Utilizarea dispozitivelor SoC (System-on-a-Chip) pentru analiza datelor

8 IULIE 2015

Deoarece cantitatea de date continuă să crească, devine tot mai evident faptul că arhitectura tradițională de calcul a unui centru de date nu mai corespunde aplicațiilor de calcul complexe, precum cele de analiză a datelor sau de statistică. Serverele tradiționale sunt foarte mari consumatoare de energie și de spațiu, fără să mai menționăm preţul acestora. Pe deasupra, majoritatea consumului de energie al unui server tradițional, provine, mai degrabă, din mutarea datelor din punctul A în punctul B, decât de la prelucrarea datelor brute în scopul obținerii de informații cu valoare adaugată ( de analiză). Ceea ce este necesar, în această epocă a analizei de cantități mari și complexe de date, este o arhitectură de încredere, care combină datele cu înalta performanță de calcul.
Se crează noduri de procesare prin calcul dens sau dispozitive care sunt hiper-eficiente, cu consum foarte mic de putere, factorul de formă mic și nodurile de calcul de înaltă performanță, prin inte­grarea unui procesor SoC (system-on-a-chip) cu DRAM (Dynamic Random – Access Memory), memorie flash și logică de conversie a energiei, folosind standarde deschise pentru interfețe și software. Aparatele sunt în curs de dezvoltare şi reprezintă o nouă opțiune pentru prelucrarea mai eficientă a datelor.
Prin localizarea datelor în partea de calcul, aceste echipamente puternice oferă, în primul rând, un consum mai mic de energie, care scade semnificativ costurile de operare.

Cât de multă performanță pot oferi ele pentru acest consum de energie?
În prezent, IBM Research construiește, în Zurich, Elveția, o mașină din clasa Exabyte*, care foloseşte aceste noduri și dispozitive. Posibilitatea analizei unui volum de 14 Exabytes de date pe zi, într-un sistem implementat în deşert, cu resurse de ener­gie și reţeaua de infrastructură limitate, a fost una din provocările descurajatoare întâmpinate.

Acest echipament va oferi 1536 de nuclee de procesare cu 3072 de thread-uri (porţiuni de cod) și până la 6 Terabytes, toate pe un raft rack de 2U.
Fiecare nod de calcul din aparat este format dintr-un SoC cu 12-nuclee, 24-thread-uri, 48GB DRAM, 2 SATA*, 4 10Gb Ethernet, SD și interfețe USB2 – are numai 139mm lățime și 55mm înălțime și utilizează un conector ieftin DIMM (dual in-line memory module). Fiecare echipament este livrat cu 128 de noduri şi consumă aproximativ 6 kW. Acesta utilizează sistemul de operare Fedora 20 Linux standard și baza de date IBM DB2. Cercetătorul IBM Ronald Luijten numește creația lor “datacenter in a box”. Ronald și co-autorii săi de la Freescale, Dac Pham, Mihir Pandya, și Huy Nguyen, au prezentat rezultatele acestei lucrări la Conferința ISSCC 2015.
Dezvoltarea accelerată a Internetului Lucrurilor (IoT) și a tehnologiei M2M (Machine to Machine – M2M) a dus la o creştere din ce în ce mai mare a sistemelor complexe SoC. Adăugarea de nuclee și caracteristici, reprezentate și în diagrama procesorului QorIQ T4240 de la Freescale, conduce la creșterea complexității sistemului.
* Exabyte: O unitate de informaţii care este egală cu un miliard de gigabytes.
* SATA: Un dispozitiv IDE, acesta are controlerul situat în unitate și numai un circuit simplu este necesar pe placa de bază.

Într-un alt exemplu, System Fabric Works a demonstrat o altă implementare la Super Computing 2013, folosind exact același SoC, pe care l-au numit “cel mai puternic candidat pentru low power Exascale*.” Aceste două exemple demonstrează că prin combinarea puterii de calcul, la un consum redus de putere, cu integrarea de infrastructură de rețea pe un singur SoC, se permite crearea unei platforme aparat care să poată scala eficient nivelele de performanță Exabyte.
* Exascale: Un sistem de calcul capabil să realizeze un miliard de calcule pe secundă.

Care sunt aplicaţiile ce necesită dispozitivele de calcul dens?
• În regiunile în curs de dezvoltare, infrastructura de alimentare cu energie și de comunicații este limitată. Transportarea de monedă fizică poate fi, de asemenea, periculoasă. Prin urmare, plățile mobile au apărut ca un mod mai sigur de a desfășura diverse activități, inclusiv tranzacțiile de bază precum cumpărarea de alimente. Din păcate, nu există o infrastructură care să susțină aceste aplicaţii, dar chioșcurile dotate cu echipamente de calcul dens şi consum mic de putere – alimentate cu energie furnizată de motoare diesel ieftine sau alte surse de energie necostisitoare – sunt considerate o opțiune viabilă pentru a susține nevoia de tranzacții mobile, fără a necesita o infrastructură mobilă dezvoltată.
• În Olanda, Institutul Olandez pentru Radio Astronomie – ASTRON, colaborează cu cercetătorul IBM menționat mai sus, la un proiect numit DOME, în cadrul căruia cercetătorii utilizează o gamă foarte mare de antene radio pentru a asculta semnale provenite de la marea explozie – Big Bang – petrecută cu 13 miliarde de ani în urmă. Aceste antene gene­rează 14 Exabytes de date pe zi. Ele sunt utilizate în locații îndepărtate, cum ar fi într-un deșert, unde infrastructura de alimentare și de rețea este destul de limitată. La cine a apelat IBM când a avut nevoie să colaboreze cu un partener în vederea dezvoltării un prototip pentru o astfel de provocare? La Freescale, pentru al său SoC QorIQ T4240.
Pentru a creşte eficiența energetică, prototipul este fără ventilator, utilizând răcirea cu apă caldă.
• Vehicule autonome vor ge­nera cantități uriașe de date, care vor trebui pro­cesate mai degrabă la nivel local, decât într-un centru de date de la dis­tanță, în scopul de a men­ține funcționarea sigură și eficientă a autovehiculului. Unele OEM-uri esti­mează că, pentru a fi cu adevărat autonome, aceste autovehicule cu auto-conducere vor necesita 2-3 echipamente de tip server pentru analiza și prelucrarea datelor în timp real. Acestea trebuie să consume puţină energie, să aibe dimensiuni reduse, să fie capabile să proceseze informaţia la nivel local și să poată analiza cantitățile mari de date pe care le va genera vehiculul. Încă o dată, aceste aparate analitice de calcul dens se potrivesc perfect cu cerințele.
Echipamentele analitice de calcul dens cu consum redus de energie nu au intrat încă pe deplin în drepturile lor, tehnologia tradiţională a centrelor de date fiind încă foarte populară .
Creşterea accelerată a datelor complexe de mari dimensiuni (big data) precum şi necesitatea de a obține răspunsuri rapid și eficient, vor impune o schimbare de paradigmă. În timpul acestei schimbări, pentru a putea face faţă multiplelor provocări privind optimizarea arhitecturii sistemului, procesarea datelor complexe se va face folosind procesoare multicore de înaltă performanță, în funcție de cerințele specifice fiecărei aplicaţii. Proiecte precum DOME, implementate în regiuni în curs de dezvoltare, vor deschide calea pentru o nouă generație de echipamente de calcul dens, care să satisfacă necesitățile noastre locale, de consum redus de energie şi de eficiență de calcul superioară ■

Aceast articol a fost publicat iniţial în Machine Design de către Toby Foster, Digital Networking Group al Freescale. De asemenea, Iain Davidson a contribuit la aceast articol.

Freescale Semiconductor România S.R.L.

București
Tel: 021 3052 400
officero@freescale.com
www.freescale.ro

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile necesare sunt marcate *