Arm處理器入侵服務(wù)器的兩種途徑

至少有兩種（可能還有更多種）途徑可以讓Arm處理器在數(shù)據(jù)中心中與現(xiàn)有的Intel和AMD X86處理器競爭。

第一條途徑，也是迄今為止大多數(shù)Arm陣型采用的途徑，那就是基于Arm內(nèi)核和相鄰技術(shù)創(chuàng)建更好的CPU，最終使服務(wù)器的外觀，氣味和品味一直到管理控制器和外圍設(shè)備或多或少像過去二十年來在數(shù)據(jù)中心中普遍使用的X86服務(wù)器。通過這條道路，差異化體現(xiàn)在總吞吐量，價(jià)格/性能以及對未來處理器設(shè)計(jì)的激進(jìn)節(jié)奏上，英特爾近年來無法通過Xeons交付這些產(chǎn)品，而AMD在其前兩代Epyc處理器上做得相當(dāng)出色。

將Arm服務(wù)器帶入數(shù)據(jù)中心的另一條路徑（當(dāng)然也較少走過）是采用低功率的Arm CPU并構(gòu)建另一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)不需要當(dāng)今數(shù)據(jù)中心中標(biāo)準(zhǔn)的強(qiáng)大X86處理器，但可以仍然以較低的成本和更高的效率處理大量的分布式計(jì)算工作負(fù)載。這是一條固有的風(fēng)險(xiǎn)之路，在過去的多年里也有很多人討論，我們現(xiàn)在也正在思考的關(guān)于微服務(wù)器與服務(wù)器權(quán)衡。但是在構(gòu)建了一些試驗(yàn)性的Arm服務(wù)器以驗(yàn)證這些想法之后，Bamboo Systems正在從私募股權(quán)（而不是學(xué)術(shù)和政府資金）中籌集第一筆資金，并將嘗試提出基于Arm處理器做低功耗的分布式系統(tǒng)的嘗試。

Bamboo Systems并不是一家新公司，而是一家專注和資金雄厚的公司。該公司的前身是Kaleao，我們在2016年8月就談到了這一點(diǎn)，當(dāng)時曼徹斯特大學(xué)的計(jì)算機(jī)架構(gòu)教授，前Arm的技術(shù)和系統(tǒng)總監(jiān)John Goodacre從超擴(kuò)展程序工作負(fù)載到包括HPC工作負(fù)載改變了他基于微服務(wù)器的集群設(shè)計(jì)，開啟了一個稱為EuroServer的項(xiàng)目。

三年多以前，Goodacre堅(jiān)信開發(fā)出許多用于并行化超級計(jì)算應(yīng)用程序的關(guān)鍵技術(shù)，包括用于跨集群共享工作的消息傳遞接口（MPI）協(xié)議和分區(qū)全局地址空間（PGAS）內(nèi)存。尋址方案。這就可以使得無論運(yùn)行什么工作負(fù)載，無論是在HPC中心還是超大規(guī)模生產(chǎn)者中，都必須將其集成到將來的百億億次系統(tǒng)的編程模型中。因?yàn)闆]有其他方法可以同時承載數(shù)百萬個線程。

Goodacre和他的團(tuán)隊(duì)早在2014年就開始了EuroServer項(xiàng)目，該平臺的許多構(gòu)想以及其他一些項(xiàng)目被結(jié)合在一起，創(chuàng)建了一個名為KMAX的商業(yè)產(chǎn)品?，F(xiàn)在，他們正在對自己的Bamboo系統(tǒng)進(jìn)行更名，并長期致力于成為系統(tǒng)供應(yīng)商，該系統(tǒng)供應(yīng)商將在正確的時間出現(xiàn)在正確的位置，因?yàn)槟柖稍诮酉聛淼氖曛凶罱K失效。

第一個KMAX系統(tǒng)于2017年交付，該公司于2014年4月解密了這些設(shè)計(jì)，我們在此處詳細(xì)介紹。KMAX集群基于三星開發(fā)的相對適中的Exynos 7420處理器打造，該芯片三星為其智能手機(jī)創(chuàng)建的，當(dāng)中包括了來自Arm的運(yùn)行于2.1 GHz的四核Cortex-A57處理器以及運(yùn)行于1.5 GHz的四核Cortex-A53。其中Cortex-A53內(nèi)核用于系統(tǒng)和管理功能，只有Cortex-A57內(nèi)核用于計(jì)算。Exynos 7420芯片采用三星本身的14納米工藝制造，由它們支持低功耗DDR4主存儲器，并且集成了Mali-T760 MP8 GPU。您可以基于他們一起做很多有趣的工作。

KMAX計(jì)算節(jié)點(diǎn)擁有四個Exynos 7420處理器，而該架構(gòu)是Goodacre所謂的“完全融合”，因?yàn)樵摴?jié)點(diǎn)具有捆綁在其上的所有計(jì)算，存儲和聯(lián)網(wǎng)功能，并且重要的是使用FPGA，特別是Xilinx的Zync FPGA。它能夠利用嵌入式網(wǎng)絡(luò)支持跨節(jié)點(diǎn)的PGAS和MPI內(nèi)存方案，并從CPU中卸載某些網(wǎng)絡(luò)功能。每個刀片（blade）上都有兩個KMAX節(jié)點(diǎn)，最多12個刀片可裝入一個3U機(jī)箱，該機(jī)箱具有128個內(nèi)核，64 GB內(nèi)存和2 TB嵌入式閃存的聚合，可提供80 GB /秒的I / O帶寬，在該機(jī)箱上每秒處理大約一千萬次I / O操作。每個刀片都可以附加32 TB的NVM-Express閃存存儲。

使用高密度KMAX-HD變體（比標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架要深一點(diǎn)），單個KMAX機(jī)箱就可以完成兩打Dell PowerEdge服務(wù)器的超大規(guī)模工作（緩存，Web服務(wù)等）（可以使用老式的服務(wù)器） ，而功耗為Xeon E5處理器的四分之一，成本僅為三分之一，而空間僅為八分之一。據(jù)推測，將于今年推出的下一代Bamboo Systems機(jī)器將達(dá)到或超過這些分?jǐn)?shù)的倍數(shù)。

根據(jù)Goodacre的說法，數(shù)據(jù)中心消耗了當(dāng)今世界3.5％的能源，并且預(yù)計(jì)在未來五到十年內(nèi)，能源消耗量將增長3倍至5倍。雖然在這些預(yù)測上有一些非常大的誤差線。但關(guān)鍵在于，這是毫無疑問的大量能源，更重要的是，數(shù)據(jù)中心將在今年取代航空業(yè)成為最大的溫室氣體排放來源，到2023年，數(shù)據(jù)中心的消耗量將是航空業(yè)的4倍至5倍。在美國或中國，這可能沒什么大不了的，但是能源效率一直是歐洲計(jì)算的更大動力，這些數(shù)字將在歐洲產(chǎn)生更好的共鳴。（這在一定程度上也解釋了為什么Arm像在嵌入式和手持設(shè)備上一樣迅速發(fā)展，以及Goodacre為什么在他所從事的服務(wù)器上做出了開創(chuàng)性的工作。

“服務(wù)器業(yè)務(wù)是一個超過800億美元的市場，這是一個巨大的市場，” Bamboo Systems的新任首席執(zhí)行官Tony Craythorne提醒The Next Platform。Craythorne最近在數(shù)據(jù)管理軟件制造商Komprise負(fù)責(zé)全球銷售，并在Brocade Communications，Hitachi Data Systems和Nexsan負(fù)責(zé)部分業(yè)務(wù)?！拔覀兌贾溃⑻貭柼幚砥髡紦?jù)了服務(wù)器市場的絕大部分。但是在過去的幾年中，有些事情發(fā)生了變化。軟件設(shè)計(jì)已經(jīng)從非常高效的C和C ++代碼轉(zhuǎn)變?yōu)樾实偷枚嗟慕忉屨Z言（interpreted languages ），例如Go和Python，以及由容器（containers ）和Kubernetes主導(dǎo)的軟件堆棧。同時，人工智能工作負(fù)載（尤其是機(jī)器學(xué)習(xí)）給英特爾架構(gòu)帶來了極大的壓力，因?yàn)樗皇菫檫\(yùn)行那些應(yīng)用程序而設(shè)計(jì)的。人們通過處理越來越多的計(jì)算來解決這些問題。

我們不知道真實(shí)情況，但是，如果Bamboo Systems援引的數(shù)字正確，那么數(shù)據(jù)中心的能耗增長速度將超過聚合數(shù)據(jù)中心計(jì)算的增長速度。正如Goodacre 和Craythorne所看到的那樣，這是一個機(jī)會。更準(zhǔn)確地說，這就是機(jī)會。

但是Bamboo Systems不能只是在KMAX原型機(jī)上打一個新標(biāo)簽就可以做到。該公司沒有透露何時更新的微服務(wù)器將從三星處理器轉(zhuǎn)移到一個未指定的，現(xiàn)成的Arm處理器，Goodacre說它“相當(dāng)快”，然后暗示8核到16核之間的某個東西對于單個操作系統(tǒng)，映像可能是平衡計(jì)算容量，內(nèi)存帶寬以及功耗和散熱的最佳選擇。他補(bǔ)充說，

有些東西與由Amazon Web Services創(chuàng)建的原始16核Graviton處理器類似，但與新的64核Graviton2沒有相似之處。這是他們的目標(biāo)。Goodacre沒透露它是什么芯片，而是說它已經(jīng)在當(dāng)今市場上出售。

Nvidia的Tegra“ Carmel” Arm芯片（嵌入在其“ Xavier” Jetson AGX自動駕駛汽車平臺中）最高達(dá)到八個內(nèi)核。Marvell Armada芯片甚至在Armada 8K和Armada XP高端版本中擁有四個核心。而高通Snapdragon 865的上面有八個“KRYO” 585核心。

高通芯片的可能性很高，但是英偉達(dá)是一種可能性，特別是對于需要一定數(shù)量的GPU內(nèi)存的工作負(fù)載而言。根據(jù)計(jì)算需求，沒有理由刀片不能同時具有這兩種功能。（如果我們忘記了清單，這并不意味著它是詳盡的清單。）

多年來，我們在The Next Platform上看到了許多有趣的微服務(wù)器風(fēng)格的處理器和系統(tǒng)來回走動，而現(xiàn)在我們問了過去幾年來的相同問題：為什么現(xiàn)在不行，為什么現(xiàn)在仍然可以工作呢？過去呢？

“我認(rèn)為關(guān)鍵是您必須使軟件相同，” Goodacre解釋說。“人們實(shí)際上只將系統(tǒng)視為它們軟件的制程，因此，如果軟件相同，那么一切都好辦很多?！?/p>

Goodacre和Craythorne都明白，企業(yè)需要花費(fèi)一些時間來測試Bamboo系統(tǒng)架構(gòu)中的想法，并在其堆棧中找到正確的應(yīng)用程序進(jìn)行測試，然后投入生產(chǎn)。因此，該公司將專注于機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能，物聯(lián)網(wǎng)和邊緣計(jì)算，智能存儲，Web基礎(chǔ)設(shè)施，內(nèi)容交付和數(shù)據(jù)分析應(yīng)用程序。

同樣重要的是，將使客戶能夠輕松使用平臺測試機(jī)器，以便他們能夠最終發(fā)展為概念驗(yàn)證并投入生產(chǎn)。Bamboo Systems的目標(biāo)是長期的，并且與其同名產(chǎn)品一樣，它希望能夠以穩(wěn)定，有機(jī)的步伐扎根并傳播。

該公司對我來說，對于經(jīng)銷商來說，在該系統(tǒng)中期望獲得的利潤要比X86服務(wù)器市場所能得到的利潤要多得多。我們都知道，過去十年或更長時間里，誰在X86服務(wù)器利潤中占了最大份額——英特爾。

最后一點(diǎn)：將Arm處理器帶入服務(wù)器的第三種方式是AWS通過其Nitro SmartNIC來完成的，該方式從處理器上分擔(dān)了存儲和網(wǎng)絡(luò)功能。而且，您可以將SmartNIC與上面提到的或強(qiáng)或弱的Arm處理器結(jié)合使用。