Chipy do netbooków tworzą chmurę o niskim poborze mocy

Korzystając z klastra tych samych procesorów, które zwykle pojawiają się w netbookach i podobnych urządzeniach mobilnych, naukowcy stworzyli potężną architekturę serwera, która pobiera mniej energii niż żarówka.

Mały cud: Każdy węzeł w szybkiej tablicy wimpy nodes (FAWN) ma pojedynczy 500-megahercowy procesor AMD Geode, 256 megabajtów pamięci RAM i pojedynczą czterogigabajtową kartę Compact Flash. Największy zbudowany do tej pory klaster FAWN składa się z 21 węzłów.

Architektura, zwana szybką tablicą słabych węzłów lub FAWN, oferuje sposób na zmniejszenie o rząd wielkości ilości energii wykorzystywanej przez infrastrukturę obliczeniową gigantów internetowych, takich jak Google, Microsoft, Amazon, eBay, Facebook i inne. Jeśli przepowiednie jego wynalazców się potwierdzą, może to mieć znaczący wpływ zarówno na wyniki finansowe, jak i wpływ przetwarzania w chmurze na środowisko.

Energia stanowi obecnie do 50 procent kosztów eksploatacji centrów danych, aw Stanach Zjednoczonych jej koszt na kilowatogodzinę rośnie. Nawet stosunkowo nowicjusze, tacy jak Facebook, zużywają do 1 miliona dolarów miesięcznie na energię elektryczną, a Agencja Ochrony Środowiska (EPA) przewiduje, że do 2011 r. centra danych w Stanach Zjednoczonych będą mogły zużywać do 100 miliardów kilowatogodzin energii elektrycznej w ciągu roku. koszt 7,4 miliarda dolarów, przy szacowanym wpływie na emisję 59 milionów ton metrycznych CO².

FAWN, który jest opisany w niepublikowanym jeszcze artykule przez David Andersen i jego zespół z Carnegie Mellon University rozwiązuje ten problem za pomocą kombinacji stosunkowo wolnych procesorów (typu używanego w netbookach i innych urządzeniach mobilnych) oraz pamięci flash (typu, który przechowuje dane w aparatach cyfrowych i dyskach USB). Wynik nieco sprzeczny z intuicją to architektura, której wydajność na wat energii jest sto razy lepsza niż w przypadku tradycyjnych serwerów, które wykorzystują szybsze (ale znacznie bardziej energochłonne) procesory i dyskową pamięć masową.

Wyjątkowa wydajność FAWN ogranicza się do pewnych rodzajów problemów – losowego dostępu do małych fragmentów informacji – ale tego rodzaju intensywne zadania wejścia/wyjścia są dokładnie tym, co obciąża istniejącą infrastrukturę firm internetowych, takich jak Facebook.

Kiedy wchodzisz na Facebook.com, strona główna zawiera setki pojedynczych elementów danych, które są tłumaczone na setki wewnętrznych wyszukiwań, mówi Andersen. Prośby o te setki elementów, w tym aktualizacje znajomych, liczbę wiadomości w skrzynce odbiorczej i nie tylko, są przekazywane do specjalistycznego oprogramowania o nazwie memcached , który przechowuje odpowiednie dane w pamięci RAM. Memcached zapobiega przeciążeniu dyskowych baz danych Facebooka przez strumień milionów jednoczesnych żądań małych porcji informacji. Amazon, który ma mniej więcej ten sam problem co Facebook ze swoim koszykiem na zakupy i niestandardowymi rekomendacjami, używa podobnego, niestandardowego oprogramowania, zwanego Dynamo, do wykonywania prawie tej samej funkcji.

Jednym ze sposobów, w jaki FAWN zastępuje oprogramowanie takie jak memcached i Dynamo, jest pokonanie tego, co naukowcy komputerowi nazywają ścianą pamięci, co jest ogromną rozbieżnością między szybkością, z jaką pamięć dyskowa może przesyłać dane do procesora, a szybkością, z jaką procesor, który jest znacznie szybszy, może przeżuwać te dane. (Andersen zwraca uwagę, że współczesne procesory wykorzystują ogromną liczbę tranzystorów, próbując odgadnąć, jakich danych się spodziewać, pobierając dane z wyprzedzeniem lub buforując je w pamięci, aby mieć pewność, że chip ma zawsze stały dopływ bitów do przetworzenia.)

Istnieją dwa sposoby na obejście ściany pamięci: pierwszy to zwiększenie wydajności pamięci systemowej, a drugi to po prostu spowolnienie procesora. FAWN robi jedno i drugie: pamięć flash ma znacznie szybszy dostęp losowy niż pamięć dyskowa, a wolniejsze procesory FAWN wymagają mniej energii i marnują mniej tranzystorów, próbując odgadnąć, co będzie dalej.

FAWN składa się z wielu pojedynczych węzłów, każdy z pojedynczym 500-megahercowym procesorem AMD Geode (ten sam układ używany w pierwszym laptopie One Laptop Per Child o wartości 100 USD) z 256 megabajtami pamięci RAM i pojedynczą czterogigabajtową kartą Compact Flash. Największy zbudowany do tej pory klaster FAWN, składający się z 21 węzłów, pobiera maksymalnie 85 watów w warunkach rzeczywistych.

Każdy węzeł FAWN wykonuje 364 zapytania na sekundę na wat, co jest sto razy lepsze niż w przypadku tradycyjnego systemu opartego na dyskach, pracującego nad zadaniami o dużym natężeniu wejścia/wyjścia, takim jak zbieranie wszystkich odmiennych bitów informacji wymaganych do wyświetlenia strona Facebook lub FriendFeed lub wynik wyszukiwania Google.

Ten rodzaj wydajności może mieć zastosowanie poza centrum danych, mówi Stevena Swansona , adiunkt na wydziale informatyki i inżynierii na Uniwersytecie Kalifornijskim w San Diego. Własny serwer Swanson o wysokiej wydajności, oparty na pamięci flash, o nazwie Gordon, który obecnie istnieje tylko jako symulacja, jest podobny do FAWN w swojej architekturze, ale został zaprojektowany z myślą o aplikacjach naukowych, a także centrach danych.

Celem Swansona jest wykorzystanie wyjątkowych właściwości pamięci flash do rozwiązywania problemów, których obecnie nie da się rozwiązać za pomocą czegokolwiek innego niż najpotężniejsze i najdroższe superkomputery na świecie — systemy z maksymalnie petabajtem pamięci RAM. Współpracujemy z Centrum Superkomputerowym w San Diego nad dużymi wzorcami genomiki i bioinformatyki, mówi Swanson. Chcemy wykonywać zapytania bardzo szybko, a jeśli wykresy danych nie zmieszczą się w pamięci RAM, stają się bardzo wolne, co oznacza, że ​​musisz zrezygnować z wierności symulacji.

FAWN to właściwy kierunek, który należy popchnąć, mówi Niraj Tolia , naukowiec w Exascale Computing Lab w HP Labs. Minęły czasy, kiedy po prostu patrzyliśmy na surową wydajność jako miernik, dodaje.

Obecnie FAWN nie nadaje się do zadań intensywnie korzystających z procesora, takich jak przetwarzanie wideo, ale Andersen twierdzi, że przyszłe iteracje będą wykorzystywać mocniejsze procesory Atom (które Swanson rozważa również w swoim systemie Gordon). Te mocniejsze procesory, zaprojektowane z myślą o netbookach, pobierają taką samą ilość energii, jak chipy AMD – około czterech watów każdy. Dodaj zasilacz i trochę sprzętu sieciowego, a na jednym z tych serwerów można bardzo łatwo uruchomić małą witrynę internetową, która będzie pobierać 10 watów, mówi Andersen – dziesiątą część tego, co typowy serwer sieciowy.

Następna generacja FAWN to coś, co Andersen ma nadzieję, że zbadają go najwięksi użytkownicy centrów danych. Bardzo bym się cieszył, gdybyśmy mogli nakłonić Facebooka, Google lub Microsoft do rozpoczęcia budowania klastrów za pomocą tego, mówi.

ukryć