Технологии Data Processing Unit (процессор обработки данных, DPU), Infrastructure Processing Unit (инфраструктурный процессор, IPU) и стандарт межсоединений Compute Express Link (CXL), избавляющие серверные процессоры от решения коммутационных и сетевых задач, способны значительно повысить энергоэффективность центров обработки данных, сообщает портал Network Computing.
На протяжении десятилетий предприятия были обеспокоены растущими требованиями к энергопотреблению своих дата-центров и ИТ-операций. Со временем требования к вычислениям и хранению данных росли, а вместе с ними росло и энергопотребление. Серверы с более мощными процессорами потребляли больше электроэнергии. А тепло, выделяемое более быстрыми процессорами, требовало все большего охлаждения, что усугубляло нагрузку на электросеть.
Для решения этих проблем пытались использовать различные решения по повышению энергоэффективности, перекладывая часть вычислительных задач и задач безопасности на сопроцессоры (например, GPU или аппаратный шифратор), оптимизированные для конкретных задач.
Чтобы значительно снизить энергопотребление дата-центров, предприятия помимо использования графических процессоров применяли виртуализацию и внедряли энергоэффективные практики. В результате эффективность использования энергии (PUE), стандартная метрика, описывающая, насколько эффективно компьютерный дата-центр использует энергию, снизилась. (Это хорошо.) В среднем она снизилась с примерно 2,5 в 2007 г. до 1,98 в
К сожалению, эти методы, используемые для повышения энергоэффективности дата-центров, за десять лет практически не улучшились, и показатели PUE претерпели минимальные изменения. Исследования показывают широкий диапазон значений PUE для дата-центров, но общей среднее значение сегодня составляет около 1,8.
Повышение энергоэффективности с помощью новых сетевых технологий
В последнее время внимание переключилось на снижение энергопотребления при коммутации и работе в сети и соответствующие технологии DPU, IPU и CXL.
По оценкам американской Национальной лаборатории возобновляемой энергии (NREL), предприятия, использующие такие технологии и уделяющие особое внимание снижению энергопотребления, могут добиться повышения энергоэффективности примерно на 33%.
За последний год появилось несколько новых технологий, позволяющих по-новому взглянуть на энергопотребление дата-центров. Несмотря на различные подходы, все эти решения направлены на повышение энергоэффективности за счет разгрузки центральных процессоров (CPU, ЦП) от коммутационных и сетевых задач, так же как графические процессоры и аппаратное шифрование снижают нагрузку на ЦП (и тем самым снижают общее энергопотребление). Вот некоторые из основных изменений, за которыми следует следить.
Процессор обработки данных
DPU — это относительно новая технология, которая разгружает ЦП от интенсивных задач, выводя их на отдельную плату в сервере. По сути, DPU — это мини-сервер, оптимизированный для работы с сетью, системами хранения и управления. (Обычный ЦП на борту сервера никогда не предназначался для таких интенсивных рабочих нагрузок дата-центра, которые могут перегружать сервер.)
Какое влияние могут оказать DPU? «Использование аппаратного ускорения в DPU для разгрузки задач, требующих интенсивной обработки, может значительно снизить энергопотребление, что приведет к повышению эффективности или, в некоторых случаях, уменьшению количества серверов, повышению эффективности дата-центра и значительной экономии средств за счет снижения потребления электроэнергии и уменьшения нагрузки на охлаждение», — говорит Зевс Керравала, основатель и главный аналитик ZK Research.
Сколько энергии могут сэкономить DPU? По данным компании NVIDIA, которая предлагает свой DPU, благодаря разгрузке сетевых задач, задач хранения и управления, энергопотребление сервера может снизиться на величину до 30%. Более того, экономия энергии увеличивается по мере роста нагрузки на серверы. Дополнительно можно сэкономить на охлаждении, электропитании, местах в стойках и капитальных затратах на серверы.
Инфраструктурный процессор
Службы инфраструктуры, такие как виртуальная коммутация, безопасность и хранение данных, могут потреблять значительное количество циклов ЦП. IPU ускоряет выполнение этих задач, освобождая ядра ЦП для повышения производительности приложений и снижения энергопотребления.
В прошлом году Intel и Google Cloud выпустили совместно разработанный чип под кодовым названием Mount Evans, призванный сделать дата-центры более безопасными и эффективными. Чип берет на себя работу ЦП по упаковке данных для передачи по сети. Он также обеспечивает лучшую безопасность различных приложений и пользователей, которые могут совместно использовать процессоры.
Согласно определению Intel, IPU — это передовое сетевое устройство с усиленными ускорителями и возможностью Ethernet-подключения. Оно ускоряет и управляет функциями инфраструктуры, используя тесно связанные выделенные программируемые ядра. IPU особенно эффективен в современных вычислительных средах, использующих программно-определяемые сети (SDN) и все более сложное ПО для управления. Эти решения в совокупности сильно истощают вычислительные ресурсы. По оценкам Intel, в некоторых высоко виртуализированных средах сетевые технологии могут потреблять 30% циклов ЦП хоста.
Межсоединение CXL
CXL — это открытый стандарт межсоединений для обеспечения эффективного когерентного разделения доступа к памяти между хостом, например процессором, и устройством, например аппаратным ускорителем или сетевой картой Smart NIC. Стандарт направлен на решение проблемы, известной как «узкое место фон Неймана», когда скорость вычислений ограничена скоростью, с которой процессор может получать инструкции и данные из памяти устройства.
CXL решает эту проблему несколькими способами. Он использует новый подход к доступу к памяти и ее совместному использованию несколькими вычислительными узлами. Он позволяет дезагрегировать память и ускорители, что дает возможность полностью программно определять дата-центры.
Некоторые устройства памяти в пуле могут обеспечить совместное использование памяти многими узлами, что открывает новые возможности и способности для приложений читать, изменять и записывать данные на месте без перемещения данных или передачи сообщений между узлами по сети. Такая возможность отображения и использования данных несколькими узлами может повысить эффективность использования ресурсов инфраструктуры.
Насколько важна технология CXL? «Эта технология может оказать существенное влияние на будущие серверные архитектуры, — говорит Аарон Льюис, аналитик исследовательской практики Omdia по облакам и дата-центрам. — В частности, CXL может снизить затраты на память в серверах при соблюдении требований к емкости и пропускной способности».
Он также обращает внимание на то, что под память используется значительная часть площади материнской платы. Благодаря дезагрегации памяти ресурсы памяти можно рассматривать как накопители или карты PCIe в физическом форм-факторе. Это может сделать конструкции серверов более плотными с вычислительной точки зрения вычислений и ограниченными в первую очередь тепловыми факторами, а не недостатком площади материнской платы.
