עתיד מרכזי הנתונים: משלחת הצלה בראשות FPGA
12 אוקטובר, 2014
רכיבי FPGA מיתכנתים מצליחים לספק מענה מפתיע לבעיית העומס על השרתים במרכזי נתונים. חברת מיקרוסופט הוכיחה זאת בניסוי מפתיע, אינטל נערכת לפלטפורמת CPU/FPGA משולבת, ואלטרה מדווחת שהשוק הצומח ביותר שלה נמצא במרכזי הנתונים
רכיבי FPGA מיתכנתים מצליחים לספק מענה מפתיע לבעיית העומס על השרתים במרכזי נתונים, ומגלים שוק המוני חדש
חלפו הימים שבהם שימשו רכיבי FPGA מיתכנתים ככלי לפיתוח אבות טיפוס או לייצור מהיר של מספר קטן של מערכות אלקטרוניות. ניסוי מפתיע שביצעה לאחרונה חברת מיקרוסופט ממחיש את הכיוון החדש: כניסת ה-FPGA לליבת מערכות מיחשוב מרכזיות.
בשבוע שעבר נפגש Techtime עם פרופ' דרק צ'יו מאוניברסיטת אוסטין, טקסס, המשמש גם כארכיטקט מיחשוב בחברת מיקרוסופט. צ'יו מנהל פרוייקט יוצא דופן: פיתוח כרטיסי מיחשוב הטרוגניים הכוללים מעבדים סטנדרטיים של אינטל ביחד עם רכיבי FPGA גדולים, על-מנת לפתח פתרון המאיץ את הפעולה של מרכזי נתונים.
השרתים לא עומדים בקצב
הוא סיפר שבתחילת השנה הסתיים ניסוי רחב היקף: המהנדסים בחברת מיקרוסופט פיתחו כרטיס הכולל שני מעבדי Xion של אינטל, רכיב FPGA ממשפחת Stratix של חברת Altera ובקר תקשורת עבור PCI Express.
הסיבה לניסוי היא בעיה שהתעוררה בשנים האחרונות המעיקה על מרכזי הנתונים בעולם ועל כל ספקי תשתיות הענן. השיפור בקצב העבודה של השרתים מפגר אחר הצמיחה בהיקף המטלות ועומס העיבוד המוטל על מרכזי הנתונים.
כדי להתמודד עם הבעיה, חיפשו המהנדסים במיקרוסופט פתרון באמצעות הפחתת העומס (Off Load) על השרתים, והעברת חלק ממשימות העיבוד לפלטפורמה אלטרנטיבית, ייעודית וזריזה. הפרוייקט קיבל את הכינוי Catapult, ויצא לדרך.
במסגרת הפרוייקט בנו מהנדסי מיקרוסופט כרטיס-אם הכולל רכיב FPGA חזק, זיכרון DRAM בנפח של 8GB וממשק PCI Express המקשר ישירות את רכיב ה-FPGA אל מעבדי ה-CPU בשרת. בסך הכל ניבנה מסד הכולל 1,632 שרתים, אשר הותקן במרכז הנתונים של מנוע החיפוש Bing של מיקרוסופט.
עם התחלת הניסוי, התברר שהתוצאות עלו על הציפיות: המערך החדש שיפר ב-95% את הספק הדירוג (Ranking) של האתרים שנבדקו על-ידי בינג. כאשר המערכת אולצה לעבוד בהספק זהה להספק השרתים הסטנדרטיים במרכז הנתונים של בינג, היא עשתה זאת ב-71% מהזמן שנידרש להם. למעשה, הניסוי נחשב להצלחה כל-כך גדולה, שמיקרוסופט הודיעה על פריסה רחבת היקף של כרטיסים מבוססי FPGA במרזי הנתונים שלה, שתתחיל בשנת 2015.
אינטל נכנסת לתמונה
ראוי לציין שמיקרוסופט איננה החברה הראשונה שגילתה את הפוטנציאל הטמון בטכנולוגיית הרכיבים המיתכנתים. במסגרת כנס המפתחים של חברת אינטל שנערך בחודש אוגוסט בסן-פרנסיסקו, אירחה מנהלת קבוצת מרכזי הנתונים באינטל, דאיין בריאנט, את הטכנולוגי הראשי של חברת F5 Networks, קארל טריבס.
הוא סיפר על פרוייקט חדש במרכז הנתונים של החברה: שילוב רכיבי FPGA בהיקף גדול לצד המעבדים של אינטל. גם במקרה הזה תפקידם להסיט עומס ממעבדי השרתים, בעיקר כדי להריץ אלגוריתמים אשר פועלים מהר יותר באמצעות חומרה מאשר באמצעות תוכנה, דוגמת הצפנה ופיענוח. מדובר בפרוייקט משותף של F5 וחברת אינטל, שבמהלכו ניבנו כרטיסי שרת הכוללים מעבד Xion של אינטל המקושר ישירות אל רכיב FPGA (לא נמסרו פרטים על יצרן ה-FPGA). הרעיון כולו קיבל את הכינוי "תשתית חומרה מוגדרת תוכנה", שכן חברת F5 משתמשת במערכת כדי לתכנת בכל פעם מחדש את רכיבי ה-FPGA, בהתאם ליישום שהיא מריצה.
במסגרת ההרצאה שלה, הסבירה בריאנט שעל-פי תפישתה של אינטל, מרכז הנתונים העתידי יהיה בנוי ממערכות המספקות גמישות בהתמודדות עם עומסים שונים כאשר תשתית החומרה היא מוגדרת תוכנה. במלים אחרות, אינטל רואה את ה-FPGA כחלק בלתי נפרד ממרכזי הנתונים.
אלטרה גילתה שוק חדש
התפיסה הזו מאירה באור חדש את הסכם שיתוף הפעולה בין חברת אינטל לבין חברת Altera, שהיא אחת משתי החברות הגדולות בעולם לאספקת רכיבי FPGA (השנייה היא Xilinx). חברת אינטל מספקת לאלטרה שירותי ייצור של רכיב ה-FPGA החזק ביותר שלה: Stratix 10. הוא מיוצר בתהליך של 14 ננומטר וכולל את טכנולוגיית טרנזיסטורי Tri-Gate, שהיא הגירסא של אינטל ל-FinFET. בימים האחרונים העבירה אלטרה את תוכנת הפיתוח למספר לקוחות ביטא, כאשר דוגמאות הסיליקון הראשונות ייצאו ממפעלי אינטל בשנת 2015. מדובר במוצר הראשון של אלטרה המיוצר על-ידי אינטל.
Techtime שאל את מנהל קבוצת מרכזי הנתונים באלטרה, ג'ף רוג'רס, האם אינטל ואלטרה מפתחות במשותף פלטפורמת מיחשוב הטרוגנית הכוללת CPU ו-FPGA, אולם הוא סירב להכחיש או לאשר את האפשרות הזו. הוא הסכים לומר ששוק מרכזי הנתונים הוא כיום השוק בעל הצמיחה המהירה ביותר של חברת אלטרה.
"הוכח שהשילוב של רכיבי FPGA לצד ה-CPU משפר את פעילות השרתים במרכזי הנתונים, מכיוון שהם נותנים מענה לכמה מצווארי הבקבוק המכבידים היום על מרכזי הנתונים. בהם: צריכת אנרגיה מוגזמת בביצוע פעולות עיבוד מקבילי הדרושות למנועי חיפוש וליישומי ביג דטה, גישה איטית לזיכרון ומהירות עיבוד נמוכה מאוד יחסית".
השוק ממתין לפריצת מחסום התוכנה
למרות זאת, הוא עדיין רואה מספר קשיים שיש להתגבר עליהם כדי להאיץ את השילוב של רכיבי FPGA כחלק בלתי נפרד מפלטפורמות המיחשוב במרכזי הנתונים. רוג'רס: "הבעיה המרכזית כיום נעוצה בתוכנה. תכנות רכיבי FPGA דורש שימוש בשפת RTL, המוכרת למהנדסי חומרה אבל לא למתכתנים.
"על כל מתכנת RTL קיימים בשוק 1,000 מתכנתי שפת C. לכן אנחנו פעילים מאוד בשפת OpenCL ומעריכים שכמחצית מהלקוחות שלנו בתחום מרכזי הנתונים ישתמשו ב-OpenCL עד לשנת 2016. אנחנו זקוקים לתוכנה עלית טובה יותר (High Level Language). זהו המפתח. עם הגיבוש של תוכנה עלית חדשה, הביצועים של ה-FPGA יהיהו טובים יותר צאלה של מעבדי GPU המשמים כיום כפתרון ביניים במרכזי נתונים רבים".
לקריאת המאמר שמיקרוסופט פירסמה בכנס ISCA 2014, הקליקו: Catapult
המיפגש עם Altera נערך במסגרת סיור עיתונאים של GlobalPress
פורסם בקטגוריות: חדשות , מחשבים ומערכות משובצות , מערכות משובצות , סמיקונדקטורס
כתבות נוספות העשויות לעניין אותך
