1. Introdução Este trabalho é pertinente ao conhecimento sobre a plataforma de computadores da série Z do fabricante IBM (IBM zseries ). Conhecimento este que se faz necessário no curso de formação de analistas de mainframe. Desta maneira traz como conteúdo informações sobre projeto e arquitetura da série Z especificamente o equipamento denominado Z800. A IBM zseries é uma classe de empreendimento que aperfeiçoou sua plataforma para integrar aplicações empresariais e ajudar a conhecer as transações críticas e demandas do mundo de e- business no final do século 20. A IBM projeta servidores de zseries para prover estas capacidades criando um projeto de sistema totalmente novo baseado em arquitetura Z (z/architecture) anunciado em outubro de 2000 com a IBM zseries 900 (z900). A IBM zseries 800 (z800) é um servidor que tem características funcionais do z900 em um pacote que é projetado para agregar excelente custo/performance. O z800 oferece dez modelos de propósitos gerais, que podem operar independentemente ou como parte de um conjunto de mainframes interligados (Parallel Sysplex). Existe um modelo de junção facilitada (Coupling Facility) e também um modelo Linux dedicado no qual cada uma das quatro maquinas podem ser capazes de desenvolver soluções Linux. 1.1. Divisão do trabalho O trabalho está dividido da seguinte forma: no capitulo 2 aborda o projeto de arquitetura como: processadores, memórias e canais. O capitulo 3 discorre sobre a tecnologia empregada como os semicondutores de óxido de metal complementares e condutores de dados. Já o capitulo 4, traz comparativos entre os equipamentos Z800 e Z900 dentre informações sobre projeto e tecnologia. E por ultimo o Grupo Araguaia e Tocantins 1
capitulo 5 que conclui o trabalho apresentando as informações mais relevantes bem como o aproveitamento do grupo inserido neste contexto. 1.2. Visão Geral O menor componente da família zseries, o eserver z800, redefine os parâmetros econômicos de computação em mainframe, pois permite que os avanços tecnológicos dessas máquinas possam ser utilizados também por empresas de médio porte que estão querendo evoluir para um processador de grande porte e usufruir das vantagens que este sistema oferece (confiabilidade, performance e disponibilidade da tecnologia usada no zseries). Adicionalmente, é oferecida a tecnologia de agrupamento do Parallel Sysplex para que o cliente possa atingir alta disponibilidade de aplicativos bem como uma continuidade de negócios, através de acoplamento de múltiplos mainframes. O novo sistema ajuda a eliminar o emaranhado de servidores caros e subtilizados, tais como os servidores da Web, de impressão e arquivos, e servidores de correio, consolidando-os em um único mainframe, simplificando o gerenciamento dos mesmos, bem como reduzindo custos. Uma das facilidades incorporadas no z800 é a tecnologia z/vm, a mais avançada tecnologia de virtualização disponível na indústria e que possibilita que o z800 consolide desde algumas dezenas até centenas de servidores Intel ou Sun em um único sistema. O z800 oferece um ambiente flexível e de baixo custo, para o desenvolvimento, teste e execução de aplicações, bem como migração de aplicações de 31 para 64 bits e novas cargas típicas de e- business. Facilidades inovadoras de auto gerenciamento, auto diagnóstico e correção da família de eserver da IBM estão disponíveis no z800, incluindo capacidade para cópias de segurança (backup), Grupo Araguaia e Tocantins 2
agrupamento em Parallel Sysplex, I/O concorrente e chamada automática à IBM para eventuais erros detectados pelo sistema. Outras características dos modelos z800: Estão disponíveis com um a quatro processadores e podem operar independentemente ou agrupados com outros servidores em Parallel Sysplex. Suportam os sistemas operacionais z/os (incluindo z/os.e), z/vm, OS/390, VM/ESA, VSE/ESA, Linux para zseries e Linux para S/390. Executa múltiplos tipos de cargas, incluindo aplicações para zseries e Linux. São disponibilizados com 8 GB de memória central, podendo opcionalmente chegar a 16, 24 ou 32 GB. Suporta até 240 canais ESCON. Oferece todas as facilidades de segurança da zseries. Oferece excelente capacidade de ligação à rede, através das facilidades do Open System Adapter Express (OSA Express). Oferece a tecnologia de HiperSocket que possibilita a comunicação entre servidores virtuais num único z800 através da memória de altíssima velocidade, permitindo a criação de uma rede em um único sistema. A figura 1.2.1 a seguir, mostra uma visão lógica da estrutura do z800: Grupo Araguaia e Tocantins 3
Figura 1.2.1: Visão lógica da estrutura do z800. Os servidores z800 foram projetados desde o princípio utilizando tecnologias chave do Projeto eliza, referência da IBM para sistemas de auto gerenciamento. Isto permite melhor utilização da tecnologia sem a crescente pressão por habilidades e software críticos, além de custos com manutenção e suporte. A tecnologia z/architecture, a fundação da linha zseries, oferece flexibilidade ótima para a seleção, construção e implementação rápida de aplicativos na infra-estrutura de e-business do cliente, tirando proveito da disponibilidade contínua da linha zseries. Como parte da linha de produtos IBM, os mainframes z800 são construídos com os mesmos princípios que fazem da família IBM a plataforma tecnologicamente mais avançada do mercado. Estes servidores, que apresentam avanços extraordinários, oferecem novas ferramentas, tecnologia inovadora e flexibilidade de aplicativos, para ajudar a reduzir custos, melhorar a eficiência e acelerar a transformação do e-business. Construído com os mesmos recursos de alta segurança e processamento robusto dos servidores IBM z900, os servidores z800 são, especificamente, otimizados para integrar aplicativos de negócios e para atender às transações críticas e às crescentes demandas de e-business. O atrativo preço/desempenho dos servidores z800 expande as vantagens da tecnologia avançada de Grupo Araguaia e Tocantins 4
servidores zseries para clientes cujos requisitos de capacidade são menores que os oferecidos por servidores z900. 2. Projeto de Arquitetura O projeto de um equipamento envolve as disposições físicas, quantitativos e funcionamento. É apresentado em três seções: processadores, memórias e canais como se segue. 2.1. Processadores Todas as máquinas z800 têm 5 PUs. Os chips das máquinas z800 são os mesmos da z900, e estes contem a lógica da arquitetura Zseries. O Multichip Module (MCM) do z800 possui 10 chips: 5 Unidades de Processamento (PUs); 1 Memory Bus Adapter (MBA); 2 Storage Data (SD); 1 Storage Control (SC); 1 Clock (CLK). A figura 2.1.1 mostra a disposição dos chips no MCM: Grupo Araguaia e Tocantins 5
Figura 2.1.1 Disposição dos chips no MCM As Unidades de Processamento podem ser configuradas como Central Processor (CP), System Assist Processor (SAP), Integrated Coupling Facilities (ICF), Integrated Facility for Linux (IFL) ou deixar como reserva (Spare) para ser habilitada em caso de emergência ou mesmo para upgrades. (Todos os modelos, exceto os que utilizam todas as PUs, podem possuir reservas.) O z800 também oferece co-processadores criptográficos opcionais, que quando ativados fora do MCM. A tabela 2.1.1 mostra as opções de modelos da família z800: CP +SAP +SPARE +IFL Modelo MSU PU STD IFL / ICF ICB-3 ISC-3 STIs SPARE 1+1+2+1 0E1 13 5 2 3 5 5 5 2 1+1+3+0 0A1 - Entry 13 5 1 3 5 24 6 3 Level 1+1+3+0 0B1 - Sub- 20 5 1 3 5 24 6 3 Uniprocessor 1+1+3+0 0C1 - Sub- 25 5 1 3 5 24 6 3 Uniprocessor 2+1+2+0 0x2 5 2 2 5 24 6 2 1+1+3+0 001 - Uniprocessor 32 5 1 3 5 24 6 3 2+1+2+0 0A2 - Sub- 44 5 2 2 5 24 6 2 Dyadic Processor 2+1+2+0 002 - Dyadic 60 5 2 2 5 24 6 2 Processor 3+1+1+0 003 - Triadic 84 5 3 1 5 24 6 1 Processor 4+1+0+0 004 - Quad 108 5 4 0 5 24 6 0 Processor 1+1+3 2+1+2 3+1+1 4+1+0 0LF - Linux- Only Processor 5 1 1 2 3 4 6 24 6 3 2 1 0 Grupo Araguaia e Tocantins 6
1+1+3 2+1+2 3+1+1 4+1+0 0CF - Coupling Facility 5 1 1 2 3 4 0 0 6 3 2 1 0 Tabela 2.1.1 : Opções de modelos da família z800. 2.2. Memórias O z800 tem uma capacidade de armazenamento de até 32 GB. A configuração inicial de 8 GB pode ser incrementada de 8 em 8 GB (para 16 GB, 24 GB e 32 GB). Existem 4 bancos de memória, cada banco possui 8 slots para cartões de memória DIMM. A figura 2.2.1 a seguir, mostra a disposição da memória na BPU: Figura 2.2.1: Disposição da memória na BPU. O z800 apenas tem 8MB de memória cache L2 comparados aos 16 ou 32 MB do z900. A memória cache L2 no MCM, localiza-se próxima às PUs, o que permite um poderoso multiprocessamento através do compartilhamento dos dados dinamicamente processadores. entre os A PU do z800 é a mesma do z900. Cada PU possui 512 KB de cache interno (L1), sendo 256 KB para dados e 256 KB para instruções. A figura 2.2.2 abaixo, mostra os vários níveis de memória e cache e em modo conceitual o fluxo de dados: Grupo Araguaia e Tocantins 7
Figura 2.2.2: Fluxo de dados conceitual. 2.3. Canais O subsistema de I/O do z800 foi projetado e classificado para prover conectividade para até mesmo as mais exigentes aplicações, apresentando 16 canais e/ou adaptadores de rede. O z800 apenas suporta as tecnologias mais atuais não suportando canais paralelos ou a primeira e segunda gerações de OSA. Cartões OSA- Express e FICON Express utilizam a mais recente tecnologia para ajudar a prover o melhor desempenho para canais e redes. Até 240 canais de ESCON estão disponíveis utilizando-se de 16 portas. Também podem ser plugados oito cartões PCICC e seis de PCICA nos slots de I/O para função de alta performance criptográfica. O único chip MBA suporta seis STIs de 1 GB/sec que dá para o z800 uma largura da banda de I/O total de 6 GB/sec. No máximo quatro STIs são usados para I/O (canais ESCON ou FICON, OSA- Express). Dois STIs são usados para alta performance do Parallel Sysplex utilizando ICB-3 (Integrated Cluster Bus 3rd Generation), InterSystem Coupling Facility 3rd Generation (ISC-3) e IC-3, fazendo Grupo Araguaia e Tocantins 8
disto uma máquina completamente funcional que pode ser usada como um servidor, Coupling Facility ou um servidor com um Coupling Facility Integrada (ICF). A figura 2.3.1 abaixo, mostra a disposição do MBA, dos STIs e dos canais de I/O: Figura 2.3.1 : Elementos de I/O. A tabela 2.3.1 a seguir, provê um resumo dos cartões de I/O e conexões para um z800: Descrição I/O Cage Slot(s)? Incremento Ports por cartão Max cartões Max ports (chpids) Canal ESCON Sim 4 15 16 240 FICON Express Sim 2 2 16 32 IC Channel Não N n/a n/a 32 ICB-3 CF channel Não 1 n/a n/a 5 or 6 ISC-3 CF channel Sim 1 4 6 24 Fast Ethernet Sim 2 2 12 24 Gigabit Ethernet Sim 2 2 12 24 Token ring Sim 2 2 12 24 155 ATM Sim 2 2 12 24 HiperSockets Não 2 2 12 24 Cartão PCICC Sim 1 0 8 0 Cartão PCICA Sim 1 0 6 0 Tabela 2.3.1: Resumo dos cartões de I/O e conexões para z800. Grupo Araguaia e Tocantins 9
O z800 ainda prove a utilização de HiperSockets que são redes internas virtuais entre as LPARs, não utiliza cabos e não tem saída para rede externa, o fluxo de dados fica dentro do CEC, provendo alta velocidade e conectividade na troca de dados entre LPARs via barramento de memória. 3. Tecnologia Uma das maneiras pelas quais utilizam-se de conhecimentos para transformar matéria prima em produto final é também conhecida como tecnologia. Mostra-se então nesta seção, os conhecimentos agregados aos materiais os quais provêem o funcionamento da atual tecnologia utilizada em mainframes. Até pouco tempo os computadores de grande porte utilizavam a tecnologia chamada bipolar, que basicamente funcionavam utilizando a corrente elétrica como forma de representar os bits. Com a evolução, tanto a tecnologia de microcomputadores quanto essa tecnologia de computadores de grande capacidade de processamento, operações de entrada e saída e armazenamento de informações, também evoluiu. Hoje a tecnologia de CMOS ultrapassou as vantagens da utilização bipolar. O tamanho, economia de energia e menor emissão de calor deixaram de ser apenas vaidosas vantagens com relação à velocidade e capacidade. Comparado aos mainframes pouco mais antigos, a sua nova geração apresenta uma redução drástica em tamanho e gasto com refrigeração. O z800 possui 10 chips, sendo 5 na tecnologia CMOS 8SE, 3 CMOS 8S e 2 CMOS 7S. As PUs do z800 usam a mais avançada tecnologia IBM CMOS, CMOS 8SE. Esta tecnologia utiliza interconexões de cobre e silicone como isolador. Essas inovações tecnológicas ajudam a prover robustez e velocidade necessária para um alto desempenho, funções avançadas de 64 bits e confiança da plataforma mainframe. Grupo Araguaia e Tocantins 10
Cada PU tem aproximadamente 44 milhões de transistores e no MCM chega a quase 1 bilhão de transistores. O tempo de ciclo dos processadores do z800 é 1.6 ns comparado a 1.3 ns ou 1,09 ns do z900 (dependendo do modelo). Os processadores zseries são significativamente mais rápidos que o Multiprise 3000 G5 que tem um tempo de ciclo de 2.4 ns. A tabela 3.1 abaixo, mostra a evolução da tecnologia CMOS: Tabela 3.1: Evolucao da tecnologia CMOS. 4. Comparativo (Z800 vs Z900) Diferenças de design: O z800 tem uma configuração inicial de memória maior (8 GB vs. 5 GB de z900). O incremento de memória e grande no z800, de 8 em 8 GB, minimizando a necessidade de atualizar memória. O z800 não tem uma função de reinicializarão parcial de memória, pois tem somente um vetor de Memória Primária enquanto o z900 pode ter dois ou quatro. O z800 não tem atualização de memória concorrente. Grupo Araguaia e Tocantins 11
O z800 tem um tempo de ciclo de 1.6 ns contra 1.3 ns ou 1,09 para z900 (dependendo do modelo). O z800 não possui bateria interna. O z800 tem uma fase de energia. O z800 não tem nenhum canal paralelo nativo. A conectividade com canal paralelo é obtida por ESCON e Conversor Optico. O z800 não suporta OSA-2. Todos o z800s têm um SAP padrão. O z900 tem dois ou três SAPs. Não existe uma PU Spare no z800. Todo o z900s tem pelo menos uma Spare. O z800 tem um desempenho menor que o z900. Há apenas quatro CPs no z800. O z800 é refrigerado a ar (não usa refrigeração líquida). Algumas alterações de configuração podem precisar de IPL do Sistema Operacional. O z800 usa menos energia, refrigeração e espaço. O z800 requer 30 polegadas de área livre ao seu redor. Diferenças oferecidas no modelo z800 dedicado para Linux: o preço do software é diferenciado; O modelo 0E1 tem configurado uma PU IFL como padrão ; O co-processador criptográfico é opcional; O sistema operacional disponível no z800 é z/ose, porem suporta outros sistemas operacionais tais como z/os e Linux. A tabela 4.1 a seguir, mostra algumas comparações básicas que ajudam a ilustrar que o z800 deriva do z900: z800 (5) z900 (12) z900 (20) Número de Pus em MCM 5 12 20 CPs 0-4 1-9 1 16 SAPs 1 2 ou mais 3 ou mais IFLs, ICFs 0-4 0 8 0-15 Spare PUs 0-3 1 9 1 16 Velocidade de ciclo do processador 1.6 ns 1.3 ns 1.3 ns Grupo Araguaia e Tocantins 12
processador Máximo STIs (a 1 GB/s) 6 24 24 Número de máximo de I/O cages 1 3 3 Máximo MSUs 108 265 441 108 265 441 Memória 8 32 GB 5-32 GB 10-64 GB Máximo Canal ESCON 240 256 256 Máximo Canal FICON 32 96 96 (2 por cartão) Máximo cartões PCICC 8 8 8 (2engines/card) Máximo cartões PCICA 6 6 6 (2engines/card) Máximo cartões OSA-Express 12 12 12 (2 ports/card) Máximo ICB-3 CF link 5 or 6 b 16 16 (conexão de STI) Máximo ISC-3 CF link 24 32 32 Máximo CHPIDs 256 256 256 HMC required? Yes Yes Yes Support Elements 2 2 2 Externo Power 1 fase 3 fase 3 fase Concurrent memory upgrades não Sim Sim MCM packaging 71mm 2 127.5mm 2 127.5mm 2 L1 cache (por PU)instrução/dado 256K/256K 256K/256K 256K/256K L2 cache (por sistema) 8 MB 16 MB 32 MB MBA chips 1 4 4 Bateria opcional nenhum sim sim Canais paralelos nenhum sim sim Hipersockets sim sim sim System models all 101-109 110-116, 1C1-1C9 Tabela 4.1: Comparações básicas entre z800 e z900. 5. Conclusões Neste capítulo é feito um levantamento conclusivo deste trabalho que envolve o projeto e arquitetura mainframe modelo z800 da IBM. Descreve-se quais tópicos foram de maior relevância dentre os conhecimentos adquiridos e o aproveitamento no aprendizado. A partir do trabalho de pesquisa sobre o modelo em questão, foram observados alguns itens de maior relevância, no aspecto referente ao público alvo, poder de processamento, compatibilidade, e diferenciação no preço dos programas. Com relação ao publico alvo, é observado que este produto está direcionado a médias empresas, em médias aplicações Grupo Araguaia e Tocantins 13
comerciais. No entanto, percebe-se um alto custo do produto ainda para algumas. O que faz necessário o levantamento das vantagens oferecidas com relação aos valores estipulados. Ainda relacionado ao custo do equipamento, mas que não deve ser ignorado, são os preços dos produtos de origem intelectual, os programas. Os programas necessários para que o funcionamento de tal equipamento torne-se útil e possa produzir resultados que tragam em médio prazo o rendimento pelo menos próximo ao que se esperava. Por isso a vantagem da compatibilidade com ambas plataformas, a do próprio mainframe e a plataforma aberta. Neste modelo reforçada com o poder de processamento em PUs modeladas para a execução de instruções Linux. Permitindo a diferenciação do custo do software através do uso da plataforma aberta. E ainda trazendo todo o potencial de equipamentos com grande poder de processamento e armazenamento de informações. Grupo Araguaia e Tocantins 14