home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ Power Tools 1993 November - Disc 2 / Power Tools Plus (Disc 2 of 2)(November 1993)(HP).iso / hotlines / wsyhl / parsc64 / parsc64.txt < prev   
Text File  |  1993-07-01  |  25KB  |  462 lines

  1.                            CONTENTS & COMMUNICATIONS
  2.  
  3.                  THIS COVER SHEET IS FOR HP INTERNAL USE ONLY
  4.  
  5.  
  6. The following package addresses concerns about 64-bit computing and
  7. Hewlett-Packard's plans regarding PA-RISC.  There are two parts to this
  8. package:
  9.  
  10.           * HP White Paper dated June 1993 entitled 
  11.             "PA-RISC: Meeting Customer Needs Today and Tomorrow"
  12.  
  13.           * International Data Corporation (IDC) Report dated November 1992
  14.           entitled
  15.             "Sixty-Four Bit Computing: A Bit Ahead of Its Time?"
  16.  
  17. Please print these documents on quality paper and keep each document intact 
  18. as a whole rather than breaking them into parts.
  19.  
  20. Your feedback and comments are appreciated.  If you have suggestions or 
  21. further insights, please direct them to myself.
  22.  
  23.  
  24. Regards,
  25.  
  26. Bob Noller
  27. STD Marketing
  28.  
  29. HEWLETT-PACKARD COMPANY (M/S 27)
  30. 3404 E. Harmony Road
  31. Ft. Collins, CO  80525
  32.  
  33. email:    bob-n@fc.hp.com
  34. FAX: USA (303) 229-4720Page 1
  35.  
  36.               PA-RISC: Meeting Customer Needs Today and Tomorrow
  37.  
  38.                            Bob Noller, STD Marketing
  39.  
  40. EXECUTIVE SUMMARY
  41. Since its first introduction in 1986, PA-RISC has been a technology leader
  42. offering high performance, scalability, and support for both technical 1and
  43. commercial environments.  Among its forward looking features has been the
  44. ability to support 64-bit virtual addressing.  To guide customers who are
  45. beginning to consider the future evolution and impact of 64-bit computing,
  46. Hewlett-Packard Company summarizes its view of these issues in this paper 
  47. and relates them to HP's long term plans for evolving the PA-RISC 
  48. architecture.
  49.  
  50. HP's progressive implementation of the PA-RISC architecture provides an
  51. excellent example of specific 64-bit feature enhancements which have been
  52. delivered to users when they can provide real benefits without incurring 
  53. undue cost.  Examples include 64-bit floating point registers and 64-bit 
  54. data paths. PA-RISC will be further enhanced to provide 64-bit flat 
  55. addressing and 64-bit integer registers at mid-decade, well before these 
  56. features become a broad market requirement.  These enhancements will be 
  57. evolutionary and will enhance the current capabilities by providing forward 
  58. binary compatibility for current PA-RISC systems.  With this strategy, PA-
  59. RISC is able to provide optimal cost/performance for customers today while 
  60. offering a clear path for meeting future customer requirements.
  61.  
  62. The move towards 64-bit computing, however, faces a number of important
  63. challenges in the marketplace.  HP believes that the inability to meet 
  64. these challenges will prevent a broad move to 64-bit computing until late 
  65. in this decade.  Most industry observers agree with this assessment.  To 
  66. become a reality, 64-bit computing must overcome the following obstacles:
  67.  
  68.      * Microprocessors.  64-bit microprocessors are more complex and costly 
  69. to manufacture.
  70.  
  71.      * Systems software.  Standards for 64-bit computing do not exist for 
  72. open systems software -- for operating systems, compilers, graphics, and 
  73. other middleware.
  74.  
  75.      * Application software.  Without software standards and broad demand 
  76. for 64-bit features, the emergence of 64-bit application software will be 
  77. gradual, extending out through the end of the decade.
  78.  
  79.      * System cost.  Moving to 64-bit data structures can increase the 
  80. requirements for main memory and disk capacity, increasing system cost.
  81.  
  82.      * Performance.  Without larger caches, 64-bit systems may actually run 
  83. slower than 32-bit systems.
  84.  
  85.      * Address flexibility.  In the near term, very few applications will 
  86. require the flexibility of flat 64-bit addressing.
  87.  
  88. By the end of the decade, cost-effective 64-bit computing will be enabled 
  89. by continued advances in silicon density, software standards, memory and 
  90. disk capacities, and by the emergence of 64-bit application software.  HP 
  91. is committed to providing customers with high-performance today and 
  92. migration paths to the future through PA-RISC.
  93.  
  94. PA-RISC will provide forward binary compatibility to protect customers'
  95. investments in hardware and software.  In association with the Precision 
  96. Risc Organization -- a group of industry-leading companies with $70 billion 
  97. in electronics-related revenues from Europe, North America, and the Pacific 
  98. Rim -- HP is actively working to expand the range of customer choices for 
  99. purchasing PA-RISC systems.  Hewlett-Packard's state-of-the-art PA-RISC 
  100. will continue to evolve to meet the needs of the customer.
  101.  
  102.                                      # # #
  103. PA-RISC: LEADERSHIP ARCHITECTURE TO MEET CUSTOMER NEEDS
  104.  
  105. In 1986, Hewlett-Packard Company became the first company to fully commit 
  106. its computer product lines to the RISC computing architecture, starting the
  107. high-performance Precision Architecture-RISC family.  Since that time, the
  108. scalability of PA-RISC has been demonstrated through three generations and
  109. seven implementations of this architecture.  PA-RISC has demonstrated
  110. leadership capabilities in several areas, including being the first RISC
  111. architecture to support 64-bit virtual addressing.  To this day, HP's PA-
  112. RISC remains the only RISC architecture to have implemented a chip with 
  113. full access to 64-bit virtual address space (in a previous implementation).
  114.  
  115. With the visibility of 64-bit computing in the industry press, many 
  116. customers are beginning to ask if they should begin moving to 64-bit 
  117. computing.  The question of 64-bit computing is reviewed in this paper with 
  118. respect to its status, the barriers to its emergence, and HP's plans for 
  119. PA-RISC.  PA-RISC will be enhanced to enable 64-bit computing at mid-
  120. decade, well before 64-bit computing becomes a broad market requirement.
  121.  
  122.  
  123. REALITY CHECK: WHERE IS 64-BIT COMPUTING?
  124.  
  125. HP's commitment to provide an enhanced 64-bit PA-RISC can be better 
  126. understood once the facts about 64-bit computing are separated from the 
  127. marketing hype.  The general question of 64-bit computing can be clarified 
  128. for today's environment by looking at three elements: a comparison of 
  129. "architecture" versus "implementation," the issue of systems software, and 
  130. the availability of application software.
  131.  
  132. "Architecture" versus "Implementation"
  133. When examining the reality of 64-bit computing, it is important to 
  134. distinguish between claims of "architecture" and the realities of 
  135. "implementation."  While the architecture may support a feature, the 
  136. specific chip implementation might not.  Full 64-bit computing requires a 
  137. 64-bit implementation of each of the following characteristics:
  138.  
  139.                * Virtual memory address space,
  140.                * Physical address space,
  141.                     * Floating point register size,
  142.                * Integer register size, and
  143.                * Width of the data buses (cache, memory, and internal data
  144.                paths).
  145.  
  146. The distinction between "architectural" capabilities and actual chip
  147. "implementations" is compared for different vendors using these 
  148. characteristics in Figure 1.  As the attached figure shows, no vendor 
  149. currently offers a full 64-bit RISC implementation at this time.  
  150. Furthermore, even architectures which are not being promoted as "64-bit" 
  151. have implemented certain 64-bit features which provide benefit to the user.  
  152. For example, all leading-edge processors already provide 64-bit registers 
  153. for floating point operations.
  154.  
  155.  
  156.  
  157.  
  158. HP's progressive implementation of the PA-RISC architecture is an excellent
  159. example of an evolution in architectural implementation to meet customers
  160. needs.  PA-RISC is a 64-bit capable architecture, and certain 64-bit 
  161. features have already been implemented in PA-RISC products when they can 
  162. provide real benefit to the user and do not cause discontinuities in their 
  163. software environment.  HP has implemented 64-bit registers for double-
  164. precision floating-point operations in all PA-RISC processors since their 
  165. introduction in 1986.  Likewise, wider data paths have been provided in PA-
  166. RISC implementations and are not exclusive to 64-bit computing.  PA-RISC 
  167. has implemented 64-bit data paths/busses in a range of implementations for 
  168. both floating point and integer data.  More significantly, HP has led 
  169. implementation of 64-bit cache data paths to support superscalar 
  170. operations, as shown by the HP 9000 Series 840 which was introduced in 
  171. 1986!  It should be obvious from HP's progressive implementations
  172. of PA-RISC that the question is not whether the 64-bit architectures are
  173. technically possible, the question is whether the current implementation of
  174. 64-bit features benefit the customer in today's environment.
  175.  
  176.  
  177. The Systems Software Issue
  178. The slow emergence of 64-bit applications in the 1990's is primarily due to 
  179. key barriers in the area of systems software.  These barriers include a 
  180. lack of 64-bit software support for operating systems and "open systems" 
  181. software standards, including languages, compilers, libraries, and 
  182. application programmer interfaces (APIs).  Each of these barriers 
  183. represents a significant issue to 64-bit computing reality.
  184.  
  185. Barrier: Operating System Support.  The issue of operating system support 
  186. for 64-bit operation is very significant to the adoption of 64-bit 
  187. computing.  According to Robert B.K. Dewar, professor of computer science 
  188. at New York University (NYU), and Matthew Smosna, systems manager at NYU's 
  189. Courant Institute,
  190.      "...operating system limitations (such as 32-bit kernel data
  191.      structures) mean that many users of 64-bit machines, like MIPS and
  192.      Alpha, simply will not be able to use the 64-bit capability.  For
  193.      example, both DEC's own VMS and the Microsoft NT system, which DEC
  194.      regards as an important option for Alpha, support only 32-bit
  195.      operation."1
  196.  
  197. This lack of operating system support for 64-bit operation is a critical
  198. barrier which prevents access to 64-bit functionality.  Buying "64-bit"
  199. hardware to use with the current operating system limitations is analogous 
  200. to purchasing an airplane to drive on the local streets.  The operating 
  201. system support is not matched to the technology.  Almost all of the 
  202. operating systems in widespread use today or that are planned for use in 
  203. the near future (Windows, Windows NT, UNIX, VMS...) are still defined as 
  204. "32-bit."
  205.  
  206. Barrier: Open Systems Software Standards.  A second important barrier to 
  207. the adoption of 64-bit computing is the lack of open systems software 
  208. standards, which extends beyond the operating system into software such as 
  209. languages and graphics APIs.  This lack of standards is a critical issue 
  210. for today's user of heterogeneous system environments.  Today's enterprises 
  211. require that a variety of systems from different vendors work together 
  212. using industry standards to get the job done.  The lack of 64-bit standards 
  213. to accomplish this task is evident when viewing Figure 2.  While this list 
  214. may not be exhaustive, it points out that the common industry standards in 
  215. use today are based solidly on 32-bit technology.  More importantly, most 
  216. of these software standards have yet to define 64-bit extensions, much less 
  217. to determine a replacement 64-bit standard!
  218.  
  219. A particularly significant case which demonstrates this lack of standards 
  220. is the popular C and C++ programming languages.  According to Dewar and 
  221. Smosna, due to the lack of standards for 64-bit computing...
  222.       "...in C and C++, you are at the mercy of the compiler developer. 
  223.      At least three competing viewpoints exist on what size 'int' and
  224.      'long' [integer sizes] should be on the new 64-bit machines...The
  225.      most disturbing thing about this argument is that, at least for the
  226.      moment, manufacturers don't agree, and we are afraid that the
  227.      arrival of 64-bit architectures will be accompanied by a mess of
  228.      software incompatibilities, confusing compiler options and difficult
  229.      porting problems."2
  230.  
  231. HP is actively involved in seeking industry-wide standard definitons for 
  232. 64-bit C programming extensions.  HP is represented in two separate 
  233. efforts: an industry cooperative committee formed in April 1992 and the 
  234. ANSI C Committee. 
  235. These joint meetings have revealed significant differences between parties 
  236. on definitional issues.  A common ground for an open systems standard for 
  237. 64-bit C programming extensions has not yet been found.
  238.  
  239. The lack of standard C programming language definitions for 64-bit 
  240. computing is merely the tip of the iceberg in the larger problem of open 
  241. systems standards.  There is a wider need for 64-bit standards in 
  242. languages, compilers, libraries and APIs to enable open systems computing.  
  243. Efforts like the common open software environment process, which joins HP 
  244. with other UNIX vendors, is aimed at promoting a consistent set of APIs 
  245. that will run across all vendors' systems.  But all of these standards 
  246. which enable open systems and portability are based on 32-bit technology.  
  247. The 64-bit open systems standards are, at best, still under development.
  248.  
  249. Overall Software Impact.  The missing 64-bit software pieces -- operating
  250. system support and open system standards for languages, libraries, and APIs 
  251. --will slow the development of true 64-bit application software and inhibit 
  252. the adoption of the 64-bit computing.  HP believes that 64-bit software 
  253. standards and their broad acceptance are some years away.  Until true 64-
  254. bit standards for open systems are established, customers with 
  255. heterogeneous systems on their network risk having to support incompatible, 
  256. shifting software implementations of 64-bit computing.
  257.  
  258.  
  259. Application Software Availability
  260. By far the most serious question of 64-bit computing is: What customer 
  261. benefit is available?
  262.  
  263. The customer will benefit from 64-bit computing when 64-bit application
  264. software is available and usable in today's open systems environment.  
  265. Industry analysts David M. Smith and John Morrell of International Data 
  266. Corporation (IDC) in Framingham, MA, reviewed the intent of independent 
  267. software vendors (ISVs) in their November 1992 report on 64-bit computing.  
  268. Their interviews show that...
  269.      "...the majority of ISVs are not seeing demand among their users for
  270.      specific 64-bit functionality, nor do they see many inherent
  271.      capabilities of which their software products can take advantage. 
  272.      The majority of ISVs will port existing 32-bit software to the
  273.      64-bit platforms without taking advantage of the 64-bit features."3
  274.  
  275. This lack of true 64-bit application software (without specific 64-bit
  276. functionality) points out the general lack of customer benefit available to 
  277. the current purchaser of this technology.  Furthermore, in commercial 
  278. markets the adoption of true 64-bit application software is hindered by the 
  279. need for 64-bit middleware.  Smith and Morrell note that "...64-bit 
  280. platforms would not have value to the mass commercial market until the 
  281. higher-level software [i.e. 'middleware'] utilized 64-bit features."4 
  282. The transition to 64-bit computing will be a gradual evolution, as customer
  283. requirements increase and as 64-bit application software becomes available.  
  284. An approximate timeline for this transition is provided by system shipment
  285. estimates from the IDC report on 64-bit computing, which is shown in Figure 
  286. 3.  The shipment estimates show a slow transition to 64-bit systems, with 
  287. the vast majority of shipments in this decade being comprised of 32-bit 
  288. implementations. A key element impacting this transition for most users is 
  289. that 64-bit software environments which can begin to support 64-bit 
  290. applications are not expected to become widely available until the 1996 
  291. timeframe (according to IDC).  The majority of 64-bit software applications 
  292. will arrive even later.
  293.  
  294.  
  295.  
  296. With this timeline in mind, HP will provide the first enhanced 64-bit PA-
  297. RISC systems at mid-decade, well before 64-bit computing becomes a broad 
  298. market requirement.  Furthermore, HP will provide these enhanced 
  299. implementations when customers can realize the practical benefits of this 
  300. technology, without creating discontinuities in the customer's software 
  301. environment. 
  302.  
  303. PA-RISC: HIGH-PERFORMANCE, COST-EFFECTIVE TECHNOLOGY
  304.  
  305. HP's careful evaluation of user needs has helped to make PA-RISC a 
  306. leadership architecture which provides high-performance in a cost-effective 
  307. manner to the user.  An important point is that PA-RISC provides these 
  308. capabilities in a manner that is usable by today's software applications.  
  309. These capabilities are not vague promises of "future benefit," but 
  310. represent real value to the user in terms of productivity with their 
  311. software applications.  The cost-effectiveness of PA-RISC is apparent when 
  312. considering three areas: system cost, performance, and addressing 
  313. flexibility.
  314.  
  315. System Cost: Optimizing Memory and Disk Resources
  316. PA-RISC provides high-performance, cost-effective technology by focusing on 
  317. the proper choice of 32-bit or 64-bit data representations for today's 
  318. user.  This cost issue has been missing from most discussions on 64-bit 
  319. computing and has a very real consequence to the user.  The choice of 32-
  320. bit or 64-bit data representation can have significant implications for 
  321. memory and disk capacity.  Brian Case, writing for Microprocessor Report, 
  322. puts this issue into perspective for the user:
  323.      "A very important concern is how primitive data types affect the
  324.      size of user-defined, aggregate data types (records and structures).
  325.      If basic integers and pointers suddenly double in size, structures
  326.      may double as well.  In some cases, this bloating is
  327.      intolerable..."5
  328.  
  329. A serious challenge of the larger 64-bit data and structure sizes is the
  330. increased requirements for memory and disk capacity.  The choice of 32-bit 
  331. data representation for use with PA-RISC provides the user with high-
  332. performance implementations which are usable by today's applications and 
  333. avoid the problem of "data explosion" with its consequences on system cost.
  334.  
  335. Performance: Impact on Cache
  336. PA-RISC also provides high-performance, cost-effective technology by 
  337. delivering balanced system performance.  Several areas of system 
  338. performance should be considered for comparison to 64-bit computing, 
  339. including cache performance and the use of arithmetic operations.
  340.  
  341. Dewar and Smosna, writing for "Open Systems Today," relate the issue of 64-
  342. bit data types to cache performance:
  343.      "The trouble with the move to 64 bits is that the data which would
  344.      have previously required 4 bytes in the cache (addresses and integer
  345.      data) end up taking 8 bytes, effectively reducing the size of the
  346.      cache by a factor of two and resulting in more cache misses...[F]or
  347.      many applications, the performance degradation from this effect will
  348.      outweigh advantages from speedy 64-bit arithmetic."6
  349.  
  350. This performance degradation due to cache misses is a significant cost to 
  351. the user.  An obvious solution to the cache miss performance problem might 
  352. seem to be the doubling of cache size (with no corresponding performance 
  353. advantage).  The net result is that a larger cache system is needed when 
  354. using 64-bit computing technology than is needed when using a 32-bit system 
  355. to achieve the same performance.
  356. Performance: Use of 64-bit Arithmetic
  357. The user's application software dictates the type of arithmetic operations 
  358. that are performed on data.  The PA-RISC approach to arithmetic data 
  359. operations, which is characterized by 64-bit floating point data registers 
  360. and 32-bit integer registers, provides high compute performance which is 
  361. matched to the abilities of today's software applications.  Current 
  362. applications only rarely use 64-bit arithmetic for integer data.  But in 
  363. the "full" 64-bit implementations, the 64-bit arithmetic must be performed 
  364. on addresses, regardless of the type of arithmetic used for data.  The 64-
  365. bit implementations must perform extra calculations (on 64-bit addresses) 
  366. with no current benefit to the user in data arithmetic.  Contrast the 
  367. performance overhead in this approach with the PA-RISC approach, which is 
  368. usable by today's software applications for high-performance arithmetic 
  369. operations.
  370.  
  371. The cost-effectiveness of 64-bit computing technology for system 
  372. performance is a wide area for discussion.  While benefits are possible, 
  373. real inhibitors are also.  Smith and Morrell note in their IDC report that 
  374. "[w]hile 64-bit technology can provide some performance boosts, it can also 
  375. generate additional overhead..."7
  376.  
  377. Address Flexibility
  378. PA-RISC provides a high-performance, cost-effective virtual memory system 
  379. to meet users' address space needs.  The question of address space centers 
  380. around two issues: the amount of virtual memory address space available to 
  381. the user and the performance of the virtual memory system when accessing 
  382. it.  Smith and Morrell investigated the need for larger amounts of virtual 
  383. memory in their IDC report and concluded that...
  384.       "...[t]he advantages of 64-bit addressing capabilities are not
  385.      apparent when looking at the address space requirements of the
  386.      average program.  For the vast majority of these, 4GB of addressing
  387.      [32-bit] will be sufficient for many years."8
  388.  
  389. The PA-RISC architecture provides a virtual memory system which allows 
  390. software applications to access 64-bits of address space through the use of 
  391. segmented addressing.  If "quantity" is the issue, the users of PA-RISC are 
  392. not limited in the amount of virtual memory space they can address.
  393.  
  394. For the vast majority of users, the segmentation approach provides a
  395. cost-effective means of addressing 64-bits of virtual memory using object 
  396. sizes up to 4 Gbytes (32-bit).  Until RAM prices decrease significantly, 
  397. the lack of physical memory in a system will cause most users to encounter 
  398. the system overhead due to memory "paging" long before any performance 
  399. overhead due to segmentation is experienced.  When physical memory (RAM) 
  400. becomes more affordable in the future, flat addressing approaches to 
  401. virtual memory system performance will become increasingly attractive.
  402.  
  403. HP's PA-RISC architecture provides customers with a proven virtual memory
  404. system which is capable of accessing large virtual address spaces.  The PA-
  405. RISC approach, which utilizes 64-bit segmented addressing, will be enhanced 
  406. by providing 64-bit flat addressing.  Most importantly, this enhancement to
  407. PA-RISC architecture will maintain forward binary compatibility to protect 
  408. the customer's hardware and software investments.
  409.  
  410. CONCLUSION
  411.  
  412. HP's progressive implementations of PA-RISC demonstrate the scalability of 
  413. the architecture.  The question is not whether the 64-bit architectures are
  414. technically possible, the question is whether the current implementation of
  415. 64-bit features benefit the customer in today's environment.  The bottom 
  416. line for the customer was succinctly captured by META Group, Inc. in their 
  417. 1993 report on 64-bit computing architectures:
  418.  
  419.      "Users should not be swayed by 64-bit hype, and should consider
  420.      64-bit systems only when all components (hardware, OS, DBMS,
  421.      applications) can be assembled and exploited in an integrated
  422.      environment."9
  423.  
  424.  
  425. Hewlett-Packard's state-of-the-art PA-RISC will continue to evolve to meet 
  426. the needs of the customer.  The first enhanced PA-RISC 64-bit systems will 
  427. appear at mid-decade, well before 64-bit computing becomes a broad market 
  428. requirement. HP remains committed to providing customers with high 
  429. performance today and with migration paths to the future through the 
  430. scalability of PA-RISC. 
  431.  
  432.                                      # # #
  433.  
  434.  
  435.      1   "Taking Stock of Power Processing" by Robert B.K. Dewar and 
  436. Matthew Smosna,        Open Systems Today, February 1, 1993, p.49.  
  437. [Hereinafter referred to as "Power              Processing"]
  438.  
  439.      2   See "Power Processing," p.53.
  440.  
  441.      3   "Sixty-Four Bit Computing: A Bit Ahead of Its Time?" by David M. 
  442. Smith
  443. and John       Morrell, International Data Corporation (IDC # 7175), 
  444. November
  445. 1992, p.7.               [Hereinafter referred to as "Sixty-Four Bit
  446. Computing"]
  447.  
  448.      4  See "Sixty-Four Bit Computing," p.7.
  449.  
  450.      5   "Comparing the New 64-Bit RISCs" by Brian Case, Microprocessor 
  451. Report, Vol. 7,        No. 3, March 8, 1993, p.15.
  452.  
  453.      6   See "Power Processing," p.53.
  454.  
  455.      7   See "Sixty-Four Bit Computing," p.3.
  456.  
  457.      8   See "Sixty-Four Bit Computing," p.3-4.
  458.  
  459.      9   "64-Bit Computing Architectures" by META GROUP, Inc., Open 
  460. Computing & Server         Strategies Service, File No. 252, April 13, 
  461. 1993.
  462.