IBM Z [1] — это название семейства, используемое IBM для всех своих мэйнфреймов z/Architecture . В июле 2017 года, с выходом очередного поколения продуктов, официальное название семейства было изменено с IBM z Systems на IBM Z; семейство IBM Z теперь включает новейшую модель IBM z16, а также z15, z14 и z13 (выпущенные под названиями IBM z Systems/IBM System z), модели IBM zEnterprise (обычно zEC12 и z196), модели IBM System z10 (обычно z10 EC), модели IBM System z9 (обычно z9EC) и модели IBM eServer zSeries (обычно относится только к поколениям мэйнфреймов z900 и z990).
Семейства zSeries, zEnterprise, System z и IBM Z были названы в честь их доступности – z означает нулевое время простоя . Системы построены с использованием запасных компонентов, способных к горячему отказу для обеспечения непрерывной работы. [2]
Семейство IBM Z поддерживает полную обратную совместимость . Фактически, современные системы являются прямыми потомками System /360 , анонсированной в 1964 году, и System/370 из 1970-х годов. Многие приложения, написанные для этих систем, по-прежнему могут работать без изменений на новейшей системе IBM Z. [3]
Виртуализация требуется по умолчанию в системах IBM Z. Виртуализация первого уровня обеспечивается Processor Resource and System Manager (PR/SM) для развертывания одного или нескольких логических разделов ( LPAR ). Каждый LPAR поддерживает различные операционные системы. Гипервизор z/VM также может быть запущен в качестве второго уровня виртуализации в LPAR для создания столько виртуальных машин (ВМ), сколько ресурсов назначено LPAR для их поддержки. Первый уровень виртуализации IBM Z (PR/SM) позволяет машине az запускать ограниченное количество LPAR (до 80 на IBM z13). Их можно считать виртуальными серверами «голого железа», поскольку PR/SM позволяет выделять ЦП для отдельных LPAR. LPAR z/VM, выделенные в LPAR PR/SM, могут запускать очень большое количество виртуальных машин, если в системе настроены адекватные ресурсы ЦП, памяти и ввода-вывода для требуемой производительности, емкости и пропускной способности. [ необходима цитата ]
Атрибуты PR/SM и оборудования IBM Z позволяют динамически изменять вычислительные ресурсы для удовлетворения требований рабочей нагрузки. Ресурсы ЦП и памяти могут быть добавлены в систему без прерывания работы и динамически назначены, распознаны и использованы LPAR. Ресурсы ввода-вывода, такие как порты IP и SAN, также могут быть добавлены динамически. Они виртуализированы и совместно используются всеми LPAR. Аппаратный компонент, который обеспечивает эту возможность, называется Channel Subsystem. Каждый LPAR может быть настроен так, чтобы «видеть» или «не видеть» виртуализированные порты ввода-вывода для установки желаемой «общности» или изоляции. Эта возможность виртуализации позволяет значительно сократить ресурсы ввода-вывода из-за своей способности совместно использовать их и повышать уровень использования. [ необходима цитата ]
PR/SM на IBM Z получил сертификат безопасности Common Criteria Evaluation Assurance Level (EAL) 5+ [4] , а z/VM получил сертификат Common Criteria EAL4+ [5] .
Гипервизор KVM из Linux также был перенесен. [6]
После ухода от названия System/390 был выпущен ряд моделей IBM Z. Их можно объединить в семейства со схожими архитектурными характеристиками.
Процессор Telum II мэйнфрейма IBM z17 был представлен на Hot Chips 2024. [7] Ожидается, что новая архитектура будет сосредоточена на ускорении и оптимизации ИИ. 43B транзисторный кристалл Telum II оснащен встроенным DPU и предлагает незначительные улучшения по сравнению с процессором Telum z16 с похожей архитектурой, включая поддержку OpenCAPI . [7]
Мейнфрейм IBM z16 [8] , основанный на процессоре Telum , был представлен 5 апреля 2022 года. [9] Инструкции для ИИ и нейронных сетей описаны в новой редакции [10] принципов работы z/Architecture.
Двухрамный z14, выпущенный в июле 2017 года [14] , и однорамный, выпущенный в апреле 2018 года [15], основаны на чипе z14 , 10-ядерном процессоре с тактовой частотой 5,2 ГГц. [16] [17] Система z14 может иметь максимум 240 ядер процессора (PU), 170 из которых могут быть настроены в соответствии со спецификациями заказчика для запуска приложений и операционных систем, и до 32 ТБ используемого избыточного массива независимой памяти (RAIM), некоторые из которых могут быть настроены как виртуальная флэш-память (VFM). Каждый PU можно охарактеризовать как центральный процессор (CP), интегрированный процессор прошивки (IFP), процессор Integrated Facility for Linux (IFL), интегрированный информационный процессор (zIIP), процессор Internal Coupling Facility (ICF), дополнительный процессор System Assist (SAP) или как запасной. Основное внимание в системах IBM Z уделяется всеобъемлющему шифрованию, поскольку процессор z14 имеет множество функций аппаратной криптографии (AES, DES, TDES, SHA, генератор случайных чисел). [17]
Выпущенный 13 января 2015 г. [18] [19] z13 основан на чипе z13 , 8-ядерном процессоре с частотой 5 ГГц. Система z13 может иметь максимум 168 ядер процессора (PU), 141 из которых можно настроить в соответствии со спецификацией заказчика для запуска приложений и операционных систем, и до 10,144 ТиБ (используемой) избыточного массива независимой памяти (RAIM). Каждый PU можно охарактеризовать как центральный процессор (CP), интегрированный процессор прошивки (IFP), интегрированный процессор для Linux (IFL), z интегрированный информационный процессор (zIIP), процессор внутреннего сопряжения (ICF), дополнительный процессор System Assist (SAP) или как запасной. Функция z Application Assist Processor (zAAP) предыдущих процессоров z/Architecture теперь является интегрированной частью zIIP z13. [20]
Z Systems z13s (серия 2965) была представлена 17 февраля 2016 года [21]
z13 и z13s представляют новую векторную архитектуру и являются последними серверами z Systems, поддерживающими работу операционной системы в режиме архитектуры ESA/390. [22]
Эта линейка имеет два поколения: первое поколение, выпущенное в 2010/2011 годах и состоящее из 114 одностоечных («бизнес-класс») и 196 («корпоративный класс») моделей; и выпущенное в 2012/2013 годах второе поколение, обозначенное как поколение 12 основной линейки и выпущенное в двух модельных рядах: одностоечный zBC12 и двухстоечный zEC12.
8 апреля 2014 года в честь 50-летия мэйнфрейма System/360 компания IBM объявила [23] о выпуске своего первого решения для конвергентной инфраструктуры на основе технологии мэйнфреймов. Названное IBM Enterprise Cloud System, [24] это новое предложение объединяет аппаратное обеспечение, программное обеспечение и хранилище мэйнфрейма IBM в единую систему и разработано для конкуренции с конкурентными предложениями от VCE , HP и Oracle . По данным IBM, это самый масштабируемый сервер Linux, доступный с поддержкой до 6000 [23] виртуальных машин в одном корпусе. В июне 2014 года IBM объявила [25], что поставила свою первую Enterprise Cloud System компании Vissensa, британскому поставщику управляемых услуг.
zEnterprise Business Class 12 – zBC12 – это решение начального уровня с одной стойкой, представленное в июле 2013 года и доступное в двух аппаратных моделях: H06 и H13. Он предназначен для обслуживания сегмента среднего бизнеса и может быть настроен как сервер виртуализации Linux в версии , называемой Enterprise Linux Server. H13 имеет 18 ядер процессора, с возможностью настройки до 13. H06 имеет девять ядер, с возможностью настройки до шести.
Представленный в июле 2013 года zEnterprise BC12 основан на расширенном z114, работающем на 18 процессорах zEC12 с частотой 4,2 ГГц и оперативной памятью объемом до 489 ГБ. Он доступен в двух моделях: H06 и H13 с одним и двумя процессорными ящиками соответственно. zBC12 может подключаться к системе расширения zBX. IBM предлагает специальную версию zBC12 под названием Enterprise Linux Server [26] , работающую только на хостах Linux поверх своего гипервизора z/VM, нацеленную на крупные миграции с установок Linux на базе x86 .
zEnterprise Enterprise Class 12 – zEC12 – это высокопроизводительное решение с двумя стойками, доступное в пяти аппаратных моделях: H20, H43, H66, H89 и HA1. [27] Номер модели основан на количестве ядер, доступных для рабочих нагрузок клиентов. Дополнительные ядра зарезервированы как запасные, SAP и IFP.
Представленный в августе 2012 года, zEnterprise EC12 основан на чипе zEC12 , 8-ядерном процессоре z/Architecture с частотой 5,5 ГГц и нестандартной архитектурой CISC . zEC12 может иметь максимум 120 ядер, 101 из которых настраиваются заказчиком для запуска операционных систем и приложений. [28] Максимальное количество ядер, доступных в конкретной модели zEC12, обозначается названием модели. Например, H20 имеет до 20 ядер, которые можно заказать для непосредственного использования заказчиком, плюс запасные и специальный тип ядра процессора ввода-вывода, процессор System Assist. Каждое ядро можно охарактеризовать как центральный процессор (CP), процессор Integrated Facility for Linux (IFL), процессор z Application Assist (zAAP), процессор z10 Integrated Information (zIIP), процессор Internal Coupling Facility (ICF) или дополнительный процессор System Assist (SAP). zEnterprise EC12 поддерживает до 3 ТБ (полезной) избыточного массива независимой памяти (RAIM).
EC12 имеет на 50% большую общую емкость, чем z196 (до 78 000 MIPS), и поддерживает транзакционное выполнение и Flash Express — интегрированные твердотельные накопители , которые улучшают подкачку страниц и некоторые другие показатели производительности ввода-вывода.
zEnterprise, анонсированный в июле 2010 года с моделью z196, был разработан для предложения как мэйнфреймовых, так и распределенных серверных технологий в интегрированной системе. Система zEnterprise состоит из трех компонентов: [29]
zEnterprise разработан для расширения возможностей мэйнфрейма — эффективности управления, динамического распределения ресурсов, удобства обслуживания — на другие системы и рабочие нагрузки, работающие на AIX на POWER7 и Microsoft Windows или Linux на x86. [30]
zEnterprise BladeCenter Extension (zBX) — это компонент инфраструктуры, который размещает как серверы IBM BladeCenter общего назначения , так и оптимизаторы рабочей нагрузки типа Appliance, которыми можно управлять так, как если бы они были одним мэйнфреймом. zBX поддерживает частную высокоскоростную внутреннюю сеть, которая соединяет его с центральным процессорным комплексом, что снижает потребность в сетевом оборудовании и обеспечивает изначально высокую безопасность.
IBM zEnterprise Unified Resource Manager объединяет ресурсы System z и zBX в единую виртуализированную систему и обеспечивает унифицированное и интегрированное управление по всей zEnterprise System. Он может определять узкие места или сбои в системе среди разрозненных систем, а в случае сбоя может динамически перераспределять системные ресурсы для предотвращения или уменьшения проблем с приложениями. Unified Resource Manager обеспечивает мониторинг и управление энергопотреблением, управление ресурсами, повышенную безопасность, виртуальные сети и управление информацией из единого пользовательского интерфейса.
zEnterprise 114 – z114 – это решение начального уровня с одной стойкой, доступное в двух аппаратных моделях: M05 и M10. Представленная в июле 2011 года, эта система разработана для расширения преимуществ zEnterprise System в сегменте среднего бизнеса. Как и z196, z114 полностью совместим с zBX и URM, а также имеет критически важные элементы дизайна сервера. z114 имеет до 14 ядер (до 10 настраиваемых) с тактовой частотой 3,8 ГГц. Физически z114 примерно в два раза меньше z196.
Эта модель может содержать до 14 процессоров z196 на базе CISC, работающих вне очереди , работающих на частоте 3,8 ГГц. Z114 предлагает 130 настроек емкости в двух моделях и разработан для предоставления гибридных возможностей zEnterprise System с меньшей емкостью, меньшим потреблением энергии и меньшей ценой. [ 31] Каждое ядро можно охарактеризовать как центральный процессор (CP), процессор Integrated Facility for Linux (IFL), процессор z Application Assist (zAAP), процессор z10 Integrated Information (zIIP), процессор Internal Coupling Facility (ICF) или дополнительный процессор System Assist (SAP). Z114 поддерживает до 248 ГБ (используемой) избыточного массива независимой памяти (RAIM).
zEnterprise 196 – z196 – это высокопроизводительное решение с двумя стойками, доступное в пяти аппаратных моделях: M15, M32, M49, M66 и M80. Номер модели основан на количестве ядер, доступных для рабочих нагрузок клиентов. [32] Дополнительные ядра зарезервированы как запасные и как SAP.
Микропроцессор 196 — это чип z196 , четырехъядерный процессор z/Architecture с частотой 5,2 ГГц и внеочередным запуском CISC . Z196 может иметь максимум 24 процессора, что дает в общей сложности 96 ядер, 80 из которых напрямую доступны для запуска операционных систем и приложений. [33] Количество ядер, доступных в конкретной модели z196, обозначается названием модели. Например, M15 имеет 15 ядер, доступных для прямого использования клиентом, плюс запасные и служебные ядра процессора. Каждое ядро можно охарактеризовать как центральный процессор (CP), процессор Integrated Facility for Linux (IFL), процессор z Application Assist (zAAP), процессор z10 Integrated Information (zIIP), процессор Internal Coupling Facility (ICF) или дополнительный процессор System Assist (SAP). zEnterprise также поддерживает x86 или Power ISA blades, подключенные через zEnterprise BladeCenter Extension (zBX). zEnterprise 196 допускает до 3 ТБ (используемых) избыточного массива независимой памяти (RAIM).
zEnterprise z196 имеет вдвое больший объем памяти, чем z10, и на 60% большую общую емкость, чем z10 (до 52 GIPS). Он поддерживает BladeCenter Extension (zBX) и Unified Resource Manager.
Это поколение серверов Z поддерживало больше памяти, чем системы предыдущего поколения, и могло иметь до 64 центральных процессоров (CP) на фрейм. Производительность однопроцессорного процессора полноскоростного z10 была на 62% выше, чем у сервера z9, согласно объявлению IBM z10, и включала следующие другие функции:
Конкретные модели этого семейства включают в себя:
В июле 2005 года IBM анонсировала новое семейство серверов — семейство System z9 — с серверами IBM System z9 Enterprise Class (z9 EC) и IBM System z9 Business Class (z9 BC). Серверы System z9 предлагали:
Конкретные модели этого семейства включают в себя:
Анонсированный 3 октября 2000 года и поступивший в продажу 18 декабря, eServer zSeries 900 ( сокращенно z900 ) стал первым сервером, в котором использовалось 64-разрядное расширение z/Architecture архитектуры S/360 , при этом сохранилась поддержка 31- и 24-разрядных программ адресации с 1964 года.
12 или 20 процессоров Blue Flame [35] системы , из которых до 16 могут использоваться в качестве центральных процессоров, содержатся в многокристальном модуле со 101 стеклокерамическим слоем и 4226 контактами ввода-вывода. Каждый процессор имеет 47 миллионов транзисторов на 177 мм2 . По сравнению с предыдущим S/390 G6 кэш L1 Blue Flame удвоен за счет разделения его на 256+256 КБ I+D, а кэш L2 удвоен до 32 МБ. Пропускная способность периферийного ввода-вывода утроилась до 24 ГБ/с, в то время как основная память имеет пропускную способность 70 ГБ/с, задержку 150 нс и емкость до 64 ГБ. [36] Благодаря 7-ступенчатому конвейеру Blue Flame изначально достигал 769 МГц с массовым 180-нм процессом, а после перехода на кремний на изоляторе в мае 2002 года достиг 917 МГц, при этом он потреблял 38 Вт. [37] [38]
В 2002 году IBM выпустила z800 , базовый мэйнфрейм с пятью Blue Flame, работающими на частоте 625 МГц, из которых до четырех могут быть центральными процессорами, все они совместно используют кэш L2 объемом 8 МБ. Пропускная способность ввода-вывода составляет 6 ГБ/с, а объем памяти — до 32 ГБ. [39]
Полностью переработанные мэйнфреймы z990 для среднего и высокого класса стали доступны в июне и октябре 2003 года соответственно. [40] Оснащенный первыми суперскалярными процессорами CMOS для мэйнфреймов IBM , двухъядерный чип содержал 121 миллион транзисторов на 266 мм2 и был изготовлен по 130-нм техпроцессу, потребляя 55 Вт при 1,2 ГГц в z990. [41] Каждое ядро содержало криптографический сопроцессор, поддерживающий стандарт шифрования данных и SHA-1 . [42] [41]
z990 содержал до 48 ядер, из которых до 32 были задействованы как центральные процессоры. Для поддержки этого увеличения z990 был первым мэйнфреймом IBM с неравномерным доступом к памяти , поскольку его процессоры и память были сгруппированы в до четырех модулей «книг», каждая книга также содержала кэш L2 объемом 32 МБ. [43] Он также был первым, кто был способен к спекулятивному разрешению неоднозначности памяти . [41] Максимальная пропускная способность ввода-вывода и емкость памяти были увеличены в четыре раза, до 96 ГБ/с и 256 ГБ соответственно, как и количество каналов ввода-вывода за счет введения четырехъядерных логических подсистем каналов (LCSS). Каждый экземпляр ОС может получить доступ не более чем к одному LCSS, таким образом сохраняя ограничение в 256 каналов на ОС. [44] Количество логических разделов было удвоено до 30, а максимальное расстояние Parallel Sysplex возросло до 100 км. Потребовалось некоторое время, чтобы одна ОС полностью использовала z990, поскольку z/OS и z/VM получили поддержку 24 процессоров только в сентябре 2004 года, а 32 процессора — в июне 2005 года для z/OS и в июне 2007 года для z/VM. [45] [46]
В мае 2004 года z800 сменил z890 . Емкость памяти и количество ядер остались неизменными по сравнению с z800, но процессоры были такими же, как в z990, за исключением тактовой частоты 1,0 ГГц. Размер кэша L2 составлял 32 МБ, а подсистема ввода-вывода поддерживала два LCSS и 16 ГБ/с пропускной способности. [39]
В 2004 году IBM расширила идею недорогих ограниченных процессоров (впервые представленных в 2000 году в форме IFL , для использования только Linux на IBM Z ), которым не разрешено запускать традиционные мэйнфреймовые ОС ( z/OS , z/VM , z/VSE и z/TPF ), добавив z Application Assist Processor, предназначенный для обработки Java и XML . IFL и zAAP физически такие же, как центральные процессоры, но IBM взимает более низкую плату за их использование. В 2006 году в System z9 был добавлен еще один ограниченный тип процессора, z Integrated Information Processor .
Системы IBM zSeries были основаны на чипах z/Architecture – многоядерных процессорах z/Architecture на базе CISC с выходом из строя . Максимальное количество ядер, доступных в конкретной модели zEC12, обозначается названием модели. Например, H20 имеет до 20 ядер, которые можно заказать для непосредственного использования заказчиком, плюс запасные и специальный тип ядра процессора ввода-вывода, процессор System Assist. Каждое ядро можно охарактеризовать как центральный процессор (CP), процессор Integrated Facility for Linux (IFL), процессор z Application Assist (zAAP), процессор z10 Integrated Information (zIIP), процессор Internal Coupling Facility (ICF) или дополнительный процессор System Assist (SAP).
Процессорная книжка — это модульная плата в мэйнфреймах IBM , которая содержит процессоры, память и соединения ввода-вывода. [47] [48] Многочиповый модуль приварен к каждой процессорной книжке для модели z196. [49]
Типичный процесс заказа современного мэйнфрейма IBM Z выглядит как покупка услуги [50] или как лизинг; [51] мэйнфрейм представляет собой программно-аппаратный комплекс с арендной платой за рабочую нагрузку системы, и (в большинстве случаев) дополнительные возможности системы могут быть разблокированы после дополнительной оплаты.
Z15, z14, z13, zEC12, zBC12, z114 и z196 поддерживают операционные системы IBM: z/OS , z/VM , z/VSE и z/TPF . Другие доступные операционные системы включают Linux на IBM Z , такие как Red Hat Enterprise Linux 6 и SUSE Linux Enterprise Server 11. [ 52] В ноябре 2011 года IBM представила поддержку Microsoft Windows Server 2008 через процессорные блейды x86 , которые подключаются к IBM zEnterprise BladeCenter Extension (zBX). ZBX также поддерживает IBM WebSphere DataPower Integrated Appliance XI50 для zEnterprise (DataPower XI50z).
Система zEnterprise поддерживает опциональное расширение zEnterprise BladeCenter Extension (zBX). Эта дополнительная инфраструктура поддерживает избыточные коммутаторы top-of-Rack, избыточные блоки питания, дополнительные вентиляторы и шасси IBM BladeCenter . Это дополнительное шасси позволяет интегрировать и управлять блейд-серверами POWER7 и x86 с мэйнфреймом. [53] Установка игровой рамки в Hoplon Infotainment является примером гибридного мэйнфрейма.
zBX поддерживает до 112 модулей blade. [54] zBX и сервер System Z соединены резервным, безопасным соединением 10 Gigabit Ethernet , что обеспечивает частную сеть передачи данных. Также имеется соединение 1 Gigabit Ethernet для управления.
zEnterprise Unified Resource Manager (zManager) позволяет виртуализировать поддерживаемые платформы zBX в единую систему для управления. Он также позволяет приоритизировать определенные рабочие нагрузки в системе. Resource Manager может контролировать различные платформы на предмет наличия узких мест или сбоев и изменять общую систему для восстановления, поддерживая заданный уровень качества обслуживания . [55]
ZEC12 и z196 поддерживают внешнее жидкостное охлаждение. Клиенты имеют возможность приобрести свой мэйнфрейм с теплообменником с водяным охлаждением. [56]
Каждый приобретенный процессорный блок (PU) относится к одному из нескольких типов:
Также возможно запустить рабочую нагрузку, соответствующую zAAP, на zIIP, если zAAP не включены. IBM не взимает никаких программных сборов за работу, которая отправляется на процессоры zAAP и zIIP.
Добавление IFL, zAAP, zIIP, ICF, SAP или IFP не изменяет настройку емкости системы или ее рейтинг MSU , это касается только CP.
дополнительные задержки и ограничения полосы пропускания существуют, когда ЦП обращается к памяти в нелокальной книге. Это понимают приложения, которые были разработаны для среды с неравномерным доступом к памяти (NUMA)
Модели z14 ZR1 и LinuxONE Rockhopper II воплощают возможности мэйнфреймов IBM Z14, анонсированных в прошлом году, в стандартной для отрасли 19-дюймовой однокорпусной конструкции...