Itanium

テンプレート:Infobox CPU テンプレート:Infobox CPU Itanium（アイテニアム）は、インテルが2001年にリリースした、64ビットマイクロプロセッサ。ヒューレット・パッカード (HP) と共同開発した高性能サーバ向けの命令セットアーキテクチャであるIA-64を初めて採用した。

Itanium 2（アイテニアムツー）は、翌2002年に発表されたItaniumの後継で、3次キャッシュを内蔵させるなど性能の向上を図った。

2008年2月25日、インテルはItanium 2の表記を「Itanium 9000」などに変更した。これはプロセッサナンバーの採用によりItaniumとItanium 2を区別する必要性が薄れたこと、ブランド力の強化などがあげられる。

概要

ファイル:Itanium arch.png

Itaniumのアーキテクチャ

16ビットおよび32ビットのx86命令セットアーキテクチャのマイクロプロセッサーによってパーソナルコンピュータ市場では事実上の標準となったインテルは、1994年に独自の64ビット命令セットアーキテクチャである「IA-64」を発表し、従来の32ビットx86アーキテクチャ(x86-32)を「IA-32」と呼ぶようになった。

IA-64は、従来のx86-32との命令セットレベルの互換性という制約を捨てる代わりに、ヒューレット・パッカード (HP) と共同開発したEPICアーキテクチャを採用し、コンパイラなど主にソフトウェアによる命令レベルの並列性を発揮することで性能と将来への拡張性を確保する事を目的とした。

インテルはIA-64により、各社のRISCプロセッサが占めるハイエンドの64ビット市場に進出し、HPは従来からのPA-RISCからの移行を表明した。IA-64は同時に特許などで保護されたアーキテクチャであるため、AMD などの互換プロセッサメーカーの振り切りを狙う目的もあり、将来的にはIA-32(x86)からの移行も掲げられていた。またインテルがメーカー各社に供給する事で、幅広いハードウェアやソフトウェアでサポートと、大量生産による価格競争力の向上により、当時の32ビット市場におけるIA-32に続いて、次世代の64ビット市場で事実上の標準となる事が提唱された。

しかしIA-64を採用した最初のマイクロプロセッサであるItanium（コードネームMerced）は開発が遅れ、当初予定の1999年から2年後の2001年にリリースされたが、当時の各社RISCプロセッサだけではなく、Xeonなど自社のx86プロセッサと比較しても価格性能比が低く、サポートするハードウェアやソフトウェアは広まらず、またx86エミュレーションの遅さもあり、広くは普及しなかった。

2002年には性能を改善したItanium 2がリリースされ、2008年の「Itanium 9000」番台への名称変更を経たが、同時期の各社プロセッサと比較しての価格性能比や、更に64ビット命令セットアーキテクチャとしては後発のx86-32を64ビット拡張したx64(x86-64)が普及した事もあり、2010年現在、IA-64(Itanium)の普及は一部のメインフレームやミッドレンジコンピュータの移行先など、限定的な市場に留まっている。

Itanium 2

Itanium 2の位置付けは、RISCプロセッササーバやメインフレームの置き換えであるとされており、そのため信頼性の向上にプロセッサレベルで対応している。シリーズ共通の特徴は以下の通りである。

• 16Kバイトの1次命令キャッシュと16Kバイトの1次 (L1) データキャッシュ
• 2次 (L2) キャッシュは規定されていないが特筆していない場合は256KB（命令/データ共通）
• 3次 (L3) キャッシュは機種により異なり、1.5MB～24MB
• MckinleyバスとかScalability Portとも呼ばれるシステムバスは128ビット幅
  • 200MHz（DDRなので実質400MHz）の場合、6.4GB/s
  • 2004年には、266MHz（実質533MHz）、8.5GB/sとなった
  • 2005年には、333MHz（実質667MHz）、10.6GB/sとなった
• ItaniumからItanium 2へのマイクロアーキテクチャ上の変更点は、整数演算&メモリのユニットが2個から4個に拡張（整数演算専用ユニットは別に2個ある）、命令発行の組み合わせを増大させた、パイプライン段数を10段から8段に変更、などがあげられる。
• IA-64だけでなく、IA-32ベースのアプリケーションも実行可能である。
  • Montecitoより前のCPUでは、IA-32を処理するハードウエアデコーダが搭載されていた。この機能はWindows Itanium EditionにおけるWin32エミュレーションレイヤーでかつて使われていた（Itaniumに移植されなかったプログラム、OCX、DLLの実行に必須で、特にActiveXに対する後方互換性は重大な課題であった）。Montecitoからはハードウエアデコーダは削除され、EFIでIA-32エミュレータがロードされる様になった。

キャッシュ設計上の興味深い点としてL2キャッシュがALUを使わずにセマフォーを操作できるロジックを備えている点である。デュアルコアである2006年7月発売の製品を皮切りに以降のItaniumファミリはマルチコアチップとなる。

歴史

• 1994年 インテルとHPがIA-64の共同開発を発表
• 1999年 インテルとHPがIA-64の詳細を発表
• 2001年 Itanium(Merced)リリース
• 2002年 Itanium 2(Mckinley)リリース
• 2003年 Itanium 2(Madison)リリース
• 2004年 Itaniumの設計よりHPが撤退
• 2005年 Itanium Solutions Alliance (ISA)発足
• 2006年 Itanium 2 9000(Montecito)リリース(後にItanium 9000と改称)
• 2007年 Itanium 2 9100(Montvale)リリース(後にItanium 9100と改称)
• 2008年 Itanium 2をItaniumと改称
• 2010年 Itanium 9300(Tukwila)リリース
• 2012年 Itanium 9500(Paulson)リリース

製品

Merced(マーセッド)

最初のバージョンは2001年に出荷された。コードネームはMerced。180nmプロセスで製造され動作周波数は733～800MHz。外部3次キャッシュとして2Mバイトか4Mバイトを選択できる。価格は1200～4000USドル。しかし、性能は満足のいくものではなかった。IA-64モードでは同クロック周波数のx86と比較して若干性能がよい程度で、エミュレーションでIA-32のコードを実行すると非常に低い性能しか出なかった（同クロック周波数のx86の8分の1）。

Itanium 2

Mckinley（マッキンリ）

0.18μmプロセスで製造される第一世代のItanium 2。IA-64命令セットにbranchlong命令が追加された。IA-32性能は向上したが、同時期のx86プロセッサの性能には遠く及ばず、Mckinleyでのx86コード実行速度は3分の2のクロック周波数のPentium IIと同等である。開発初期段階ではFlagstaff(フラッグスタッフ)という名称で開発されていた。

• ラインナップ - 900MHz(L3 1.5MB)、1GHz(L3 1.5MB)、1GHz(L3 3MB)

Madison（マディソン）

2003年6月末に登場した0.13μmプロセスで製造される第二世代のItanium 2。ダイサイズは374平方mm。消費電力はMckinleyと変わらず130ワット。発表当初は3次キャッシュを最大で6MB搭載するものが出荷されていたが、後に最大で9MB搭載するもの (Madison-9M) が発表された。2005年にはFSBが667MHzのものが発表された。最新のものはSPECfpで2,801を記録した(日立製作所のComputing blade)。

• ラインナップ
  • 4CPU以上のSMPに対応 - 1.3GHz(L3 3MB)、1.4GHz(L3 4MB)、1.5GHz(L3 6MB)、1.5GHz(L3 4MB)、1.6GHz(L3 6MB)、1.6GHz(L3 9MB)
  • 2CPUまでのSMPに対応 - 1.4GHz(L3 1.5MB)、1.4GHz(L3 3MB)、1.6GHz(L3 3MB)

Deerfield（ディアフィールド）

2003年にリリースされた2CPUまでのSMPに対応したMadisonの派生版。低電圧版の位置付けで、Madisonよりも消費電力が大幅に抑えられている。消費電力は63ワットでブレードサーバや1Uサーバ向きである。

• ラインナップ - 1GHz(L3 1.5MB)

Hondo

ヒューレット・パッカード (HP) がmx2デュアルプロセッサモジュールとして2003年に発表し、2004年から出荷した、Itanium 2を二次利用したプロセッサ。ふたつのMadisonコアと32MバイトのL4キャッシュを通常のItanium 2と同じサイズにパッケージ化したもの。HPのみが販売しており、最近では1.1GHzで各コアに4MBのL3キャッシュを搭載したものを使っている。

Fanwood（ファンウッド）

2004年に登場した2CPUまでのSMPに対応したMadison(Deerfield)の派生版。通常電圧版ではFSBクロックが533MHzに向上している。

• ラインナップ
  • 通常電圧版 - 1.6GHz(L3 3MB)
  • 低電圧版 - 1.3GHz(L3 3MB)

Itanium 9000 / Montecito（モンテシト）

2006年7月18日に発表、即日発売されたItanium 2シリーズの中の一つ。当初の名称はDual-Core Itanium 2 Processor 9000。この9000はプロセッサナンバで、広義では9xxxの総称とも言えるが、狭義として90xxの総称でもある。後のItanium 2の名称のItaniumとの統合により、このプロセッサの名称はItanium 2 9000からItanium 9000に改められた。

Intelの発表では、Itanium 2 9050は前世代にあたるMadisonとの比較で、性能が最大2倍、消費電力が最大2割減となり、消費電力当たり性能は最大2.5倍に達するとしている。

9000シリーズの基本共通は、製造プロセスルールは90nm、L2キャッシュ容量は2.5MB（デュアルコアのコア毎に1MBのコードと0.25MBのデータをキャッシュする）。L3キャッシュは最大容量の製品で24MB。補助機能としてVirtualization Technology（通称VT）、Hyper-Threading Technology（同HT、一部の製品で無効化されている）、Cache Safe Technology機能を搭載する。熱設計電力は9010のみ75Wで、シングルコア。

Montecitoに用いられるHT技術は、NetBurstマイクロアーキテクチャでの同時マルチスレッディング（Simultaneous Multithreading; SMT）とは違い、CGMT(Coarse-Grain Multithreading)を使用している。

Itanium Processor 90xx

プロセッサ・ナンバ	動作周波数	コア/スレッド数	FSB	L3キャッシュ	HT	TDP
9050	1.60GHz	2C/4T	533MHz	24MB	○	104W
9040	1.60GHz	2C/4T	533MHz	18MB	○	104W
9030	1.60GHz	2C/2T	533MHz	8MB	×	104W
9020	1.42GHz	2C/4T	533MHz	12MB	○	104W
9015	1.40GHz	2C/4T	400MHz	12MB	○	104W
9010	1.60GHz	1C/1T	533MHz	6MB	×	104W

Itanium 9100 / Montvale（モンベール）

Montecito の機能強化版。2007年10月31日即日販売された。名称はDual-Core Itanium Processor 9100番台。

製造プロセスルールは90nm、最高1.66GHzの動作周波数、667MHzのFSBを備え、104W以下の消費電力で動作。2つのプロセッサとチップセットが同じバスに搭載された3ロードバスによって、エンタープライズおよびハイパフォーマンスコンピューティング（HPC）での使用において、優れた能力を発揮する。

また、サーバの利用が低い時の消費電力を削減する新機能「デマンド・ベース・スイッチング」(DBS)により、エネルギーコストの低減にも寄与する。

さらに2008年第1四半期からコアレベルロックステップ機能付きモデルを出荷開始する。この機能はプロセッサーコア内で起こるエラーの検出を確実に行うことでデータの完全性とアプリケーションの信頼性を向上させる新技術である。

Itanium Processor 91xx

プロセッサ・ナンバ	動作周波数	コア/スレッド数	FSB	L3キャッシュ	HT	DBS	TDP
9152M	1.66 GHz	2C/4T	667 MHz	24 MB	○	○	104W
9150M	1.66 GHz	2C/4T	667 MHz	24 MB	○	○	104W
9150N	1.60 GHz	2C/4T	533 MHz	24 MB	○	○	104W
9140M	1.66 GHz	2C/4T	667 MHz	18 MB	○	○	104W
9140N	1.60 GHz	2C/4T	533 MHz	18 MB	○	○	104W
9130M	1.66 GHz	2C/2T	667 MHz	8 MB	×	×	104W
9120N	1.42 GHz	2C/4T	533 MHz	12 MB	○	×	104W
9110N	1.60 GHz	1C/1T	533 MHz	12 MB	×	×	75W

Itanium 9300 / Tukwila（タックウイラ）

2010年2月9日発表。コアごとに6MBのL3キャッシュを搭載し、QuickPath InterConnectと、2つのDDR3メモリコントローラを備える。QuickPathの合計帯域は96GB/secとなる。かつてFoxtonテクノロジと言われていた、インテル ターボ・ブースト・テクノロジーを備える。製造プロセスルールは65nm 8層メタルである。従来のItaniumプロセッサに比べ、低電圧動作が可能となっているが、4コアになった分、TDPは最大185Wと大きい。トランジスタ数は20億5000万個、ダイサイズは約700平方mmと巨大なものになっている。また、ソフトエラー対策を強化し、宇宙線の中性子によるエラーを1/80から1/100に抑えたとしている。プロセッサコアは90nmのMontecitoコアを65nmにシュリンクした以外は目立った改良はない（2008年1Q時点でインテルは、45nm High-K 9層メタルのIA-32プロセッサを出荷している）。当初の発売予定は2007年であったが、2008年末に延期され 、2008年末には更に2009年半ばへ延期され、2009年2月にはデザイン修正のため2009年後半に延期された 。2009年5月にはリリースを再び延期し、出荷予定を2010年第1四半期に設定し直した。2010年2月9日、当初予定から3年遅れで「Itaniumプロセッサー 9300 番台」として発表された。

Itanium Processor 93xx

プロセッサ・ナンバ	動作周波数 (ターボ)	コア/スレッド数	QPI	L3キャッシュ	HT	DBS	TDP
9350	1.73 GHz (1.866 GHz)	4C/8T	2 x 4.8 GT/s	24 MB	○	○	185W
9340	1.60 GHz (1.733 GHz)	4C/8T	2 x 4.8 GT/s	20 MB	○	○	185W
9330	1.46 GHz (1.600 GHz)	4C/8T	2 x 4.8 GT/s	20 MB	○	○	155W
9320	1.33 GHz (1.466 GHz)	4C/8T	2 x 4.8 GT/s	16 MB	○	○	155W
9310	1.60 GHz	2C/4T	2 x 4.8 GT/s	10 MB	○	○	130W

Itanium 9500 / Poulson（ポウルソン）

2012年11月9日発表。9500シリーズは、Tukwila の後継プロセッサとしてPoulsonとの開発コード名で開発された。製造プロセスルールは45nmはスキップして32nmを採用し、最大8コア、マルチスレッド処理を強化し、特に仮想化などの並列処理用の命令を追加した。Intel VT-x, VT-d, VT-i 対応。クロックは最大2.53GHzとなった。2010年から実施しているXeonとの基盤要素共通化を反映させたとしている。

Itanium Processor 95xx

プロセッサ・ナンバ	動作周波数	コア/スレッド数	QPI	L3キャッシュ	HT	DBS	TDP
9560	2.53 GHz	8C/16T	2 x 6.4 GT/s	32 MB	○	○	170W
9550	2.40 GHz	4C/8T	2 x 6.4 GT/s	32 MB	○	○	170W
9540	2.13 GHz	8C/16T	2 x 6.4 GT/s	24 MB	○	○	170W
9520	1.73 GHz	4C/8T	2 x 6.4 GT/s	20 MB	○	○	130W

Kittson（キットソン）

2014年〜2015年頃発表予定。当初は Xeon とソケット互換にする計画もあったが、Itanium 9500 と互換にする予定。新たなマイクロアーキテクチャが採用され、32nm プロセスで生産予定。コア数を増やし、RAS (Reliability, Availability and Serviceability) 機能を強化する。

採用

ファイル:Itanium Sales Forecasts edit.png

Itaniumサーバーの販売予測の歴史（水色・青・緑が各年時点での予測、赤が実績）

1994年のIA-64発表当時は、IA-32(x86)でパーソナルコンピュータ市場での事実上の標準となったインテルが、PA-RISCとHP-UXを持つHPとの共同開発により、64ビット市場でMIPS、Alpha、SPARC、POWERなどの各社のRISCプロセッサと正面から競合し、同時にAMDなどの互換プロセッサベンダーを振り切るものと広く報道された。

このためハイエンド市場への進出を狙うマイクロソフトはWindows、メインフレームやオフィスコンピュータなどの自社独自プロセッサの移行先とするBull GCOS、NEC ACOS-4などの他、競合プロセッサの開発を続けるIBMやサンもオペレーティングシステムであるAIXやSolarisではIA-64版の開発を並行して進めた。

しかし初代Itanium(Merced)のリリースは当初予定の1999年から遅れて2001年となり、各社はItanuim対応製品をリリースしたが、当時の各社RISCプロセッサと比較しての性能の低さ、対応アプリケーションの少なさ、IA-32互換モードの遅さもあり、広くは普及せず、AIXやSolarisのIA-64版はリリースされなかった。

その後も各社RISCと比較してItaniumの性能向上は進まず、一方でレジスタ数や信頼性などで各社独自プロセッサの移行は進んだ結果、IA-64(Itanium)はニッチ市場化、特に日本市場への偏りが進んだ。一方で、2003年には従来のx86の64ビット対応であるAMD64が登場し、2004年から2006年にかけてインテルもIntel 64として追随したため、各社のローエンドサーバーはx64が主流となった。

1999年に設立されたスタートアップのPlatform Solutionsは、主にアムダールを退職したエンジニアを擁し、HP製のItanium 2プラットフォーム上でIBMメインフレームのバイナリコードをエミュレートして、IBMのオペレーティングシステムを含む既存のメインフレームのアプリケーションをそのまま動作させるという野心的なソフトウェアを開発した（最低2 CPUのSMPプラットフォームで、一つのCPUがLinuxで走るI/Oプロセッサとして動作し、残りのCPUはメインフレームの命令セットをエミュレートするSMPとして動作する）。IBM互換のコンピュータ会社が次々とメインフレームのビジネスから撤退して、IBMが再び独占することになったメインフレームのマーケットの内、主にローエンド機器のシェアを狙ったが、IBMはこれに対して特許侵害などを理由に訴訟を起こし、最終的にIBMがPlatform Solutionsを買収することで決着したことで、この「新しい互換機ビジネス」は幻のものとなった。

2004年にはItaniumの設計よりHPは撤退し、Itanium の開発に携わった HP の社員はインテルに移籍し、Itaniumはインテルからの販売のみとなった。また2005年9月にItanium Solutions Alliance (ISA)が設立された。

マイクロソフトは2005年にWindows XP Professional 64-bit Itanium Edition の販売を終了して、代わりに x64 Edition を販売開始し、更に2010年4月には残るサーバー製品である Windows Server でも今後のItaniumサポート中止を表明した。レッドハットは2009年に次期RHEL6ではItaniumはサポートしない事を表明した。オラクルは2011年3月にItanium向けの全ソフトウェア開発の終了を発表したが、直後にHPはオラクルを批判しItanium向けHP-UX開発継続を表明した。同年6月、HPはオラクルを契約違反で提訴、2012年8月に裁判所は契約に基づくサポート義務を認定、翌9月にオラクルはItanium向けソフトウェアの開発継続を発表した。

2011年現在、Itaniumの採用は主に、ユニシス OS2200やNEC ACOS-4やHP NonStopなどの独自仕様のメインフレームおよびオフィスコンピュータの代替市場と、HPやNECや日立の HP-UX 稼働サーバーの一部、SGIなどの Linux サーバーの一部に留まっている。スーパーコンピュータ市場(TOP500)でのIA-64システムの比率は最大では1～2割となったが、2009年には1.2%に低下し、2013年6月のリストでは1つも採用されていない。

主なベンダーのIA-64(Itanium)の採用状況

ベンダー名	採用年	撤退</br>表明年	主な製品	備考
コンパック	2001	2001	Proliant 590	Alphaからの移行計画は中断
IBM	2001	2005	xSeries 440, 455	IA-32後継はXeonに変更。Project Montereyは中断。
Dell	2001	2005	PowerEdge 7250
ユニシス	2002	2009	ES7000	Xeonへ移行
HP	2001	-	Integrity (HP-UX)</BR>Integrity NonStop (NonStop OS)	2004年 Itaniumの設計から撤退、同年 Itaniumワークステーションから撤退。2011年3月、Itanium向けHP-UXの開発継続を表明。
SGI	2001	-	Altix 4700, 450 (Linux)
日立	2001	-	HA8500 (HP-UX)</BR>BladeSymphony 1000 (HP-UX、他)
Bull	2002	-	NovaScale (GCOS)	NovaScale 9000
NEC	2002	-	NX7700i (HP-UX)</br>Express5800/1000 (Windows Server)</br>TX7 (Linux)</BR>ACOS i-PX9000 (ACOS-4)	2012年6月、i-PX9000は性能を理由にItaniumから独自プロセッサへ回帰。
富士通	2005	2010	PRIMEQUEST	Xeonへ移行表明
テンプレート:Nowrap	2001	2005	（ワークステーション） Windows XP	Windows Vistaよりサポートせず
	2002	2010	テンプレート:Nowrap	Windows Server 2008 R2まで
レッドハット	2001	2009	RHEL4,5	RHEL5まで
テンプレート:Nowrap (SUSE)	2001	-	SUSE Linux Enterprise Server(SLES)
テンプレート:Nowrap	-	-	-	SolarisのItanium版はリリースせず中断。2011年3月、オラクルはItanium向けの全ソフトウェア開発を終了。2012年9月開発終了を撤回。

批評

Itaniumの主な設計上の問題は3次キャッシュの遅延時間（レイテンシ）が大きすぎる点にある。インテルの設計者は明らかに、バンド幅が大きければレイテンシの問題は相殺されると期待していた。しかし、レイテンシが大きすぎキャッシュが遅くなったため、主記憶のインターフェースと大差のないものになってしまった。1次および2次キャッシュはかなり小さく（32Kバイトと96Kバイト）、システムバスの負荷を増大させた。キャッシュバンド幅が小さいことに加えて、IA-64コードはx86に比較して大きくなる傾向があった。したがって、キャッシュに置いておける命令数はキャッシュサイズから想像される以上に小さい。

• Itaniumはマルチプロセッサを前提に設計されたため、バスも低速だった。
• Athlonが当時使っていた速度が200MHzで、Pentium IIIはそれよりさらに低速だった。
• Itaniumのクロック周波数自体も、Athlonが1GHzのクロック周波数を実現していた当時としては低かった。

結論として、1998年～1999年の出荷を想定して決められたと考えられている技術スペックに対し、開発の相次ぐ遅延により、出荷する前に時代遅れになってしまった。ただしItaniumの支持者は、シングルスレッドの実行に関してはItaniumがx86よりも高速であると主張している。

関連項目

• IA-64アーキテクチャ
• Intel 64アーキテクチャ
• Xeon
• Opteron

外部リンク

• インテル® 製品 - インテル® Itanium® 2 プロセッサ
• Itanium® Solutions Alliance
• ITmedia - Itaniumの将来は風前の灯か？