Публикации   Каталог оборудования   Анализ климата регионов   О проекте AboutDC.ru

"Интеллектуальные" полупроводники

Опубликовано: 25.12.2012. LSI

Взгляд изнутри: почему для инфаструктур следующего поколения необходимы более «интеллектуальные» полупроводники.

Что может знать производитель полупроводниковых решений о том, какие инфраструктуры будут лежать в основе ЦОДов  мобильных сетей следующего поколения? Много чего. Именно в интегральных схемах происходят процессы, на основе которых работает любая сеть. Ввиду значительного роста объемов передаваемых данных, последовательное увеличение производительности в соответствии с законом Мура не обеспечивает повышение быстродействия сетей на уровне, соответствующем их настоящим потребностям. Необходим подход, основанный на интеллектуальных функциях полупроводниковых микросхем и программного обеспечения.

Одним из наиболее оптимальных способов увеличить производительность мобильных сетей и сетей ЦОД является объединение процессоров общего назначения с интеллектуальными приводами ускорения процессов в микросхемах, что в значительной степени упорядочит принцип определения более приоритетных битов информации и их распределения, что, в свою очередь, оптимизирует производительности сети и облачных сервисов.  

Проблема «наводнения данных»

Одна из фундаментальных проблем отрасли – так называемая «Проблема наводнения данных» - несоответствие между ежегодным ростом требований к объему передаваемого трафика и хранения данных на 30-50% и соответственным ежегодным увеличением бюджетов на ИТ на 5-7%. Повсеместное внедрение облачных сервисов и резкий рост потребностей в средствах хранения данных являются причинами экспоненциального роста объема данных, передаваемых по сети в облако и из него. Ввиду роста объемов трафика, значительно превосходящих возможности имеющихся инфраструктур, перед ИТ-специалистами встает насущная проблема увеличения производительности сети с применением интеллектуальных подходов. 

«Проблема наводнения данных», которая выражается в несоответствии роста объемов сетевых операций и хранилищ данных и роста инвестиций в ИТ уже достигла серьезного уровня, и масштабы этого несоответствия продолжают расти.

Сети облачных ЦОД были построены на основе существующих в то время технологий и могли справляться с проблемой необходимости повышения производительности, если можно так выразиться, путем применения грубой силы, то есть путем внедрения большего количества оборудования (серверов, коммутаторов), увеличения количества ядер процессоров или объема памяти. Однако такой подход нерационален и сопряжен с повышенными затратами: повышаются издержки, связанные не только со стоимостью дополнительного оборудования, но и с увеличением потребности в пространстве, охлаждении и электропитании. Кроме того, такой подход не оправдывает ожидания относительно времени задержки сети. Применение интеллектуального подхода путем использования более интеллектуальных полупроводниковых микросхем, упорядочивает обработку пакетов, передающихся в мобильных сетях и сетях ЦОД. В частности, благодаря интеллектуальным микросхемам в сетях следующего поколения можно определить критичность пакета данных, а затем задать ему приоритет, обработать его и направить таким образом, чтобы снизить общий  и ускорить доставку приоритетных пакетов, и, например, доставить пакет голосовых или видеоданных в реальном времени без задержки.

Более интеллектуальные сети

Процессоры общего назначения, которые все чаще имеют несколько ядер, постепенно заполняют сетевые инфраструктуры. На эти процессорах работают коммутаторы и маршрутизаторы, сетевые экраны и регуляторы нагрузки, ускорители сетей WAN и VPN-шлюзы. Но ни одно из этих устройств не способно самостоятельно справиться с «наводнением данных» по одной простой причине: процессоры общего назначения созданы исключительно для вычислительных, серверных нагрузок и не оптимизированы для обработки уникальных сетевых нагрузок в современных и будущих сетевых инфраструктурах. Интеллектуальные микросхемы, однако, могут увеличить скорость обработки нагрузок в реальном времени, например, высокопроизводительная обработка пакетов, но при этом обеспечивая необходимую производительность сети в зависимости от требований трафика.

Интеллектуальные микросхемы обычно оснащены многоядерными процессорами общего назначения, дополненными множеством ускорителей для обычных сетевых операций, например, классификации пакетов и комплексная проверка пакетов, обеспечение безопасности и управление трафиком. Некоторые из таких ускорителей достаточно мощны, чтобы полностью взять на себя обработку специализированных пакетов данных, освободив процессоры общего назначения, то есть выполнять задачи коммутации, маршрутизации и других сетевых операций на уровне ускорителей прямого доступа, что существенно увеличивает производительность сети. Перевод интенсивных операций обработки  на ускорители, оптимизированные для определенного типа нагрузок, также способствует улучшению соотношения производительности на ватт по сравнению с архитектурами на основе процессоров общего назначения.

Специализированные интеллектуальные микросхемы – прекрасная возможность для производителей сетевого оборудования, которые стремятся усилить свое конкурентное преимущество, оптимизировав устройства за счет собственных усилий. Например, собственные уникальные проприетарные разработки производителя могут быть интегрированы в микросхемы, чтобы обеспечить повышение производительности по сравнению с процессорами общего назначения, например, путем оптимизации обработки данных в основной полосе частот, глубокой проверки пакетов и управления трафиком. Такой уровень интеграции требует тесного сотрудничества между производителями оборудования и микросхем.

Сети ЦОД следующего поколения должны быть быстрее, но в то же время обладать более простой структурой, и, следовательно, должны быть интеллектуальней, чем когда-либо. Одна из ключевых проблем, с которой сталкиваются виртуализированные мега-ЦОДы – это масштабирование уровня управления. Чтобы обеспечить работу облачных ЦОД, уровень управления должен масштабироваться горизонтально либо вертикально. Согласно традиционному подходу на основе вертикального масштабирования, дополнительные и/или более мощные вычислительные устройства и ускорители помогают масштабировать производительность уровня управления.  

В получивших развитие архитектурах, подходящих для горизонтального масштабирования, например, программно определяемые сети (SDN), уровень управления изолирован от уровня данных и обычно его команды исполняются на обычных серверах. Как в архитектурах горизонтального масштабирования, так и в архитектурах вертикального масштабирования, интеллектуальные многоядерные коммуникационные процессоры, объединяющие процессоры общего назначения со специализированными аппаратными ускорителями, могут существенно улучшить производительность уровня управления. Некоторые функции, например, обработка пакетов и управление трафиком, могут быть перенаправлены на линейные карты, оснащенные такими специализированными коммуникационными процессорами. 

В то время как эффективность разделения уровней данных и управления остается спорным вопросом, совершенно ясно, что сети SDN нуждаются в интеллектуальных микросхемах, чтобы обеспечивать ожидаемый уровень масштабируемости производительности.

Интеллектуальное хранение данных

Интеллектуальные микросхемы, применяемые в области хранения данных, могут способствовать преодолению проблемы «наводнения данных». «Бутылочное горлышко» СХД  при операциях ввода-вывода обусловлено принципами механики движения пластин и приводов  традиционных жестких дисков, а именно ограничениями в передаче данных с носителей жесткого диска, что подтверждается громадной (в пять порядков) разницей между задержкой операций ввода-вывода между модулем памяти (100 наносекунд) и жесткими дисками высокой производительности (10 миллисекунд). 

Другим ограничением является объем памяти, поддерживаемый современными системами кэширования (измеряемый в гигабайтах), но в несколько раз меньший, чем емкость одного жесткого диска (измеряемая в терабайтах). Это несоответствие не способно обеспечить повышение производительности помимо повышения объема модулей динамической оперативной памяти (DRAM) в системах кэширования или добавления дополнительных высокоскоростных жестких дисков.

Твердотельные накопители с флеш-памятью NAND, с другой стороны, достаточно эффективно уменьшают последствия эффекта «бутылочного горлышка», обеспечивая скорость операций ввода-вывода на уровне, соответствующем оперативной памяти, обладая сопоставимой с жесткими дисками емкостью. Со своей стороны интеллектуальные полупроводниковые микросхемы обеспечивают выполнение непростых операций регулирования износа, очистки и уникальных процессов снижения объема данных, чтобы повысить износоустойчивость флеш-памяти и исполнять более совершенные алгоритмы исправления ошибок для защиты данных в средах RAID. Флеш-память помогает уменьшить разрыв между емкостью и временем задержки по сравнению с кэшированием в DRAM и жесткими дисками, как показано на рисунке. 

Флеш-память уменьшает разрыв в отношении емкости и времени задержки между DRAM в устройстве кэширования и жестким диском с высокой скоростью вращения шпинделя.

Твердотельная память обеспечивает наибольшее увеличение производительности, если карта ускорения кэширования флэш-памяти размещается в самом сервере и подключена к шине PCI-Express. Встроенные или централизованные программные средства кэширования используются для размещения «горячих данных», время доступа к которым составляет 20 микросекунд, то есть в 140 раз быстрее, чем в случае с производительным жестким диском (2800 микросекунд). Некоторые из этих карт поддерживают мультитерабитные хранилища на основе SSD, а новый класс данных решений предлагает интерфейсы для внутреннего подключения флеш-памяти и интерфейсы SAS, комбинируя высокопроизводительные твердотельные накопители и RAID-массивы на основе жестких дисков. Карта ускорения флеш-памяти с интерфейсом PCIe может увеличить производительность базы данных на уровне приложения от 5 до 10 раз в средах DAS и SAN.  

В основе всех этих решений лежит технология интеллектуальны микросхем. Следовательно, без детального изучения проблемы со стороны производителей полупроводниковых технологий у системных вендоров нет никаких шансов справиться с проблемой «наводнения данных.

Джим Андерсон (Jim Anderson), главный вице-президент и генеральный менеджер группы сетевых решений компании LSI

Комментарии

Ваше имя:

E-mail:  (на сайте не показывается)

Введите код с картинки:      

 

Каталог оборудования

 ИБП   Кондиционеры   Чиллеры 

HYIP (Хайп)

 About HYIP (о хайпах)   HYIP платит   HYIP скам   Обменники   Платёжные системы 

Компании

 DataCenterDynamics   Exsol (Эксол)   HTS   NVisionGroup   Union Group   Uptime Institute   UptimeTechnology   Ай-Теко   АйТи   АМТ-груп   Астерос   Аякс   ВентСпецСтрой   ДатаДом   Крок   Радиус ВИП   Термокул   Техносерв 

Оборудование

 Кондиционирование   Контроль доступа и безопасность   Мониторинг   Пожаротушение   Серверное оборудование   СКС   Фальшпол   Шкафы и стойки   Электроснабжение (ИБП, ДГУ) 

Пресса

 Connect - Мир связи   FOCUS   PC Week   ServerNews   Журнал сетевых решений / LAN   ИКС-Медиа 

Производители

 AEG   Chloride   Conteg   Delta Electronics   Eaton   Emerson Network Power   Green Revolution Cooling   HiRef   Hitec   Lampertz   Lande   LSI   Powerware   RC Group   Rittal   Schneider Electric   Stulz   Uniflair 

Рубрики

 Базовые станции   Интернет вещей   История   Криптовалюты   Мероприятия   Мобильный ЦОД   Обслуживание ЦОД   Опыт ЦОД   Суперкомпьютеры   Терминология   ЦОД в целом