ARM knackt die 4-GByte-Grenze

Der CPU-Entwickler ARM hat auf der Konferenz Hot Chips ein paar Details seiner nächsten Prozessor-Architektur, die vermutlich unter dem Codenamen Eagle läuft, verraten. Dabei handelt es sich um Erweiterungen für die 32-bittige ARMv7-A-Architektur, die beispielsweise dem Cortex-A8-Prozessor zugrunde liegt. 32-Bit-ARM-Prozessorkerne können bisher maximal 4 GByte RAM ansprechen, was für einige künftige Einsatzbereiche, etwa Server, recht wenig ist – besonders, wenn darin ARM-SoCs mit zwei oder mehr CPU-Kernen stecken sollen.

Zur Erweiterung des adressierbaren Speicherbereichs greift ARM zu einem Trick: Die Prozessoren bekommen eine Erweiterung für einen Hypervisor, sprich: Hardware-Unterstützung für Virtualisierung. Die neu eingeführte Hypervisor-Stufe arbeitet mit einem 40-Bit-Adressraum. Das reicht für bis zu 1 TByte Speicher und bietet genug Platz, um eine ganze Reihe von Gastbetriebssystem-Instanzen mit Speicher zu versorgen. Eine einzelne Instanz kann aber nicht mehr als 4 GByte bekommen, weil die Register und Befehle weiterhin nur 32 Bit breit sind.

Rund um die Virtualisierungsfunktionen und die zweistufige Adressumsetzung alias Large Physical Address Extension (LPAE) gibt es noch ein paar weitere Neuerungen: So führt ARM ein zusätzliches "Privilege Level" für den Hypervisor ein, der damit die oberste Priorität bekommt. Auch die Security Extensions "TrustZone" wurden ein wenig aufgebohrt, damit deren "Monitor" nun auch Exceptions verarbeiten kann, die vom Hypervisor kommen. Der neue Generic Interrupt Controller und die Timer kooperieren mit mehreren Betriebssystem-Instanzen und auch an der Speicherverwaltungseinheit (MMU, Memory Management Unit) gab es kleine Anpassungen.

Weitere Details zur Erweiterung von ARMv7-A will ARM bis spätestens Ende September veröffentlichen. Die vollständige Spezifikation der Architektur wird aber wohl noch bis ins erste Halbjahr 2011 auf sich warten lassen. Bis neue ARM-Architekturen als fertige Chips in konkreten Produkten zum Einsatz kommen, vergehen mitunter mehrere Jahre. Diesmal gibt es jedoch schon einige Anzeichen für eine zügige Markteinführung. So hat erst kürzlich das Startup SmoothStone 48 Millionen US-Dollar Kapital eingesammelt, um Server-Prozessoren mit ARM-Innenleben herzustellen. Außer ARM hat auch Texas Instruments (TI) den Geldbeutel gezückt. TI wiederum gilt als der erste Lizenznehmer für Eagle.

Auch andere Hersteller versuchen sich an Serverlösungen mit sehr vielen kleinen und sparsamen Prozessoren. So bringt Quanta Computer bis zu 10.000 Tilera-Kerne in einem Rack unter. Seamicro packt jeweils 512 Atom-Server in ein 10-HE-Gehäuse. In ein Server-Rack passen so insgesamt mehr als 2000 Atom-Prozessoren. Seamicro denkt aber auch daran, in Zukunft auf ARM-SoCs zu setzen. Einige weitere Firmen arbeiten derzeit an sparsamen ARM-Servern. Sie sollen insbesondere bei bestimmten Web-Anwendungen effizienter Arbeiten als x86-Server-Prozessoren. Die Idee dahinter: Wenn ein kleiner, sehr sparsamer Kern schnell genug ist, um einen einzelnen Benutzer abzufertigen, so lohnt es womöglich, sehr viele dieser Einzelkerne parallel zu betreiben. Auf einem potenten x86-Prozessor konkurrieren indes Dutzende solcher Threads um die Ressourcen. Gerüchten zufolge könnte Facebook ein möglicher Kunde für ARM-Server sein: Der Internet-Dienstleister baut zurzeit ein großes Rechenzentrum im ländlichen Oregon auf, in Prineville. (bbe)