachekontroll. Sådana processorer kan användas i ett busssystem utan särskilt mycket extra hårdvara. Arkitekturen har funnits kommersiellt i tio år och är grunden till en mängd produkter från exempelvis Sun.

Den andra arkitekturtypen heter Numa, efter Non Uniform Memory Access. Grundstommen här är noder som består av en eller flera processorer med både inbyggt cache och lokalt DRAM.

Läsning och skrivning sker mycket snabbt till det lokala minnet, men ibland måste trafiken överföras punkt till punkt via ett nätverk till minnesmoduler långt bort i nätet. Detta kräver nya protokoll för styrning av trafiken och uppdateringen av cacheminnet. En lösning är därför att lägga till en nätverkskontrollkrets i varje nod.

Numaarkitekturen är mycket mer komplex än det äldre bussbaserade systemet. Men fördelen är att den klarar av fler processorer och därmed kan ge högre prestanda.

SK