如何創(chuàng)建最佳的網(wǎng)絡(luò)和架構(gòu) 一文解析Gen-Z架構(gòu)

不要與人口學(xué)中的千禧世代搞混了，Gen-Z是一種語(yǔ)義存儲(chǔ)（memory-semantic）體系架構(gòu)，它已經(jīng)發(fā)展到了一定程度，需要更好地定義來(lái)適應(yīng)更大規(guī)模的規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)，例如在數(shù)據(jù)中心越來(lái)越受歡迎的成熟NVM Express和新興Compute Express Link（CXL）協(xié)議。

Gen-Z使用語(yǔ)義存儲(chǔ)通信，以最小開(kāi)銷(xiāo)在不同組件的內(nèi)存之間傳送數(shù)據(jù)，它不僅使存儲(chǔ)器件互連，也使處理器和加速器互連，加速器可以減輕CPU的處理壓力，越來(lái)越受到存儲(chǔ)和人工智能等應(yīng)用的青睞。Gen-Z在資源供應(yīng)和共享方面更靈活、響應(yīng)更快，當(dāng)應(yīng)用所需資源發(fā)生變化時(shí)，可以重新配置系統(tǒng)。

與許多體系架構(gòu)一樣，在支持和增強(qiáng)現(xiàn)有系統(tǒng)方面，Gen-Z會(huì)盡量使其達(dá)到平衡，同時(shí)還可以創(chuàng)建新的體系架構(gòu)。Gen-Z架構(gòu)強(qiáng)調(diào)要弄清誰(shuí)在做什么。研究機(jī)構(gòu)Coughlin and Associates的總裁Thomas Coughlin說(shuō)：“這個(gè)問(wèn)題令人困擾，很多事情他們可能都在做重復(fù)工作，如果能互通有無(wú)，搞清誰(shuí)在做什么和如何做，并且一起去做，那就太好了?！?/p>

Gen-Z之所以能成為主流，一個(gè)重要原因就是可以支持不同類(lèi)型標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)備的互操作性，其他體系架構(gòu)（如CXL）的支持者也認(rèn)同協(xié)作的重要性。

“人們采用不同的方式創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)及包含各種要素（如聯(lián)網(wǎng)、存儲(chǔ)和計(jì)算，以及加速器）的架構(gòu)，我們認(rèn)為所有這些方式之間的關(guān)系都需要討論清楚?！盋oughlin說(shuō)，“如何使所有這一切協(xié)同工作？如何創(chuàng)建最佳的網(wǎng)絡(luò)和架構(gòu)，使它們盡可能以有效的方式在本地和遠(yuǎn)程工作？對(duì)NVMe over Fabric與Gen-Z進(jìn)行區(qū)分只是其中的一個(gè)例子?！?/p>

圖1：Gen-Z架構(gòu)的開(kāi)發(fā)重點(diǎn)是通過(guò)下一代器件（如持久性?xún)?nèi)存）的透明集成實(shí)現(xiàn)持續(xù)的性能提升，并通過(guò)組合式存儲(chǔ)器和加速器來(lái)充分利用DRAM。（圖片來(lái)源：Gen-Z聯(lián)盟）

Gen-Z聯(lián)盟聲稱(chēng)，Gen-Z本身的主要技術(shù)優(yōu)勢(shì)是能夠?qū)RAM和非易失性存儲(chǔ)器及未來(lái)的持久性存儲(chǔ)技術(shù)結(jié)合起來(lái)，它還使用一種高帶寬、低延遲和高效的協(xié)議來(lái)簡(jiǎn)化軟硬件設(shè)計(jì)，降低了解決方案的成本和復(fù)雜性。與任何新的體系架構(gòu)一樣，Gen-Z的目標(biāo)是在不降低系統(tǒng)性能的情況下可以靈活擴(kuò)展，同時(shí)保持設(shè)計(jì)兼容性，以集成到現(xiàn)有平臺(tái)并與任何必需的軟件兼容。

“為實(shí)現(xiàn)這一架構(gòu)，大家必須合作，因此Gen-Z聯(lián)盟與OpenFabrics聯(lián)盟（OFA）簽署了合作意向書(shū)（MOU）?！盙en-Z聯(lián)盟主席Paul Grun表示，合作對(duì)雙方都有利。Gen-Z需要在整個(gè)架構(gòu)拓?fù)渖蠈?shí)現(xiàn)類(lèi)似存儲(chǔ)的語(yǔ)義，幫助Gen-Z實(shí)現(xiàn)分布式存儲(chǔ)架構(gòu)；OFA的目標(biāo)則是加速OFA的發(fā)展并推進(jìn)新結(jié)構(gòu)的采用，以形成良好的網(wǎng)絡(luò)生態(tài)系統(tǒng)。“很明顯，Gen-Z是下一代架構(gòu)?！彼又f(shuō)，但OFA不是標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)，而是開(kāi)發(fā)者?！拔覀?yōu)樗麄兲峁┧璧能浖?lái)加速架構(gòu)的開(kāi)發(fā)和采用?！?/p>

架構(gòu)所采用的先進(jìn)軟件可以是任何適合當(dāng)前和未來(lái)高性能計(jì)算、云服務(wù)和企業(yè)級(jí)數(shù)據(jù)中心的API及相關(guān)軟件，在需要高效聯(lián)網(wǎng)、超低延遲、更快的存儲(chǔ)連接、可擴(kuò)展并行計(jì)算和云服務(wù)的場(chǎng)景中使用。Grun說(shuō)，OFA與具體的架構(gòu)和供應(yīng)商無(wú)關(guān)，它主要關(guān)注作為OpenFabrics接口（OFI）一部分的用戶(hù)模式API（稱(chēng)為libfabricAPI），并對(duì)需要公共管理框架的組合式異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)管理。

Grun提到，最近宣布的合作意向書(shū)擬定，OFA將為Gen-Z提供libfabric程序，使支持libfabric的任何應(yīng)用或中間件都能輕松使用Gen-Z功能，OFA同時(shí)還將研究對(duì)libfabric API進(jìn)行增強(qiáng)的可能性。Gen-Z將是首個(gè)用于管理組合式網(wǎng)絡(luò)的解決方案，這一方案使用DMTF的Redfish標(biāo)準(zhǔn)，由管理框架、“抽象”的架構(gòu)管理器和特定架構(gòu)的插件組成。

圖2：Gen-Z可以集成到處理器中，而不會(huì)影響傳統(tǒng)的存儲(chǔ)控制器。例如，DDR存儲(chǔ)控制器仍將獨(dú)立為處理器的一部分地址空間提供服務(wù)，Gen-Z則將獨(dú)立為另一部分服務(wù)。（圖片來(lái)源：Gen-Z聯(lián)盟）

Bowman說(shuō)，有一些器件，如存儲(chǔ)器、高速GPU等，在任何現(xiàn)有的架構(gòu)上都不能很好地工作，而是需要適合自己的高速率、低延遲安全架構(gòu)，Gen-Z則反映了這些器件對(duì)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)的需求。他說(shuō)：“我們發(fā)現(xiàn)DDR接口的引腳太多了，希望能夠?qū)崿F(xiàn)一些器件民主，避免所有事務(wù)都必須由主機(jī)CPU處理?！?/p>

Bowman說(shuō)，作為一種語(yǔ)義存儲(chǔ)協(xié)議，Gen-Z可通過(guò)GPU、AI器件或FPGA等加速器（而非CPU）簡(jiǎn)單地讀寫(xiě)存儲(chǔ)空間并獲取信息，同時(shí)還可以訪(fǎng)問(wèn)本地存儲(chǔ)器和Gen-Z上的存儲(chǔ)器?！斑@樣，不同的器件就可以共享內(nèi)存——內(nèi)存可以分配給器件，也可以由多個(gè)器件共享。”

Gen-Z聯(lián)盟稱(chēng)Gen-Z架構(gòu)在連接器件和共享內(nèi)存時(shí)表現(xiàn)出極低的延遲，但是速率不如直連到內(nèi)存快?！皬奈覀兊囊粋€(gè)演示可以看出，與Gen-Z連接的存儲(chǔ)器件延遲降低了5倍，可與一些最快的NVMe器件通信?！彼f(shuō)，目前有兩種方法連接到Gen-Z。一種方法是在端點(diǎn)設(shè)備中使用本機(jī)接口，另一種方法是采用直連到Gen-Z接口的FPGA。

當(dāng)然，Gen-Z不僅需要適應(yīng)OFA的發(fā)展，也要配合其他架構(gòu)（如剛起步的CXL和成熟的NVMe over Fabric）的進(jìn)步。但是正如Grun所指出的，由一家公司來(lái)開(kāi)發(fā)其中任何一種架構(gòu)的成本都太高。如同不應(yīng)再將存儲(chǔ)器和聯(lián)網(wǎng)分開(kāi)考慮，所有這些架構(gòu)也都需要關(guān)聯(lián)在一起?！拔艺J(rèn)為它就像一張擁有很多重要織線(xiàn)的大掛毯?！?br /> 編輯：hfy