Трудности современных HPC-технологий
HPC – High Performance Computing – высокопроизводительные вычисления, предназначенные прежде всего для нужд науки, обороны и, с недавнего времени, предоставления облачных услуг и вообще проживания в них веб 2.0. Основаны обычно на компьютерных (серверных) инсталляциях в виде многоузловых кластеров. Dell давно и успешно разрабатывает решения для HPC в тесном взаимодействии с заказчиками и имеет опыт оснащения тысяч дата-центров «под ключ».
Конечно же, обо всех сложностях проектировщикам, строителям и обслуживающему персоналу дата-центров мы сегодня не сможем рассказать, но затронем те из них, которые ведут к переформатированию архитектуры серверов и скорому наступлению на этот рынок ARM-процессоров. Кратко мы вспомнили историю развития двух архитектур процессоров, х86 и ARM, а также сравнили их между собой с разных точек зрения в предыдущем материале. Сегодня постараемся понять, почему не только Dell сделал ставку на ARM в своих перспективных наработках, но и даже Intel вернулся к их производству.
Много – это действительно МНОГО!
Итак, что же такое сервер? Нужное, как говорится, подчеркнуть.
Пыльный ящик без монитора в углу, заваленный коробочками, все мигает огоньками и изредка к нему приходит лохматый студент в свитере? Несколько таких ящиков: уже пора бы как-то в этом всем разобраться? Странный шкаф с плоскими ящиками, периодически орущий, как раненый буйвол? Ну наконец-то все это хозяйство уехало в отдельное помещение, и завелся постоянный сисадмин, с которым лучше жить дружно.
Это все называется back office, т.е. обеспечение повседневных нужд в ИТ-компании, чей основной бизнес с ИТ не связан. В общем случае, производительности нового сервера хватает на три-пять лет, энергопотребление на фоне чайников и обогревателей не так уж и заметно, да и места все хозяйство занимает не больше, чем швабры, ведра и лопаты.
Также обычно при правильном планировании развития и грамотном обновлении компонентов особого роста не должно быть ни по площади, ни по энергопотреблению, ни по затратам на год спокойной и эффективной работы малой или средней организации. Да и в больших обычно особых проблем не возникает.
Совсем другое дело, когда ИТ-услуги — это именно то, чем компания зарабатывает деньги. Современные гиганты индустрии содержат по несколько площадок, на которых размещены десятки тысяч серверов, по вычислительной мощи оставляющие далеко позади правительственные, военные и научные кластеры. Если это кажется надуманным, то вот несколько ярких представителей мира ИТ-гигантов, составляющих на видимые всем проценты современный интернет: Amazon, Apple, eBay, Google, Facebook, Microsoft, Mail.ru, Yahoo, Вконтакте.
Все это хозяйство желательно разместить максимально компактно, потому что земля и здания стоят денег. Персоналу тоже лучше ходить между стойками пешком, а не объезжать на, к примеру, велосипедах, гектары площадей. Протяженность коммуникаций, отвод тепла и подвод электроэнергии на компактной площади также выполнить проще и дешевле. Поэтому в каждой серверной стойке надо разместить как можно больше производственных мощностей. Не всегда эти мощности вычислительные в классическом понимании. Сейчас зачастую это петабайты дискового пространства, но это не та тема, о которой сегодня идет речь. Для веб-приложений, особенно облачного хранения данных, достаточно часто требуются большие массивы отдельных физических серверов, далеко не всегда полностью загруженных вычислительными задачами.
Крайне желательно экономить электроэнергию очень жестко, потому что 1 ватт, потребляемый одним сервером, превращается в киловатты. Кроме того, процессор, дисковый контроллер и сам жесткий диск, который потребляет эти ватты, еще и рассеивает их в виде тепла согласно закону сохранения энергии. Тепло надо отвести сначала с места его образования, потом из корпуса и шкафа, а затем и из помещения. Это дает весьма ощутимые накладные расходы, т.к. осуществляется при помощи таких же электрических устройств — вентиляторов и кондиционеров. В целом, по прогнозам аналитиков, через пару лет ЦОДы могут потреблять до 7 % производимой в мире электроэнергии.
Большую роль играет эффективность вложений, как в приобретение техники, так и в обслуживание и сопровождение. Кроме всем известного термина TCO — total cost of ownership, общая стоимость владения — сейчас широко применяются при проектировании дата-центров и другие показатели: «вычислительная мощность на ватт», «общее энергопотребление в ждущем режиме», «общее энергопотребление под нагрузкой».
Говоря языком бизнеса, после построения дата-центра очень большая доля затрат на его содержание приходится на счета за электричество. Любая оптимизация этих затрат приветствуется, т.к. ведет напрямую к повышению прибыльности предприятия.
Процессор – это сердце любого компьютера
Казалось бы, разница в энергопотреблении в ждущем режиме на 2-5 ватт, а в режиме максимальной загрузки на 10-20 ватт, — это не так и много. Примерно так отличаются между собой ARM и Atom, основанный на х86-архитектуре, который позиционируется в том числе и в экономичные серверы. Однако стоит учесть, что в новые SoC, системы на чипе, основанные на ядрах ARM, уже интегрированы сетевые контроллеры, контроллеры SATA, реализация которых вне чипа приводит к дополнительному расходу энергии.
Кроме того, концентрация в одном кристалле большинства функций, необходимых для построения полной системы, приводит к значительному уменьшению габаритов этой системы. Вполне функциональные компьютеры на одном чипе для решения задач, еще недавно свойственных только настольным компьютерам, сейчас выпускаются размером чуть больше флешки. Тем не менее, они вполне способны обеспечивать просмотр интернет-ресурсов, общение через сеть хоть в текстовом, хоть в видео-режиме, а также проигрывание по сети музыки и фильмов — слышали про проект Офелия? При должной оптимизации размещения в серверном шасси массива таких малюток в обычной стойке можно сосредоточить очень много полноценных независимых машин.
Да, для выполнения определенных задач Intel Xeon незаменимы, но постоянные и высокие потребности именно в больших вычислительных мощностях характерны, по подсчетам аналитиков, для примерно 2/3 серверных задач. Оставшуюся треть можно охарактеризовать словом «готовность». Т.е. большую часть времени техника проводит в ждущем режиме, но и вывести ее из активного состояния тоже нельзя. Балансировка, виртуализация и распределенные вычисления помогают решить проблему, но не полностью. Проще говоря, у рынка есть потребность в компактных, энергоэффективных, экономичных серверах.
Итак, возможность замены стойки с классическими блейдами на основе Xeon на такую же стойку с миниатюрными серверами на основе ARM для части бизнес-задач выглядит весьма привлекательно. При увеличении количества физических машин в разы энергоэффективность такой стойки будет намного выше, а общее потребление электроэнергии – меньше, в простое — также в разы. Выводы несколько предсказуемы.
Dell готов к новым вызовам
Dell обратил пристальное внимание на описанные выше проблемы еще пять лет назад, когда был запущен проект Fortuna, официально XS11-VX8, который был собран на процессорах VIA Nano. На тот момент они были максимально экономичными, потребляя 15 ватт в режиме ожидания и до 30 при максимальной загрузке. В 42-дюймовой стойке можно разместить до 256 таких серверов размером с 3,5-дюймовый жесткий диск. Dell создал полную экосистему для малюток, включая рэки, коммуникации, системы охлаждения и питания.
В мае 2012 года Dell запустил проект Copper, направленный на создание экосистемы применения ARM процессоров в серверах, предназначенных как для общих нужд, так и для высокопроизводительных инсталляций. Непосредственного доступа к серверам у разработчиков нет, но они могут подавать заявки на тестирование своих приложений посредством удаленного доступа к оборудованию, расположенному в дата-центре Dell. Притом внутренние тесты были начаты еще в 2010 году и оказались достаточно успешными, чтобы начать вывод технологии на рынок. Разработчик ПО может тестировать свой продукт на реальном ARM-сервере под управлением ОС семейства Linux с тем, чтобы при выходе их на рынок иметь на руках готовый и отлаженный продукт, пригодный для продаж широкому кругу пользователей.
В октябре того же года при поддержке Apache Software Foundation стартовал совместный с Dell проект Zinc, предназначенный для тестирования веб-приложений, как разработанных для этого веб-сервера, так и портированных под него. Также дистанционно разработчики могут тестировать свои программы для самого популярного веб-сервера, исполняемого в этом случае на ARM-процессорах.
Пока разработчики тестируют ПО, у Dell есть прекрасная возможность протестировать новые серверы при разнообразных паттернах нагрузки, проверить в деле масштабируемость, расшить узкие места и доработать MiddleWare для новой платформы. Все это и ведет к созданию полной экосистемы, готовой для выработки решений «под ключ» для заказчиков.
Уже совсем скоро!
В следующем материале мы рассмотрим несколько новостей, которые убедительно показывают, что все участники рынка практически готовы к приходу в серверный сегмент высокопроизводительных вычислений процессоров ARM-архитектуры. Dell, как обычно, находится на переднем крае наукоемких разработок, и в 2014 году нас ждут новости уже о реальных продуктах, доступных для заказа!
Автор: DellTeam
