Revista PC & Cia Edição 35 Junho/2004 Paulo Couto Páginas 08,09,10,11,12,13 e 14 Servidores e Workstations Reais Conheça em detalhes o interessante mundo dos servidores e workstations reais e veja como essas máquinas podem lhe ajudar a alavancar os negócios de sua empresa. Veja também como é possível comprá-las por um preço muito menor do que se imagina, e um super teste com uma solução Dual Xeon 3.2 GHz com 2MB de cache L3 da Intel. O custo do hardware para servidores tem caído consideravelmente nos últimos anos, e soluções sofisticadas voltadas antes apenas para esses equipamentos estão se tornando comuns até em modelos desktops, como é o caso das controladoras RAID. Os discos Serial ATA, especialmente os modelos Seagate Barracuda 7200.7, estão ocupando os espaços naquelas aplicações antes restritas aos discos SCSI, muito mais caros e com menor capacidade de armazenamento. A oferta cada vez maior de componentes avulsos para servidores, como placas-mãe, memórias, controladoras, gabinetes, etc., esta fazendo com que os consumidores, mesmo nos EUA, optem por máquinas padronizadas ao invés de modelos fechados da DEL, IBM, ou HP/Compaq, que restringem o upgrade a componentes proprietários. Com tudo isso, o custo dos servidores está caindo mais rapidamente do que em outros segmentos, movimentando bastante o mercado consumidor de máquinas de pequeno porte. Outro efeito perceptível é a diferença de poder de processamento de um servidor, que no imaginário dos usuários sempre foi muito maior do que o disponível para os desktops, mas hoje está praticamente no mesmo nível dos processadores comuns, e em alguns casos até um pouco abaixo. A adoção de dois processadores nos servidores é uma forma barata de implementar um aumento considerável de potência sem aumentar os custos na mesma proporção. Essa opção não está disponível para os micros de mesa, por enquanto. Servidores e Workstations de alto desempenho compartilham os mesmos componentes, com pequenas diferenças apenas. A queda nos preços tem favorecido as inúmeras empresas brasileiras que investiram e continuam investindo em equipamentos de alta performance para realização dos seus serviços, como é o caso dos estúdios de produção gráfica, especialmente os animadores 3D, como a Seagulls Fly do Rio de Janeiro (veja box com o Estudo do Caso). O que caracteriza um servidor é a capacidade de funcionar ininterruptamente, 24 horas por dia, 7 dias por semana, e estar ligado a uma rede com função de servir dados aos seus clientes. E isso você pode conseguir com um equipamento de pequeno porte, não é necessário investir verdadeiras fortunas em hardware, técnicos de manutenção e em obras físicas para ter um parque de informática adequado para sua empresa. Há soluções de pequeno e médio porte adequadas para grande parte das empresas brasileiras, que podem ser adquiridas legalmente no país, com financiamentos de 24 meses ou mais. Estamos falando de prestações de R$ 380,00 mensais para um servidor básico monoprocessado, ou pouco mais de R$ 1.100,00 mensais para um Dual Xeon 3.2GHz, como o que veremos a seguir. Infelizmente, talvez por falta de conhecimento, muitas empresas no Brasil usam computadores desktops comuns para essas tarefas, os conhecidíssimos pseudos ou “falsos” servidores, ao invés de optar por um conjunto que foi projetado para essas operações críticas, produzido com componentes muito mais robustos e confiáveis. A revista PC&Cia vem mostrando em sua edições alguns casos reais dessa falta de conhecimento, normalmente interpretados pelo personagem Cebim. Os servidores precisam “servir” aos seus clientes, e esses clientes são outros computadores de uma mesma rede ou de qualquer rede que tenha acesso ao servidor. O custo de uma interrupção, ou custo por hora parada, dependendo da aplicação é muito mais alto do que o custo de optar pelo hardware A ou B. E a reposição das peças, caso aconteça algum defeito, precisa ser imediata para suprir as necessidades de funcionamento da empresa, por isso é sempre importante adotar um fornecedor com estoques no Brasil, e prazos de atendimento curtos. Workstations seguem o mesmo princípio, são “estações de trabalho” que não podem parar, pois afetariam a produção da empresa. Conceitualmente uma workstation pode ser cliente de uma aplicação de um servidor e também ser um servidor de uma dada aplicação para outros clientes. Em estúdios isso é muito comum, pois os softwares de renderização 3D têm capacidade de alocar qualquer máquina da rede que esteja livre e distribuir o processamento por todas elas, cada uma com um pequeno bloco de tarefa principal. Uma workstation, nesse caso, pode estar servindo de unidade de processamento remota para outro computador da mesma rede. INTEL XEON O Intel Xeon é um processador com características similares ao Pentium 4, porém usa um soquete diferente (figura 1), destinado exclusivamente para servidores e workstations de alto desempenho. O topo da linha é o novo Xeon 3.2 GHz (figura 2) com 512 KB de cache L2 e mais 2 MB de cache L3, a mesma característica do Pentium 4 Extreme Edition 3.2 GHz com qual compartilha parte do núcleo, com diferença de operar com FSB de 533 MHz, contra 800 MHz do Pentium 4 EE. Outra característica que diferencia o Xeon do Pentium 4 é a capacidade de operar em soluções multiprocessadas (2 ou mais processadores). O modelo Xeon que avaliamos pode operar em sistemas com dois processadores, mas existem versões Xeon MP para até 8 processadores simultâneos. Os chipstes da Intel para esses processadores são o E7501 e o E7505, esse segundo é usado na placa-mãe Intel SE7505VB2 que equipa nosso servidor, mas que também pode ser usada em workstations de alto desempenho gráfico, pois possui um slot AGP 8x Pro. Curiosamente, o Xeon é um dos casos onde o maior modelo de processador disponível para servidor oferece um desempenho ligeiramente menor do que a maior oferta disponível para desktops. Já existe um Pentium 4 Extreme Edition com freqüência de 3.4 GHz, mas ainda não existe um Xeon com essa freqüência, o maior modelo é o 3.2 GHz que veremos aqui. Além disso, a diferença do barramento frontal (FSB) de 800 MHz do Extreme Edition para os modestos 533 Mhz do Xeon não favorece nas comparações onde haja uso intenso do barramento de memória. Há uma explicação para isso: Confiabilidade e custo! Em servidores a confiabilidade é crítica, e a oferta de memórias DDR266 com ECC é a maior e tem preços mais competitivos do que as DDR400 com ECC, especialmente nos módulos de alta capacidade. Além disso, o cache L3 de 2 MB do Xeon operando na mesma freqüência do processador compensa significativamente a relativa perda do desempenho da memória. Nós comprovamos isso em laboratório quando comparamos o Pentium 4 Extreme Edition, que tem o mesmo cache L3 do Xeon, em soluções Single Channel e Dual Channel, obtendo resultados muito próximos. Paradoxalmente, e veremos isso no bom no final do artigo com a análise da nova placa Entry Servir Board SE7210TP1-E equipada com o chipset E7210 (Canterwood-ES), no caso de uma solução monoprocessada o Pentium 4 Extreme Edition não só é ligeiramente mais rápido do que o Xeon de mesma freqüência como também é mais barato. Analisando o Hardware do Servidor A placa-mãe Intel Servir Board SE7505VB2 possui duas placas de rede, uma Intel Pro/100+ e outra Intel Pro/1000 (1 Gigabit). Hoje em dia é comum switches de 24 portas terem a opção de mais duas portas de 1000 Mbits, uma delas pode ser usada para empilhar outros switches, expandindo o número de portas sem perder o desempenho, e a outra é para conectar ao servidor pela porta Intel Pro/1000 de alta velocidade. Essa configuração evita congestionamento na rede e mantém uma alta taxa de resposta para todos os clientes. A outra porta 10/100 do servidor pode ser usada, por exemplo, para conectar o modem da Internet de banda larga, permitindo ao servidor compartilhar a Internet a todos os clientes. O modelo de refrigeração utilizado nesse servidor(figura 3) é opcional, não é o padrão usado nos modelos Xeon. Note os imensos dissipadores com heatpipes (tubos de um circuito fechado para evaporação de gás). O maior benefício é a redução de ruído, estimada em 40%, mas ainda assim o achamos extremamente ruidoso. Um barulho mais grave e menos incômodo do que as turbinas originais do Xeon, mas bem acima do ruído propagado por um Desktop. A placa é equipada com um processador gráfico Rage da XL da ATI, com 8 MB de memória dedicada, configuração típica encontrada em quase todos os servidores, mas também existe um slot AGP porque essa placa também se destina a workstations que precisam de uma placa 3D de alto desempenho. O driver desse vídeo da ATI é nativo dos sistemas operacionais Windows. Estão disponíveis três tipos de slots PCI independentes: dois slots PCI tradicionais de 32 bits e 33 MHz (MTR – máxima taxa de transferência de dados – de 33 x bytes = 133 MB/s), um slot de 64 bits e 100 MHz (MTR de 800 MB/s). A presença dos slots de 64 bits é importante para o uso de controladoras de disco de alto desempenho, como a RAID Serial ATA Intel SCRS14L apresentada na PC&Cia 33 e vista na figura 4, que possui 4 canais com suporte a RAID, 1, 4, 5 e 0+1, um processador próprio de 100MHz e 64 MB ECC de memória dedicada. Essa controladora se beneficia e muito da MTR de 533 MB/s de um slot PCI de 64 bits e 66 MHz, basta observar que a vazão de dados disponível é quatro vezes maior do que oferecida por PCI comum das placas-mãe desktop. Na figura 5, vemos a controladora Intel 82870P2 64 bits PCI/PCI-X responsável pela implementação dos slots PCI de 64 bits. E ao lado a controladora RAID Serial ATA SataLink onboard, que é similar às existentes em modelos desktop, suportando apenas 2 portas que podem operar em RAID 0 e 1. No subsistema de memória, são suportados até 8 GB de memórias ECC, em quatro slots (figura 6). Nossa máquina estava equipada com 4 GB, sendo 4 módulos de 1 GB cada. O interessante nesses módulos é sua complexa construção, pois cada chip tem 2 “andares”, como se fossem dois módulos de 512 MB agrupados em um único pente de memória. Note como eles estão montados um sobre o outro, em camadas, e o de baixo (mais próximo de PCB – a placa onde as memórias são montadas)é fisicamente um pouco menor do que o de cima, mas tem a mesma capacidade. Segundo Ralph Vils, diretor da Sinco Sistemas (www.sinco.net), que nos cedeu o equipamento para os testes, há uma forte tendência ao uso de discos Serial ATA montados em RAID 5, usando a solução Intel SRCS14L Serial ATA. Essa placa possui ótimos recursos de gerenciamento de discos, excelente performance e oferece um custo por GB de capacidade disponível sensivelmente menor do que as soluções tradicionais baseadas em discos SCSI. Segundo Ralph, em grande parte das aplicações atuais a capacidades de armazenamento é mais importante do que a performance no acesso aos dados, tornando a solução baseada em Serial ATA RAID 5 muito competitiva. Estudo de Caso Certamente você já assistiu na TV aqueles siris (ou caranguejos) animados de uma campanha publicitária de cerveja, ou aquela tartaruga que dirige um caminhão e joga bola com uma latinha. Se você gosta de vídeo clipes também deve ter visto os ótimos e premiados vídeo clipes do Frejat (Barão Vermelho) ou do Gilberto Gil contracenando com Bob Marley em Three Little Birds, todos feitos em animação 3D. na época do carnaval, a Globeleza virou um ícone na TV e se repete a cada ano, mesmo quando uma gravidez impede a presença real da modelo no filme, sendo necessário criar a animação que beira a perfeição, nos mínimos detalhes. Por trás dessas produções estão os estudios gráficos de última geração, com profissionais altamente qualificados, criativos e uma imensa infra-estrutura de informática para permitir o desenvolvimento desses projetos. A Seagulls Fly, sediada no Rio de Janeiro, é uma dessas empresas. De seus estúdios saiu a última vinheta da Globeleza, que foi ao ar no carnaval de 2004. Um projeto que levou três meses para ser executado, envolvendo captura de movimentos (Motion Capture) em estúdio especializado, a criação dos wireframes (esqueletos), a texturização de esqueletos e a produção do filme em si. Em conversa com um dos diretores, Flávio Mac, foram realizadas mais de 40 provas de imagem até se chegar à versão final que podemos ver na figura abaixo. Depois que todas as estruturas estavam prontas e os efeitos definidos, a criação dos frames que foram o filme levou 5 dias para ser renderizada usando uma workstation Dual Xeon 3.06 GHz com 4 GB de memória RAM e mais algumas parcelas de outros workstations gerenciadas pelo Render Manager, que alocava as máquinas conforme a necessidade. Sua máquina anterior era um Athlon MP 2000+, que hoje está alocada para renderização remota, e levava o dobro do tempo para criar cada frame. A empresa tem outras duas máquinas com a mesma configuração, todas equipadas com três unidades de disco, sendo duas delas (Serial ATA) em RAID 0. Há servidores de backup e armazenamento de dados, e há pelo menos mais 10 máquinas robustas no padrão x86 (todas com 2 GB de RAM) e mais algumas da linha Apple (incluindo os novos Apple G5 Dual) nas mãos dos profissionais gráficos. Todas ficam disponíveis para o Render Manager alocar à medida que for necessário. Parece muito, mas não é. Quanto mais rápido seus projetos são entregues, mais projetos são contratados pelos clientes e mais máquinas são necessárias. Muitas vezes vários projetos são executados ao mesmo tempo, como foi o caso da Globeleza. É um ciclo que não para, felizmente! A vida útil de cada equipamento desses é estimada em 4 anos, mas a cada ano novas máquinas são contratadas e as anteriores são destinadas a tarefas menos críticas, em um efeito de cascata ao longo da cadeia, de forma que todo o poder de processamento permaneça disponível ao Render Manager. Há u incremento contínuo no poder de processamento da empresa. São usados os softwares 3D Studio Max e o Combustion da Discreet, além do After Effects e Photoshop da Adobe. Segundo Flávio Mac, o mercado de produções em 3D é ditado pelo prazo de entrega dos projetos, e o poder computacional tem relação mínima com a qualidade final do produto, pois se não houver processamento suficiente para cumprir os prazos, os criadores e projetistas optam por objetos mais simples e mais rápidos de serem renderizados, abrindo mão da qualidade a fim de poder cumprir os prazos. Quando há a criação de um personagem, como é o caso da tartaruga da cerveja, um estúdio com bom poder de processamento apresenta 20 ou 30 amostras de personagens diferenciados, cada um com sua característica particular para ser aprovado pelo cliente. Se não houver processamento suficientepara entregar as amostras no prazo, apenas dois ou no máximo três exemplos são apresentados, correndo o risco do cliente não ficar satisfeito e o estúdio perder o negócio. Tem parque de informática bem estruturado e com muito poder de processamento é fundamental para manter a competitividade dos estúdios de produção. Os últimos trabalhos da empresa envolvem carros de fórmula 1, como esse incrível Williams da figura abaixo usado para uma campanha da BR Distribuidora, e um filme para o memorial Ayrton Senna, que contará a história do piloto em uma única corrida, mostrando o Senna em seu Kart sendo ultrapassado por ele mesmo em seu Fórmula 3, e assim por diante até chegar ao Williams de 1994. Tivemos a oportunidade de ver uma prévia do filme, e o realismo é impressionante. Uma verdadeira homenagem ao grande Ayrton. Dois ou quatro processadores simultâneos? O Xeon é equipado com Hyper Threading, tal qual o Pentium 4, portando cada CPU é representada como dois processadores virtuais, e como na nossa máquina são duas CPUs físicas, temos na verdade quatro à disposição. Veja como o CPU-Z (figura 7) identifica 4 processadores, dois deles sendo marcados como virtuais (“Logical”). Já o Windows XP identifica quatro processadores virtuais ao mesmo tempo. Na figura 8 vemos a captura detela que realizamos em dois momentos diferentes: repouso absoluto e os quatro procssadores em atividade, operando a 79% da capacidade total. Os sistemas operacionais mais avançados suportam multiprocessamento. Nossos testes foram feitos com Windows XP, mas o Windows 2000 Servir e o Servir 2003, bem como as principais versões de Linux, operam com processos paralelos sem nenhum problema. Infelizmente nem toda aplicação aproveita todos esses recursos, especialmente aquelas destinadas aos usuários domésticos como, por exemplo, os jogos. Por outro lado, os software para uso profissional aproveitam muito bem o uso de vários processadores, como toda linha da Adobe, que inclui o Photoshop, bem como os principais softwares de engenharia e arquitetura, animação de filmes, processamento de áudio e vídeo, e outros voltados para workstations. As aplicações voltadas para servidores, como banco de dados SQL, servidores WEB, servidores de aplicação e muitos outros, foram especialmente desenhadas para operar em ambientes multiprocessados. É nessas horas que os 4 processadores virtuais do Xeon vão fazer diferença, como veremos a seguir. Testes Realizamos alguns testes para simular algumas aplicações típicas de uma workstation, já que não tínhamos como simular múltiplos acessos ao servidor em nosso laboratório, na ocasião dos testes. Equipamos o sistema com uma placa de vídeo MSI FX 5800 e um HD Serial ATA da Seagate, e realizamos algumas tarefas de usuários comuns, como jogos e criação de DVD em um software não profissional. Como esperávamos, os resultados do Xeon 3.2 GHz foram equivalentes aos outros processadores da mesma freqüência, pois essas aplicações domésticas foram desenhadas para um único processador. Na simulação de jogos os quatro sistemas foram equivalentes, porque esse tipo de aplicação não faz uso de multiprocessamento. Note na figura 9, como o Xeon, por causa do FSB operando em menor freqüência, apresenta uma pequena desvantagem em relação aos outros modelos, e o Athlon 64, também por causa da sua ótima controladora de memória, apresenta uma pequena vantagem. Esse dado é importante para desmistificar a idéia de que um servidor seria rapidíssimo na execução de jogos. A proposta do equipamento não é essa. Usando um pequeno arquivo de exemplo no Vegas Vídeo 4 para gerar um filme em MPEG-2, mais uma vez o Xeon não foi aproveitado por causa do software. O Adobe Premiere, um produto profissional, por sua vez mostraria uma grande vantagem pata o Dual Xeon por aproveitar melhor o multiprocessamento. É importante destacar na figura 10 a grande vantagem do Prescott frente aos demais processadores. Nós já haviamos comentado, na PC&Cia 32, o imenso ganho de desempenho que as instruções otimizadas para processamento de vídeo incorporadas ao Prescott trazem frente aos outros modelos, que não contam com o recurso. Infelizmente nem todos os softwares fazem o uso correto dessa instrução. O Nero 6.3, popular programa de gravação de CD e DVD, processa todos os vídeos que serão gravados sem usar essas instruções. O Cinema4D é uma aplicação voltada para animações gráficas e suportam multiprocessamento. O arquivo usado nos testes é uma animação de 47 frames (quadros) e foram observado o tempo para terminar o primeiro frame e o tempo para completar o filme inteiro. Conforme podemos ver na figura 11, a vantagem de um sistema Xeon fica bem mais evidente, pois levou apenas 1.30 minutos para processar o primeiro frame de uma animação, e pouco mais de 25 minutos para processar o filme inteiro, menos da metade do tempo dos demais processadores. Repare que o Athlon 64, que não tem Hyper Threading, levou mais de uma hora para realizar a mesma tarefa. O arquivo utilizado é um pequeno exemplo de demonstração, por isso imagine o ganho de produtividade que que um pequeno estúdio terá se usar a plataforma correta para produzir os inúmeros clipes necessários para a produção de um comercial por exemplo. Hoje se usa uma técnica de cluster para renderização de animações 3D chamada de Render Farm (Fazenda de Renderização). Os softwares das aplicações que geram as animações 3D são os responsáveis por identificar os processadores disponíveis nos clusters e dividir as tarefas entre eles. A importância da placa de vídeo AGP de alto desempenho nesse tipo de aplicação está na visualização de previews e edição em tempo de projeto. Conclusão Um sistema Dual Xeon 3.2 GHz, já usando o novo processador com 2 MB de cache L3 em cada processador, totalizando 4 MB de cache L3 e 1 MB de de cache L2, pode custar entre R$ 16.000,00 a R$ 20.000,00 dependendo da configuração de discos e demais acessórios. Parece muito, mas dependendo da aplicação e da sua necessidade, esse custo se paga em pouco tempo. Em financiamentos de 24 meses estamos falando de prestações da ordem de R$ 1.200,00, menos do que o custo de um funcionário sem especialização. Como demonstramos no box com o estudo de caso da Seagulls Fly, o uso de uma Workstation como essa permite dobrar a produtividade para a execução de uma animação 3D, e atender ao cliente que encomendou dentro dos prazos estabelecidos. Não se trata de avaliar o “pay back” (retorno) desse investimento, e sim ser capaz de atender ou não certos projetos nos prazos estabelecidos. É estar ou não competitivo no mercado. O Dual Xeon que apresentamos é um servidor/ workstation voltado para aplicações que requerem muito poder de processamento, equivalente a 2 Pentium 4 Extreme Edition rodando em paralelo. Para a grande maioria dos pequenos e médios negócios, um servidor equipado com apenas um Pentium 4 de 2.8 GHz com Hyper Threading, 2 GB de RAM e mantendo as demais características da placa-mãe que apresentamos, é mais do que suficiente para atender as mais diversas necessidades e custa muito menos, cerca de R$ 380,00 mensais apenas. É a questão de adequar o equipamento às necessidades de cada negócio. Veja por exemplo a nova placa da Intel para servidores monoprocessados baseados em Pentium 4, a Entry Servir Board SE7210TP1-E, que destacamos no box abaixo. Entry Server Board SE7210TP1-E A grande novidade dessa placa é o suporte ao PCI de 64 bits e 66 MHz para soluções Servir monoprocessadas baseadas em Pentium 4. Até o lançamento desse modelo, só as soluções Servir baseadas em Xeon tinham o PCI 64. O modelo que tivemos a oportunidade de analisar estava equipado com uma controladora RAID SCSI Ultra320 onboard da Adaptec e com suporte a RAID 0 e 1, conectada a um dos canais de 64 bits disponíveis. Também estão disponíveis duas interfaces de rede onboard, uma Intel Pro/1000 e outra Pro/100+ Servir, além de duas portas Serial ATA, com suporte a RAID 0 e 1. Essas portas são integradas ao Ponte Sul do chipset e contam com drivers da própria Intel. O FSB suporta até 800 MHz e até 4 GB de memórias ECC DDR 266, 333 e 400. Como o chipset integrado nessa placa é o Intel E7210, um modelo derivado do i875, também está disponível o PAT para redução de latências no acesso à memória. Não há um slot AGP (figura ao lado), pois a proposta da placa é para servidores 1U/Rack e não para workstations. Curiosamente a placa adota uma solução mista de fontes ATX. É recomendável usar uma fonte no padrão EPS (ATX 24+8 pinos), mas é possível operar com uma fonte tradicional para Pentium 4 (ATX 20+4 pinos) usando os próprios conectores da placa, que têm presilhas para as duas situações. Essa placa tem tido muita procura para aplicação de webserver, tipicamente movida por um Pentium 4 2.8 GHz e por até 2 GB de memória (4 módulos de 512 MB com ECC). O modelo sem a controladora SCSI é uma solução muito interessante para quem vai usar discos Serial ATA apenas (cerca de R$ 6.700,00 com 2 discos 120 GB), ou integrar uma RAID 5 no slot de 64 bits (R$ 8.800,00 com 4 discos de 160 GB em RAID 5). Os gabinetes Rack de 2U suportam muito bem a configuração com apenas dois discos, para a configuração de 4 discos recomenda-se um rack 4U. A placa suporta o Prescott (é “Prescott Ready”) e também o Pentium 4 Extreme Edition. Em uma simulação de preços, a solução monoprocessada3.2 GHz é cerca de R$ 1.500,00 mais barata do que uma equivalente com o Xeon 3.2 GHz também monoprocessada. Muitos analistas questionaram a viabilidade comercial de um processador como o Extreme Edition, duas vezes mais caro do que a versão comum, mas parece que ele encontrou seu lugar nos servidores de pequeno porte, onde o maior cache L3 faz realmente diferença.