Multiprocessing. Een tandem of een fiets ?

Is een computer met twee processoren dubbel zo krachtig ? Een blik achter de schermen.

Vroeger was het allemaal vrij simpel. Wie meer processorkracht in zijn pc nodig had, kocht zich ofwel een nieuwe computer, ofwel veranderde hij van processor (een processor upgrade). Dat kan u vandaag nog steeds. Maar bij de zwaardere pc’s, zeg maar de servers, heeft men blijkbaar de limieten bereikt. Eén processor volstaat niet meer. Twee, drie of zelfs vier processoren in eenzelfde machine moeten de brute verwerkingskracht verhogen. En die techniek mag dan al gemeengoed zijn bij mainframes, minicomputers of Unix-machines, voor pc’s is dit toch nog een ander paar mouwen. Klaar en duidelijk : uw huidige desktop pc kan geen twee processors behuizen. De pc moet zowel wat hardware als software betreft klaar zijn voor multi-processing.

LOGISCH MAAR NIET KORREKT.

De logika achter de techniek is simpel. Twee processoren geven twee keer zoveel processorkracht. Eh, wel, niet echt. De totale prestatiewinst is altijd minder dan de verwachte verdubbeling. En hoe meer processoren in uw pc gaan (tot op vandaag maximum 4), hoe groter het verschil wordt.

HARDWARE.

Spreekt men over multi-processing dan zijn er, puur hardware-matig bekeken, twee systeemarchitekturen mogelijk. Tightly coupled of loosely coupled in vakjargon. Sterk vereenvoudigd gesteld gaan in de “tightly coupled multiprocessing architektuur” de verschillende processoren gegevens bewerken uit één centraal geheugen. Vandaar dat naar deze techniek ook nogal eens wordt verwezen met de term shared memory-architektuur. Het is ook het meest toegepaste ontwerp.

Bij een “loosely coupled” systeem heeft elke processor zijn eigen werkgeheugen.

ONTWERPPROBLEMEN.

Beide technieken zijn helemaal niet revolutionair of baanbrekend. Ze bestaan zelfs al jaren. Technisch gesproken zijn/waren er nog onvolkomenheden. Bij alle computers streeft men ernaar om data zo snel mogelijk naar de processor te sturen, die de brok dan kan “bewerken”. Maar die data moet via het geheugen naar die processor gestuurd worden. Vermits geheugenchips, alle verhoudingen in acht genomen, tergend traag zijn vergeleken met processoren is dat een probleem. Inderdaad, als één processor al zit te wachten op informatie, wat moet het dan zijn met twee van die dingen. Oplossing : een bijkomend geheugen bij de processor om even het echte geheugen te omzeilen, een techniek bekend onder de naam cache memory. Simpel is dat allemaal niet. Stel dat het even hapert tussen de processor en zijn cache geheugen. Er moet dan onmiddellijk een koördinatie gebeuren met het hoofdgeheugen dat gestaag informatie blijft doorsturen.

Een andere weg om het probleem van het “trage” geheugen op te lossen, is het vergroten van het debiet waarmee de informatie tussen de processor en het geheugen verloopt. Vandaar dat de meeste leveranciers van multi-processingsystemen een 64bit databus geïmplementeerd hebben (in plaats van een 16bit of 32bit).

BESTURINGSSYSTEMEN.

Was hardwarematig alles al o.k., dan bestond nog het probleem dat er weinig of geen besturingssystemen (operating systems) op pc geschikt waren voor een computerontwerp met meerdere processoren. En dat is niet eens zo verwonderlijk als men weet dat het gros van de hardware-architekturen jaren vóór zijn op de software. Gelukkkig lijkt daar nu, wat multi-processing betreft, wat schot in de zaken te komen. Op een Intel-platform zijn zowel OS/2 van IBM, Windows NT van Microsoft of Banyan Vines in staat om twee of meer processoren van informatie te voorzien. Ook hier wordt het onderscheid gemaakt tussen twee types besturingssystemen, nl. een asymmetrisch of een symmetrisch. Bij een asymmetrisch besturingssysteem wordt slechts één processor volgestouwd met data. De andere processor zorgt voor I/O (input & output)-bewerkingen op de achtergrond. Een symmetrisch besturingssysteem duwt data naar de twee processoren die de taken netjes verdelen. Welke filozofie het haalt op de andere is moeilijk uit te maken. Beiden hebben voor- en nadelen. Uit benchmarks (vakjargon voor uitgebreide prestatietesten op basis van een bepaalde waardeschaal) komen nu eens de asymmetrische dan weer de symmetrische besturingssystemen als winnaar uit de bus. Grote afwezige op dit ogenblik is wel Novell. Deze firma, marktleider in alles wat netwerkbesturingssystemen te maken heeft, heeft pas voor midden dit jaar NetWare SMP (aangekondigd). Ze hebben wel het UnixWare 2.0-besturingssysteem dat multi-processing ondersteunt, maar veel bijval heeft dat produkt niet op dit ogenblik. Evenmin is er duidelijkheid over de positionering van deze produkten.

Het lijkt er ondertussen wel sterk op dat de multi-processingsystemen in de lift zitten. Vooral het feit dat één en ander technisch perfekt mogelijk wordt op het Intel-platform is daar zeker niet vreemd aan. De belangrijkste pc-konstrukteurs hebben er nu minstens één in hun gamma (Compaq o.a. met de ProLiant 2000, AST met de Manhattan-server, Dell met de Poweredge SP-2 e.a.). Hewlett Packard, die met de Netserver LM-2 ook zijn gegadigde heeft, kondigde onlangs aan dat het een desktop computer zou gaan uitrusten met meerdere processoren. Blijkbaar is er vraag van klanten naar dergelijke mammoetkracht. Straks zitten we écht met een mainframe op schoot.

J.P.