Facebook Open Compute Platform, ARM, x86 и будущее центров обработки данных

На прошлой неделе Facebook анонсировала новый дизайн материнской / дочерней платы (устанавливается на плате более высокого уровня), который инженеры компании окрестили Group Hug (на русский переводится как «Групповое объятие»). Благодаря активной работе над развитием инновационных спецификаций Open Compute Platform инженеры Facebook создали дочернюю плату, которая в перспективе позволит подключать процессоры производства ARM, Intel и AMD к одной материнской плате. По крайней мере, таков был план. На сегодняшний день аппаратная составляющая платы все еще находится на этапе проектирования. Программная платформа, необходимая для управления разнородными процессорами от различных производителей, также пока не готова.

Другими словами специалистам социальной сети все еще предстоит решить множество задач, чтобы добиться заявленного результата. Добавление различных дочерних платы в один и тот же сервер для оптимизации использования процессоров — это отличная идея. Но написание программного кода, который сможет управлять различными вычислительными подсистемами, может оказаться не по зубам даже специалистам Facebook. Руководство социальной сети поспешило возвестить приход новой эры коммодитизации серверов, иными словами превращения их в массовый товар. Этот процесс происходит с многими популярными продуктами ИТ-отрасли. Не забыли Facebook расписать все преимущества серверов на чипах с архитектурой ARM. При этом некоторые существенные факторы были попросту проигнорированы.

Вот самый очевидный из этих факторов: вопреки тому, что говорили многие аналитики, мобильные системы на кристалле (SoC) не смогут «перевернуть мир серверов с ног на голову», как недавно предположили эксперты авторитетного ресурса Wired. Они провели параллели между экспериментами инженеров Facebook по отключению встроенной в процессоры кэш-памяти (самый дорогой тип памяти) и переходом серверов на «процессоры для смартфонов» (речь идет главным образом о продуктах типа Cortex), в которых кэш-памяти относительно немного. Считается, что этот шаг (переход на подобные процессоры) сможет удешевить вычисления в дата-центрах и способствует повышению энергоэффективности. Так вот инженеры Facebook хотят понять, как количество кэша влияет на производительность софта. Но все не так просто.

Взгляните на IP-блок ARM следующего поколения (IP-ядро — готовый блок для проектирования микросхем; например, построения систем-на-кристалле) — CCN-504, который предназначен для подключения до 16 процессоров, их кэша и различных дополнительных системных устройств, а затем сравните с внутренним интерфейсом CoreLink CCI-400 (Cache Coherent Interconnect), который в настоящее время используется для объединения процессоров Cortex-A15.

Вот серверный вариант.

CCN-504 не просто позволяет объединить больше чипов, этот внутренний интерфейс связывает воедино до 16 Мб кэш-памяти 3-го уровня (L3), двухканальную оперативную память (с поддержкой ECC). Есть поддержка DDR4, 10-ти и 40-ка гигабитного Ethernet, а также множества других устройств. Новая система на порядок сложнее, чем любой предыдущий продукт ARM. Примечательно, что она будет поддерживать не только текущие чипы Cortex-A15, но и новые 64-разрядные процессоры ARMv8. И на то есть причина.

IP-блоки вроде этого так же важны для любого ARM-сервера, как основной процессор, и вы никогда не увидите их в смартфонах. Смартфонам, которые как раз-таки и славятся рекордно высокой вычислительной эффективностью, не нужны 16 процессоров с 8-16 мегабайтами кэша L3, поддержкой 10-ти гигабитного Ethernet, DPI (распределенный программный интерфейс) и SATA. И тут мы приходим к неутешительному выводу. Получается, что как только инженеры начинают добавлять функций серверного класса в лоу-энд процессоры, энергопотребление конечных продуктов оказывается на уровне традиционных систем, причем независимо от архитектуры процессора. Иными словам, если переход на ARM и улучшит энергоэффективность дата-центров, то совсем ненамного.

Intel (и в некоторой степени AMD) попытается бороться с тенденцией к коммодитизации серверов и превращению аппаратных платформ в стандартизированную продукцию. Ведущие чипмейкеры попытаются конкурировать с ARMv8 в плане вычислительной эффективности (производительность на ватт), а также предложат дополнительные возможности, которых чипы ARM еще не имеют. Вполне очевидно, что ARM представляет угрозу для серверного бизнеса Intel, но Facebook, которая пытается помочь первой и создает масштабную стратегию использования чипов мобильных телефонов в серверах, игнорирует реальные проблемы, с которыми вендоры вроде ARM сталкиваются, пытаясь обосноваться на серверном рынке.

Каким выглядит будущего дата-центров? Сложными и непрерывно развивающимся. Процессоры ARM непременно сыграют свою роль, но на создание полноценной серверной экосистемы вокруг этих продуктов и проникновение их на массовый рынок могут потребоваться годы. Платформа Facebook Group Hug могла бы стать источником многих неприятностей для поставщиков серверов с традиционной архитектурой, но изучение ее особенностей показывает, что Group Hug угрожает только бизнесу Intel – и то только в том случае, если чипмейкер не сможет создать дешевые процессоры, которые предлагают лучшую производительность на ватт, чем чипы конкурентов. В такое верится с трудом. Примечательно, что на состоявшейся недавно конференции Open Compute Summit все вендоры с уверенностью говорили, что именно их собственные решения окажутся лучшими вариантами для нового поколения серверов. Но время расставит все на свои места.

Крупные чипмейкеры уже сейчас готовы предложить процессоры с низким энергопотреблением. Компания AMD готовится пожинать плоды от приобретения SeaMicro. С помощью специалистов последней удалось создать новые 64-битные процессоры с архитектурой ARMv8. Уже в этом году на рынок выйдет следующее поколение 28-нм чипов для серферов на основе ядра Jaguar. Пока нет никакой информации о том или появятся ли серверные варианты чипов на базе ядер Kabini и Temash. Intel имеет свои собственные серверные продукты из линейки Atom. Компания собирается обновить эти чипы – перевести на 22-нм техпроцесс. Кроме того, в конце 2013 года появится и первый четырехъядерный серверный процессор Intel с низким энергопотреблением, который уже не будет входить в линейку Atom. У ARM тоже есть производители серверных решений, такие как Calxeda и X-Gene, который планирует выпустить свои собственные 64-битные чипы с архитектурой ARMv8 во второй половине этого года.

Победитель в этой гонке вооружений определится не только на основании архитектуры процессоров, но и благодаря масштабируемости решений, а также успехам в проектировании и производстве. Исторически сложилось, что именно Intel лучше других справлюсь с этими задачами. ARM может заставить Intel усилить акцент на инновации, но шансы того, что мы станем свидетелями переворота на рынке, чрезвычайно малы.