24 февраля 2015
Энергоэффективность, высокая производительность, экологичность – такова формула новой разработки, предлагаемой МИЭМ. В данном случае ходовой термин Green IT – ресурсосберегающие информационно-коммуникационные технологии - служит не комплиментом разработчикам, а выражает суть проекта.
Сегодня затраты на электроэнергию достигают почти 30% от общих затрат на содержание крупных центров обработки данных (ЦОД, или дата-центров). И, хотя российские дата-центры не оперируют такими «океанами» данных, как Google, Microsoft и Yahoo, количество информации растет экспоненциально, а российский Яндекс вошел в число крупнейших мировых поисковиков. Тем самым, проблема энергопотребления ЦОД становится одной из острейших.
Возможный вариант ее решения – создание серверного оборудования с использованием процессора архитектуры ARM, убежден Юрий Леохин. Эта идея и легла в основу разработки.
ARM предназначен для мобильных устройств, а значит, энергоэффективен по определению. «В 2010 году мы начали инициативные научные исследования в этой области. В то время самый энергоэффективный Intel потреблял 5 Ватт, а ARM – лишь 1,2 Ватт, – рассказал эксперт. – Мы исследовали на имитационных моделях различные варианты структуры процессорного модуля с целью выбора оптимальной структуры, для которой все 100% мощности разрабатываемого процессорного модуля использовались бы для решения конкретных задач (облачные вычисления, поисковые задачи)». Иными словами, перед лабораторией стояла задача повысить КПД серверного оборудования.
В итоге разработка предполагает выигрыш в энергопотреблении в два-три раза, – на фоне той же производительности, что и у серверов на базе Intel.
По сути же, трехлетний проект МИЭМ «Разработка и организация производства энергоэффективного серверного многопроцессорного аппаратно-программного комплекса для применения в центрах обработки данных и других системах массивно-параллельных вычислений», получивший в 2013 году мегагрант Министерства образования РФ, - это шаг к созданию отечественных мобильных дата-центров.
Обычно возможностями ЦОД широко пользуются органы власти, научные организации и коммерческие фирмы, которым приходится оперировать большими объемами информации. В случае с мобильными дата-центрами целевой аудиторией становятся и предприятия оборонно-промышленного комплекса. «В современной армии широко используются IT-технологии, – отметил Юрий Леохин. – Это сбор информации, ее анализ, принятие решения. Поэтому необходимы мобильные энергоэффективные комплексы, работающие в полевых условиях».
В рамках проекта уже создана отечественная операционная система Cloud/IX для более эффективного управления серверным оборудованием. Разработаны также модули памяти и ультракомпактные блейд-сервера (сервера с узкой материнской платой), позволяющие существенно сократить площади, занимаемые серверной платформой. Эти результаты демонстрировались на двух выставках «ВУЗПРОМЭКСПО» – в сентябре 2014 года и в 2013 году.
По итогам проекта лаборатории будет открыто производство. Партнером разработчиков МИЭМ выступает «Консультационная фирма «М-РЦБ»». Также подписан ряд протоколов о намерениях с другими фирмами, в частности, с фирмой «Рикор», занимающейся инновационными технологиями.
При создании серверного оборудования было важно разработать эффективную систему управления. Часто для этого используется Linux, но у этой системы есть свои недостатки. «Там разрослось ядро, – говорит Юрий Леохин. – «Тяжелый» стек коммуникационных протоколов TCP/IP (протоколы передачи данных, используемые в сетях, включая Интернет – ред.)».
Для оптимального управления серверным комплексом лаборатория создала операционную систему Cloud/IX. Название говорит о ее важнейшем предназначении – облачные вычисления, cloud computing. Разработка появилась на базе Plan 9 – одной из версий операционной системы Unix. В ходе создания новой операционной системы было переработано ядро, написаны все драйверы.
«И теперь на платформу ARM мы портировали четыре операционных системы: FreeBSD (это еще одна версия Unix), Linux, Plan 9 и Cloud/IX», – добавляет профессор Леохин. Это важно, поскольку архитектура серверного комплекса и программного обеспечения должна давать возможность использования гетерогенных процессорных модулей для решения самых разных задач, в том числе связанных с облачными вычислениями.
В прошлом году Минпромторг заказал разработку нового отечественного многоядерного процессора под названием Baikal. Исполнителем проекта стала компания «Байкал Электроникс», «дочка» специализирующейся на разработке суперкомпьютеров компании «Т-Платформы» (http://www.kommersant.ru/doc/2493881). «Это полноценный 64-разрядный 8-ядерный процессор, в котором используются ядра ARM, – комментирует эксперт. – Если этот процессор действительно появится в этом году и нам удастся выстроить взаимодействие с этой фирмой, тогда у нас будет фактически полностью отечественная разработка. Иными словами, мы решим проблему импортозамещения в области производства серверного оборудования».
Массивно-параллельная обработка данных – их поиск и индексация, работа с валом информации – одна из главных «миссий» нового серверного комплекса. Однако на рынок еще не вышел 64-разрядный процессор этой архитектуры (хотя он и разработан). А это явно сдерживает создание серверного оборудования.
«Intel – 64-разрядный, он занял нишу серверного оборудования, – комментирует исследователь. – И ARM тоже хочет встроиться в эту нишу, но с 32-разрядным процессором это сделать тяжело».
Для решения этой проблемы сотрудники лаборатории стали использовать 32-разрядный ARM с модулем FPGA – программируемой логической интегральной микросхемой. Этот модуль выполняет функцию сопроцессора-ускорителя, и на сегодня это оптимальное сочетание.
Этот маневр, по сути, стал флагманским, пионерским: в мире только начали заниматься такими «комбинациями». «Сейчас мы тестируем наши программные наработки на только что созданном макете и планируем их использовать для анализа Больших данных», – добавляет Юрий Леохин.
Новый серверный комплекс при необходимости масштабируется (мощности ЦОД наращиваются за счет добавления все новых модулей). При этом он вполне компактен. «Мы используем открытый стандарт mTCA, в котором корпус занимает очень немного места, при высокой концентрации процессорных модулей, – рассказал профессор Леохин. – В корпусе двенадцать слотов (гнезд) под ультракомпактные или блейд-сервера (от blade – лезвие; у таких серверов узкая материнская плата), которые мы разрабатываем».
В результате площадь помещения дата-центра, занимаемая отдельной серверной платформой, может быть вдвое-втрое меньше. Это означает экономию земельных и строительных ресурсов – еще один «пунктик» Green IT.
Сегодня традиционная архитектура компьютерных сетей уже не справляется с «цунами» информации. Создаются новые архитектурные решения на базе сетей нового поколения – SDN (Software-defined Networking), или программно-конфигурируемых сетей (ПКС).
В SDN уровень управления сетью отделен от уровня передачи данных и реализуется с помощью управляющей программы ПКС-контроллера. Проблема в том, что, хотя по SDN-технологиям в мире уже получено немало практических результатов, теоретическая база до сих пор почти отсутствует. Этот пробел и пытается восполнить лаборатория МИЭМ.
«Мы ведем ряд исследовательских работ в области создания математического обеспечения для анализа структур ПКС», – заключает Юрий Леохин. Эти работы выполняются в рамках консорциума университетов России по развитию технологий программно-конфигурируемых сетей (его головная структура – Центр прикладных исследований компьютерных сетей МГУ). Впрочем, это уже новый сюжет, который достоин отдельного внимания.
См. также:
Эксперименты МИЭМ повысят надежность космических аппаратов и ядерных реакторов
В подписке — дайджест статей и видеолекций, анонсы мероприятий, данные исследований. Обещаем, что будем бережно относиться к вашему времени и присылать материалы раз в месяц.
Спасибо за подписку!
Что-то пошло не так!
