Tal vez nunca hayas oído hablar del IBM z/Architecture o zSystems, o tal vez lo has escuchado alguna vez pero no sabes muy bien qué es. Por ese motivo, para que lo tengas todo mucho más claro, vamos a dedicar este artículo a estos sistemas tan interesantes que se siguen utilizando en la actualidad, aunque parezcan «dinosaurios» en muchos sentidos…
Índice de contenidos
Quizás también te interese conocer:
¿Qué es IBM zSystems?
IBM zSystem es el nombre que recibe la familia de mainframes de IBM basadas en la arquitectura IBM z/Architecture. Desde el z9000 que se lanzó allá por el año 2000 hasta el más reciente IBM z16 que se lanzó durante el año 2022, y que es la última actualización y la más potente por el momento, siendo la sucesora de z15.
Como curiosidad decir que la «z» proviene de «tiempo de inactividad cero» (en inglés zero downtime), y que hace referencia a que se trata de sistemas de alta disponibilidad.
¿Qué es un mainframe?
Seguramente te estés preguntando qué es un mainframe, y si tiene alguna diferencia con los servidores o sistemas HPC. Pues bien, aunque el término parece de otra época y que ya no existen estos sistemas, lo cierto es que IBM domina el mercado de estos mainframes y los mantiene muy vivos en la actualidad.
Un mainframe es un tipo de computadora de alto rendimiento usada para altas cargas de trabajo, con gran capacidad de memoria y procesadores capaces de realizar miles de millones de cálculos y transacciones simples en tiempo real. Además, están optimizados para trabajar con grandes bases de datos, hacerlo con seguridad y agilidad. Por ejemplo, podrían ser perfectos para el sistema de censo de un país o para controlar operaciones de los bancos…
¿Qué es IBM z/Architecture?
IBM z/Architecture se conocía inicialmente como ESA Modal Extensions (ESAME). Se trata de una ISA (Instruction Set Architecture), es decir, una arquitectura de conjunto de instrucciones. Se trata de un tipo CISC, que destaca por tener instrucciones complejas frente a las dominantes RISC de la actualidad. Hay que decir que x86 de Intel también fue CISC, ya que en el pasado era bastante popular, mientras que poco a poco todos fueron optando por la RISC debido a sus ventajas.
Esta CISC de IBM es de 64-bit, y el primer sistema IBM z/Architecture se basó en el z900 de finales de 2000, con posteriores lanzamientos como el z800, z990, z890, System z9, z10, z13, z14, z15, z16, etc.
Mientras que los RISC pueden hacer tareas muy simples de forma muy rápida, las CISC pueden realizar tareas complejas, pero no de forma tan rápida. De hecho, una instrucción CISC se puede completar mediante varias RISC equivalentes.
z/Architecture conserva la compatibilidad con versiones anteriores de la arquitectura ESA/390 de 32 bits de datos/direccionamiento de 31 bits y sus predecesores hasta System/360 de 32 bits de datos/direccionamiento de 24 bits. Es decir, tiene retrocompatibilidad. Algo que también vemos en x86, ya que son retrocompatibles con CPUs de 32 y 16-bits.
Sistema operativo
Como puedes imaginar, estos mainframes IBM zSystem con z/Architecture necesitan de un sistema operativo especial, uno estable, robusto y seguro que pueda manejar grandes cantidades de memoria, incluso varios exabytes.
Estos mainframes de IBM pueden funcionar con varios sistemas operativos, como puede ser z/OS de la propia IBM, y también con otros como RHEL (Red Hat Enterprise Linux) también ahora propiedad de IBM tras la adquisición de Red Hat, y con SLES (SuSE Linux Enterprise Server). También soporta otros sistemas operativos como Ubuntu Server, LinuxOne, e incluso se introdujo blades basados en x86 para aceptar Microsoft Windows Server, aunque esto no es tan popular.
IBM z16
Estos IBM z/Architecture han llegado en diversas microarquitecturas o implementaciones, como es la z16 que es la más reciente de todas. Este nuevo chip de CPU incluye también un acelerador de IA integrado para el procesamiento de tareas de inteligencia artificial en tiempo real. Además, puede entregar hasta 300.000.000.000 de operaciones de interferencia de aprendizaje profundo por día con menos de 1 ms de tiempo de respuesta. Algo que permite la detección de fraudes en transacciones bancarias en un 100% de los casos.
También te invito a leer nuestra guía sobre las mejores CPUs del mercado.
Características técnicas del z16
El IBM z16 está fabricado por GlobalFoundries, las ex fábricas de AMD. Usan una tecnología de fabricación FinFET con sustrato SOI. Y se trata de un chip CISC de 64-bit, como hemos dicho, y con configuraciones de varios núcleos, arquitectura superescalar y pipeline de 17 etapas, también usa especulación, renombre de registros, y es OoOE (ejecución fuera de orden).
Por otro lado, el IBM z16 está basado en Telum, que se presentó el 5 de abril de 2022. Las instrucciones para la IA y las redes neuronales se unen así a las instrucciones de la z/Architecture.
Para los que no lo sepan, el Telum es un microprocesador diseñado por IBM para sus computadoras centrales IBM Z, anunciado en la conferencia Hot Chips 2021 el 23 de agosto de 2021. Telum es el primer procesador de IBM que contiene aceleración en el chip para la inferencia de IA mientras se realiza una transacción. Y el primero en usar esta tecnología Telum fue el z16.
Este chip contiene hasta 8 núcleos de procesamiento, con una frecuencia de reloj de 5.2 Ghz, y optimizado para cargas de trabajo heterogéneas de clase empresarial. Además, tiene una fabric de interconexión entre los chips y la memoria caché completamente rediseñada para proporcionar 32 MB de caché por núcleos de procesamiento, y se puede escalar hasta 32 chips Telum en configuraciones MCM o chiplet.
El módulo de doble chip tiene 22 millones de transistores, con 30 kilómetros de interconexiones repartidas entre 17 capas metálicas. Sí, 30 km de distancia si se estirasen, y todo miniaturizado en un pequeño chip de apenas unos milímetros cuadrados.
El nuevo z16 de IBM es capaz de proporcionar un 17% más de rendimiento en capacidad de procesamiento que su predecesor, el z15. En cuanto al nuevo chip acelerador de IA integrado en este diseño, es capaz de agregar más de 6 TFLOPS de cálculo adicional compartida entre todos los núcleos.
La capacidad de aplicar inferencias de redes neuronales complejas en datos en tiempo real puede brindar información dentro de las cargas de trabajo empresariales de alto rendimiento sin dejar de cumplir los SLA estrictos.
Antes comenté sobre la caché, y es que el sistema del z16 ha sido totalmente rediseñado con respecto al z15, y nos encontramos lo siguiente:
- 256 KB L1 por núcleo PU
- L2 semiprivado de 32 MB por núcleo de PU
- 256 MB (lógico) compartida L3 por chip
- 2 GB (lógicos) compartida virtual L4 por cada CPC
El resultado de estas mejoras de la memoria caché es donde imagino que IBM está obteniendo mejoras de rendimiento del 11% en un thread único en comparación con el sistema z15, y es que tiene hasta 1.5 veces más caché que el z15.
Por otro lado, en cuanto a la capacidad de memoria, el z16 tiene el mismo soporte que el z15, en esto no ha variado. Es decir, puede manejar hasta 40 TB de memoria, lo que equivale a 10 TB por cada CPC.
Además, el chip del IBM z16 también ha sido optimizado para potenciar y sacar el máximo rendimiento de las altas cargas de E/S, por lo que es ideal para mover grandes cantidades de datos o bases de datos.
Y tampoco hay que olvidar la seguridad, que también se ha tenido muy presente a la hora de construir este chip, y su caché, con sistemas robustos de cifrado a distintos niveles, etc.
Ejemplos de uso en la actualidad
Para finalizar, si quieres saber en qué se usan estos mainframes en la actualidad, lo cierto es que IBM mantiene un buen negocio en este caso. Sus IBM zSystems con z/Architecture son empleados por 44 de los 50 principales bancos del mundo, así como 10 de las principales aseguradoras del mundo.
A esto hay que agregar numerosas organizaciones gubernamentales, sanitarias, aéreas, y empresas donde se necesitan realizar cálculos rápidamente, manejando gran cantidad de datos, y consiguiendo los máximos estándares de seguridad, disponibilidad y fiabilidad.
¿Creías que los mainframes estaban muertos? Pues no… le pasa como al lenguaje de programación FORTRAN, que está muy vivo pese a ser un completo «dinosaurio».
