1973’te, Pete Townshend ve The Who, Quadrophenia’yı yazıp söylemişti. Her ne kadar dört çekirdekli (quad-core) sunucuların ticari bir başarı olarak kabul edilmesi için bunun üzerinden 4 yıl geçmiş olsa da, kuşkusuz çok çekirdekli sunucu devrimi henüz başlıyor.

2010 yılına doğru yaklaşırken, x86 tabanlı sunucular tek bir işlemci içerisinde 8 hatta 16 çekirdeği içerisinde barındıracak diyor Insight 64’ün analistlerinden Nathan Brookwood. Bunun sebebi şu: Daha fazla çekirdek, performansını artırmanın en hızlı yolu.

Bellek teknolojisini geliştirmek sistem performansına yüzde 5 ila 10 oranında katkı sağlıyor. Güncellenen bir işlemci mimarisi ise ekstra bir yüzde 10 artış sağlayabilir diye konuşuyor Brookwood. Ama tek bir işlemci içerisindeki çekirdek yoğunluğunu artırmak anında yüzde 50 ya da daha fazla performans getirisi sağlıyor.

“Dört çekirdekli işlemcilerin getirdiği performans artışını, Intel’in Pentium 3’ten Pentium 4’e geçerek elde ettiği kazanımla karşılaştırın” diyor Brookwood. Pentium 4 tamamen yeni bir mikromimariye sahip olmasına rağmen sağladığı performans artışı sadece yüzde 20 seviyelerindeydi. Intel’in ilk dört çekirdekli Xeon’ları ise yüzde 40, hatta daha da fazla bir işlem gücü artışı getiriyor.

Öyle gözüküyor ki yakın gelecekte, her iki yılda bir çekirdek sayısı ikiye katlanacak. Sekiz çekirdekli tasarımlar 2009’da, 16 çekirdekliler 2011’de ve 32 çekirdekliler 2013 yılında kullanımda olacak. İşlemci performansının bu gidişatı konusunda çoğu uzmanlar aynı görüşte. “Her zaman yapılması gereken daha fazla iş var. Daha fazla çekirdekle daha fazla işin tamamlanmasını sağlayabilirsiniz.” diye konuşuyor Gartner analistlerinden Martin Reynolds. Brookwood da kendi adına, çok çekirdekli dönemin henüz başlarındayız diyor. “Henüz karşımıza çıkan engeller yok.” Bununla birlikte endüstrinin bu hedeflere nasıl ulaşacağı açık değil. Intel ve Advanced Micro Devices dört çekirdekli tasarımları için farklı yoldan ilerlediler. Bazı analistler, AMD’nin birden fazla çekirdek pazarında Intel’i gerçekten yakalayabilmesi ve geçebilmesi için daha Intel-tarzı bir yaklaşımda bulunmaları gerektiğine inanıyor.

Birden Fazla Çekirdeğin Hikayesi
Mikroişlemci üreticileri bazı temel problemlerini çözmek için çok çekirdekli tasarımlara yöneldi. Yarı iletken teknolojisi, Intel’in kurucularından Gordon Moore’un 1965’te tanımladığı yoldan ilerlemeye devam ediyor. Moore Kuralı bir işlemci içerisindeki transistör sayısının kabaca her iki yılda iki katına çıkacağını söylüyor. Ancak çok küçük bir alana o kadar çok transistörün yerleştirilmesiyle ortaya çıkan ısı, performans kazanımı elde etmek için yeni yaklaşımları gerektiriyor.

Moore Kuralının belirttiği transistör sayısında artışa paralel olarak çip içerisindeki transistörler yapısal olarak küçülüyor. Bu da aynı çip alanına daha fazla transistörün yerleştirilebilmesine izin veriyor. Bugün, lider yarı iletken firmaları çiplerini 90 veya 60 nanometre üretim teknolojileriyle geliştiriyor ve bazı üreticiler bu yılın sonunda 45 nm’ye geçmeye başlayacak.

Fakat, transistör sayıları artmaya devam ederken, mikroişlemci tasarımları birkaç yıl önce bir engelle karşılaşmaya başladı; bu çiplerin saat hızları artmaya devam ederken ortaya çıkan ısıyı kontrol edilebilir düzeyde tutmak zorlaşmaya başladı. Washington merkezli bir enerji araştırma firması olan Digital Power Group, şu anda Amerika’da üretilen elektriğin yaklaşık yüzde 10’unun bilgisayarlar tarafından tüketildiğini tahmin ediyor; bu rakamın 2015 yılı itibariyle ikiye katlanabileceği öngörülüyor. İş dünyası ve teknoloji sağlayıcılarının enerji tüketimini düşürmeleri için bazı kanun hazırlıkları yapılıyor.

Tek bir çip içerisinde birden fazla çekirdeğe geçiş yaparak, işlemci üreticileri saat hızlarını, aynı zamanda bunların neden olduğu ısıyı düşürebilir veya koruyabilir. Aynı silikon içerisindeki işlem motorlarını iki katına çıkartırken bir yandan da kararlı enerji seviyelerini sürdürerek toplam performans önemli oranda artırılabilir.

“Bu gerçekten göz alıcı performans seviyeleri sağlıyor.” diyor, Intel’den David Tuhy. “Biz en iyi çift çekirdekli işlemcilerimizden yüzde 50 daha fazla performans sunuyoruz. Ve bu orijinal tek çekirdekli Xeon’umuzdan dört buçuk kat fazlası ve güç henüz yükselmedi”.

Önümüzde Neler Var?
Önceden görülebilir gelecek için çekirdek sayısındaki artışını sınırlayacak bir şey yok gibi gözüküyor. Intel geçenlerde 80 çekirdekli bir araştırma çipini geliştirdiklerini duyurdu. Bunun şu anki mevcut dört çekirdekli tasarımlardan daha az enerji tüketmesi bekleniyor. Bu çipin ticari olarak pazara çıkmasına beş ila sekiz yıl daha var ama diğer firmalar pazara “güçlü paralel” işlemci ürünleriyle çıkıyor.

Sun Microsystems, 2005 sonlarında, kod adı Niagara olan birden fazla çekirdekli ilk Sparc işlemcilerini tanıtmıştı. Bu çipin sekiz çekirdeği bulunuyor ve her bir çekirdek dört adet bağımsız thread’e sahip; bu da tek bir çip üzerinde toplam 32 işlem birimi yapıyor. Bu yılın ortalarında Sun, Niagara 2’yi çıkarmayı planlıyor. Niagara 2, sekiz çekirdekte kalacak ama çekirdek başına sekiz thread’e yani toplam 64 yürütme thread’ine sahip olacak. Sun aynı zamanda 2008 yılı ortalarında Rock adlı işlemcisini tanıtmayı planlıyor. On altı çekirdeğe sahip olacak bu işlemci diğer bir Sparc-tabanlı tasarım.

Mega-çekirdek ön cephesinde ise Azul Systems var. Firma 2005’ten beri 24 çekirdekli Vega işlemcilerini kullanan sunucularını satıyor. Ekim’de Azul en son işlemcileri Vega 2’yi kullanan yeni sunucularını tanıttı. Bu işlemci 48 çekirdeğe sahip.

Çoklu Çekirdeklerin İlk Müşterileri
Vega 2 tabanlı Azul Compute Appliance sunucularını uygulayan ilk işletmelerden biri CitiStreet LLC. CitiStreen her birinde iki 48 çekirdekli işlemci bulunan yedi sunucuya sahip. Sistemler üretimin tamamı, felaket kurtarma, kabul ve test ortamlarında kullanılıyor. CitiStreet’in CIO’su Barry Strasnic, bu sunucuların daha önce kullandıkları çift çekirdekli Xeon tabanlı sunuculara oranla yüzde 100 oranında bir performans artışı sağladığını ifade ediyor. Ayrıca firmasının hızlı büyüme gereksinimlerini karşılamak üzere altyapıyı hızlı bir biçimde ölçeklendirebilmesini sağlamış.

“Tecrübe ediyor olduğumuz, büyümenin maliyet verimli olarak kontrol edilmesi, ölçeklenebilirlik ve performans gerektiriyor. Bu geleneksel sunucuların tek başına sunabileceğinin ötesinde” diyor Strasnick.

Web ve e-posta hosting sağlayıcısı Concentric Systems, eski tek çekirdekli Sparc tabanlı sunucularından Sun’ın Niagara tabanlı sunucularına geçen yıl geçiş yapmış. Contentric’in başkanı Barbara Branaman, firmanın her bir yeni sunucuyla, eski sistemlerden sekizini değiştirebildiğini söylüyor. “Biz her zaman daha az sayıdaki kutu üzerinde daha fazla hacmi kontrol etmenin yollarını arıyoruz ki bu enerji tüketimini düşürmemize yardımcı olabilir.” diye konuşuyor Branaman ve ekliyor, “Kapasitenin aynı fiziksel alan ve enerji sarfiyatıyla artırılabilmesi büyük bir avantaj.”

Şu ana kadar Concentric, dokuz Sun Fire T2000 ve T1000 Niagara tabanlı sunucuları konuşlandırmış. Firma beş sistemi daha ekleme planları yapıyor ve yıl içerisinde çıkacak Niagara 2 tabanlı sunucularla performansı daha da ileri götürmeyi düşünüyor.

Charlotte Observer’da IT altyapı sorumlusu olan Geoff Shorter, bu yıl sonuna doğru gazete Xeon tabanlı dört çekirdekli sunucuları uygulamaya başladığında, sanallaştırma yoğunluğunda hatırı sayılır bir ilerleme bekliyor.

Gazete şimdiden en kritik uygulamalarından bazılarının çift çekirdekli Xeon sunucuları üzerindeki sanal ortamlara geçişini başlatmış durumda. Shorter, bu sunucular üzerinde işlemci başına yedi ila 12 sanal sunucu çalıştırabilmiş. Dört çekirdekli sistemlerde ise işlemci başına 15 ila 30 sanal sunucuyu çalıştırabileceğine inanıyor.

“Eğer tek bir donanım düğümünde 10 tane sanal sunucu kullanabilirseniz, bunların size maliyeti yaklaşık 12 bin Dolar olabilir. Oysa 10 adet donanım tabanlı sunucu için 50 bin Dolar harcamalısınız” diye konuşuyor.

Bantgenişliği, Yazılım ve Diğer Konular
Sadece çok çekirdekli sistemlere taşınmak verimliliği garanti etmiyor diye uyarıyor Gartner’dan Reynolds. IT yöneticileri fazladan işlemci çekirdeklerinin yeterince beslenebilmesini sağlamak için gerekli ağ bantgenişliğini önceden planlamalılar ve aynı zamanda uygulamalarının da birden fazla çekirdekli ortamların avantajından eksiksiz olarak yararlanacak biçimde optimize edildiklerinden emin olmalılar.

“IT yöneticileri elektrik faturaları çok yüksek diye kovulmazlar” diyor Reynolds ve devam ediyor, “Kovulurlar çünkü organizasyonlarının ihtiyaç duyduğu bilgi işlem ihtiyaçlarını karşılayamazlar.”

İşletmelerin aynı zamanda çok çekirdekli işlemcilere sahip sunuculara geçtiklerinde yazılım lisanslarının etkilerini de etraflıca değerlendirmeleri gerekiyor. Her ne kadar Microsoft lisanslarını işlemci çekirdeği sayısına göre değil soketler üzerine vermeye devam edeceğini taahhüt etmiş olsa da diğer uygulamaların lisans yaklaşımları net değil.

“Her işletmenin, iki ya da dört çekirdekli sistemlere taşındıklarında, büyük bir lisans terfi bedeliyle karşılaşmayacaklarından emin olması gerekiyor.” diyor Reynolds. Bu arada, çip üreticileri lisans maliyetlerinin çok büyük olmayacağını söylüyor. “Kamburun büyüğü, tek çekirdekten iki çekirdeğe geçerkendi ama şu anda pazardaki çoğu lisans stratejilerini gayet iyi bir biçimde kavramış durumdayız” diyor AMD’de Opteron Pazarlama Direktörü Pat Patla.

Dell’in sunucu ürün grubunda kıdemli yönetici olan Stori Waugh, firmasının “soket başına lisans, çekirdek başına değil” stratejisini geliştirmek için tüm temel uygulama ve işletim sistemi firmalarıyla birlikte çalıştığını söylüyor. Yazılım firmalarının yüzde 90 kadarının soket başına lisans modelini benimseyeceğini söylüyor.

Muallakta kalan bir diğer mesele de, önceki nesil donanımlara göre tasarlanan uygulamaların birden fazla çekirdekli işlemciler üzerinde ne kadar verimli olacağı. İşlemci üreticileri yazılımların önemli bir kısmının birden fazla çekirdekli ortamlar için optimize edildiğini savunuyor; onlara göre bu tek çekirdekten çift çekirdekli sistemlere geçiş sırasında tamamlanmış.

Brookwood, yazılımların birden fazla çekirdekli ortamlara geçişi için “ağır yükün” tamamlandığı konusunu onaylıyor ama bununla birlikte yeni işlemcilerin optimum performansını ortaya çıkartabilmek için yeni nesle göre ince ayarların yapılması gerektiğini vurguluyor.

“Her zaman özel yazılım paketlerine bağımlı olacak” diyor Brookwood. Sanallaştırma, üçüncü parti yazılım firmalarıyla çip üreticileri arasında devam eden çalışmanın bir örneği. AMD ve Intel geçen yıl donanım destekli sanallaştırma özelliklerine sahip x86 işlemcilerini sundu, diyor Brookwood. VMware ve Microsoft gibi firmalar en son işlemcilerin avantajlarından sonuna kadar faydalanabilmek için sanallaştırma yazılımlarının optimizasyonu üzerinde çalışmaya devam ediyor.

“Her zaman için nihai testi IT profesyonelleri yapacak ve uygulamalarının daha iyi çalışıp çalışmadıklarını görecekler” diyor Brookwood. Multicore Association ve Embedded Microprocessor Benchmark Consortium’un başkanlığını üstlenmiş olan analist Markus Levy, uygulamaların artan sayıları daha üst seviye bir optimizasyon çabasını gerektireceğini söylüyor. Mevcut yazılımları sadece , daha fazla çekirdek yoğunluğuna sahip yeni nesil işlemciler üzerinde çalıştırmak yeterli olmayacak.

“Intel 16 çekirdeğe gittiği zaman dahi ek hızlandırma teknolojilerine gereksinim duyulacak” diyor Levy. “Biz daha fazla çekirdek ekledikçe, aynı zamanda genel amaçlı işlemcilerin bazı görevler için yetersiz kalacağını göreceğiz ve uzmanlaşmış hızlandırma teknolojisine olan ihtiyaç artacak.”

Birden Fazla Çekirdekli İşlemciler
Şu anda mevcut olan birden fazla çekirdek seçenekleri ve çok yakında pazara çıkacak olanlar.
• Intel, 2006 sonlarında ilk dört çekirdekli Xeon işlemcilerini tanıttı. Firma, yıl ortasına kadar bir milyondan fazla dört çekirdekli işlemci satmayı hedefliyor. İşlemciler iki adet Intel çift çekirdekli işlemcilerin tek bir çip içerisine paketlenmesiyle üretiliyor.
• AMD’nin, ilk dört çekirdekli Opteron işlemcilerini yıl ortasında çıkartması bekleniyor. Bunlar tek bir çip içerisine dört adet bağımsız çekirdeğin yerleştirildiği bir tasarıma sahip olacak.
• IBM, dört çekirdekli Power işlemcilerini 2005’ten beri sunuyor. Intel’le benzer biçimde, çipler bir çokluçip modülü kullanılarak üretiliyor.
• Sun, Sparc tabanlı Niagara’yı 2005 sonlarında tanıttı. Çip, her biri dört adet bağımsız thread’le çalışan sekiz çekirdeğe sahip. Firma, yıl ortasında Niagara 2’yi çıkaracağı sözünü veriyor. Niagara 2’de herbirinde sekiz thread’in yer aldığı sekiz çekirdek bulunacak. Aynı zamanda 16 çekirdekli Sparc tabanlı Rock işlemcisinin de 2008 ortalarında gelmesi bekleniyor.
• Azul System, 24 çekirdekli Vega çipini 2005 yılında sundu. Ekim ayında firma bir 48 çekirdekli işlemci olan Vega 2’nin duyurusunu yaptı.