Мощными серверными ARM-процессорами сейчас уже никого не удивить: A64FX трудятся в самом быстром в мире суперкомпьютере Fugaku, ThunderX и Altra стараются быть универсальными, а Graviton2 осваивается в облаке Amazon. Вот с последним как раз и хочет побороться NUVIA, молодой, но перспективный разработчик процессоров.

SoC NUVIA Orion, в составе которого будет ARM-процессор Phoenix, ориентирован в первую очередь на облачных провайдеров и гипескейлеров, то есть на весьма «жирный» кусок рынка серверных процессоров, где сейчас доминирует Intel и архитектура x86-64 вообще. В этом сегменте, где число активных серверов исчисляется миллионами, крайне важны не расходы на закупку, а расходы на обслуживание и содержание такого огромного парка.

Источник изображений: NUVIA

Одним из основных пунктов являются затраты на энергопотребление (питание и охлаждение), поэтому в NUVIA справедливо считают, что таким заказчикам нужен быстрый и энергоэффективный процессор. Решения на базе x86-64 компания к таковым не причисляет: они действительно имеют высокую производительность, однако рост мощности непропорционален росту TDP и потребления, и в этом их основная проблема в отличие от ARM.

Для подкрепления своей точки зрения NUVIA провела собственные тесты в Geekbench 5 современных мобильных платформ ARM и x86-64. Выбор бенчмарка обусловлен тем, что он включает современные и разнообразные нагрузки на CPU. А мобильные платформы выбраны потому, что они, как и сервера в ЦОД гиперскейлеров, имеют вынужденные ограничения по питанию и охлаждению. И действительно, та же Facebook✴ для собственных платформ стремится к значению в 400 – 600 Вт на шасси.

Приведённый график наглядно показывает, что производительность ядер ARM-процессоров нарастает намного быстрее при увеличении мощности. И именно к этому и стремится NUVIA — ядра Phoenix будут быстрее на 50-100% других и при этом в три-четыре раза экономичнее ядер x86-64. Но надо учесть, что сама NUVIA ориентируется на потребление в диапазоне примерно от 0,5 до 5 Вт на ядро. Компания полагает, что в ближайшее время все серверные процессоры будут иметь от 64 до 128 ядер и TDP на уровне 250 – 300 Вт, так что её SoC с такими параметрами ядер вписывается в эти параметры.

Российский бизнес начинает понемногу восстанавливаться после пандемии COVID-19 и приходит время реализовать все отложенные ИТ-проекты. В условиях, когда бизнес требует быстро увеличить производительность основных сервисов, а бюджеты ограничены, особенно важно сделать правильный выбор решения для построения отказоустойчивого кластера. Новые СХД одного из ведущих вендоров Dell Technologies идеально подходят для размещения бизнес-критичных данных, а широкий набор функций поможет гибко сконфигурировать решение именно под вашу конкретную задачу.

Dell Technologies анонсировала СХД среднего уровня PowerStore в мае, и новинка сразу привлекла внимание. В чем же основные особенности семейства Dell EMC PowerStore?

• Микросервисная архитектура. Операционная система СХД базируется на контейнерной архитектуре, когда каждая значимая функция вынесена в отдельный микросервис. Это позволяет выпускать независимые обновления, по мере готовности отдельных компонентов, не дожидаясь крупных обновлений, а при установке самого обновления система продолжает работать в штатном режиме, без остановки доступа к данным.
• Использование Storage Class Memory (SCM) и NVMe накопителей. PowerStore — это All-Flash СХД, в которой компрессия, дедупликация работают постоянно и не влияют на производительность.
• Online сокращение объемов данных. Постоянно включенные компрессия и дедупликация позволяют значительно сократить объем, занимаемый данными, полезный объем, доступный пользователям СХД в несколько раз выше «сырой» емкости системы.
• Scale-in, Scale-out масштабирование. Архитектура PowerStore позволяет масштабировать СХД вертикально (за счет добавления полок) и горизонтально (за счет добавления новых узлов), это дает возможность планировать и расширять производительность и емкость системы независимо друг от друга.
• Встроенные механизмы защиты данных. В PowerStore кроме стандартных механизмов защиты данных на основе мгновенных снимков и репликации, доступны также интеграция с антивирусными программами и средствами резервного копирования.
• AppsON. В PowerStore появилась возможность использовать встроенный гипервизор VMware, для размещения виртуальных машин клиента непосредственно на СХД (например, антивирус или DLP-систему).
• Глубокая интеграция с VMware. Интеграция включает в себя поддержку VAAI и VASA, уведомления о событиях, управление снимками, vVols, обнаружение и мониторинг виртуальных машин в PowerStore Manager.
• Унифицированный доступ к данным. PowerStore обеспечивает файловый и блочный доступ к данным, что позволяет максимально гибко использовать систему под нужды конкретного заказчика.
• Простая система управления. PowerStore Manager представляет собой простую, понятную систему усправления с web-интерфейсом на русском языке, использование HTML5 не требует установки дополнительных плагинов.
• Программируемая инфраструктура. Глубокая интеграция с VMware и поддержка современных средств управления и оркестрации Kubernetes, Ansible и VMware vRealize Orchestrator позволяют максимально гибко и быстро выделять необходимые ресурсы.
• ИИ и автоматизация функций. Встроенные механизмы машинного обучения автоматизируют трудоемкие процессы планирования, размещения томов, миграции данных, балансировку нагрузки, что позволяет администраторам систем сконцентрироваться на своих основных задачах и не тратить время на рутину.
• Расширенная облачная аналитика. ПО DELL EMC CloudIQ позволяет мониторить СХД в режиме реального времени. На основе анализа телеметрии выдаются рекомендации и прогнозная аналитика, способная предотвращать возникновение проблем в будущем.

Модельный ряд PowerStore включает следующие модели:

Для России доступны модели 1000, 5000, 9000, а по специальному заказу, согласованному с вендором, — также 3000 и 7000. Все их можно заказать у авторизованного дистрибьютора Dell Technologies, компании OCS, представительства которой расположены в 26 городах. Компания много лет занимает ведущие позиции на рынке проектной ИТ-дистрибуции, и одной из сильных сторон работы дистрибьютора традиционно является высокий уровень технической экспертизы. Это относится и к поставкам PowerStore: благодаря наличию сертифицированных инженеров в штате OCS партнеры компании — системные интеграторы могут рассчитывать не только на квалифицированные консультации при выборе оптимальной для их задач конфигурации СХД, на помощь в подготовке и расчете спецификаций, но и на техническую поддержку со стороны OCS при инсталляции системы, монтаже и пусконаладочных работах.

Кроме того, в OCS создается демо-фонд оборудования PowerStore — партнерам для тестирования и демонстрации заказчикам будут доступны СХД PowerStore 1000 и 5000.

Большим плюсом также является возможность для партнеров повышать собственную квалификацию: OCS совместно с Dell Technologies уже представили новое семейство СХД PowerStore участникам российского ИТ-рынка в ходе серии онлайн-конференций, прошедших в нескольких регионах (на Дальнем Востоке и в Сибири, на Урале, в Южном ФО), а на ближайшее будущее планируется цикл обучающих вебинаров.

Для специалистов, желающих подтвердить свою квалификацию в области систем хранения данных и получить сертификат международного образца, OCS предлагает услуги авторизованного центра тестирования Pearson VUE, который создан на базе московского офиса дистрибьютора. Здесь можно сдать сертификационные экзамены ведущих мировых производителей ПО и оборудования, в том числе весь спектр тестов, разработанных для прохождения в тест-центрах, по СХД Dell EMC.

Компания Pliops ещё молода: она была основана в 2017 году выходцами из Samsung, M-Systems и XtremIO; все основатели являются специалистами в области СХД и энергонезависимой памяти. В 2019 году Pliops получила существенный объём инвестиций от Mellanox. А в 2020 году компания анонсирует свой новейший продукт — сопроцессор, берущий на себя тяжёлые задачи по работе с флеш-памятью.

Подобные чипы разрабатывают многие, но Pliops обещает, что её решение ускорит работу с такого рода памятью более чем в 10 раз. Впервые технология была продемонстрирована на саммите Flash Memory 2019, и вот, наконец, концепция обратилась в реальный осязаемый продукт, доступный к приобретению.

Решение Pliops достаточно необычное: это не контроллер NAND-массива, а именно сопроцессор-ускоритель, выполненный в виде отдельной платы с разъёмом PCI Express и берущий на себя всю работу по обслуживанию массивов SSD. И делает это новый ускоритель максимально эффективно: серьёзные флеш-СХД могут нагружать хост-процессоры весьма сильно, но решение Pliops позволяет решить эту проблему.

Источник изображений: Pliops

Особенно сильно эффект проявится в системах, используемых для работы с базами данных. Pliops объясняет это тем, что СУБД, будь то реляционные или NoSQL, традиционно разделяют непосредственно данные и ключи или индексы. А отдельная единица хранения данных имеет переменный размер, и эта структура не слишком хорошо сочетатся с традиционными устройствами хранения данных, у которых размер блока фиксирован.

Если в случае с обычными HDD вычислительная нагрузка невелика, поскольку случайных операций такие устройства выдают немного (в районе сотен), то твердотельные накопители, способные выдать 500 тысяч IOPS и более, создают и серьёзную вычислительную нагрузку, «утрамбовывая» вариабельные блоки данных в свой жёсткий формат. К этому добавляет проблем использование сжатия данных, которое тоже создаёт нагрузку.

Сопроцессор, разработанный Pliops и получивший название PSP, как раз и призван взять на себя все обязанности по работе с данными в формате Key:Value (KV), что особенно важно в крупных СХД, работающих с огромными массивами БД. Немаловажно то, что сопроцессор Pliops делает свою работу полностью прозрачно и не требует модификации программного обеспечения пользователя.

Со стороны ПО он выглядит, как обычный блочный SSD, однако за счёт аппаратного акселератора работа с базами данных может ускориться более, чем в 10 раз, а время отклика — параметр также весьма немаловажный, когда речь заходит о БД — снизится еще сильнее, в 100 раз. Новинка уже прошла предварительную проверку более чем у десяти крупных провайдеров облачных и корпоративных услуг по хранению данных и запуску БД.

Сопроцессор PSP позволяет использовать обычные недорогие SSD (даже с QLC-памятью) а это уменьшает стоимость владения на величину до 90%, поскольку крупные специализированные твердотельные СХД всё ещё очень дороги. Pliops PSP ускоряет работу с MySQL, MariaDB, mogoDB, Redis, Oracle, Apache Spark и Cassandra и системы на его основе прекрасно масштабируются.

Разработчики PSP полагают, что данного рода сопроцессоры образуют отдельный популярный класс устройств, подобно тому, как это случилось с графическими процессорами и сейчас происходит с тензорными ускорителями. Что ж, у Pliops есть все шансы стать в сфере работы с All-Flash СХД тем, чем стала NVIDIA в области ускорения машинного интеллекта.

Естественно, это далеко не первый проект по ускорению работы SSD вообще и оптимизации их для СУБД в частности. Например, у Samsung есть экспериментальный продукт KV Stacks — Key:Value SSD, созданный специально для баз данных одноимённого типа. Другие проекты зачастую опираются на FPGA. Та же Samsung совместно с Xilinx представила SmartSSD, обрабатывающий часть данных непосредственно на накопителе. А SmartIOPS уже не первый год поставляет SSD с фирменным контролером на базе ПЛИС.

Вероятно, следующим большим шагом станет массовое внедрение зонирования, которое подходит для HDD с SMR и уже включено в стандарт NVMe, и «вынос» FTL (Flash Translation Layer) за пределы отдельного накопителя с программной или аппаратной эмуляцией FTL на уровней всей СХД сразу.

Microsoft сообщила, что успешно протестировала использование водородных топливных элементов для резервного питания своих серверов в центрах обработки данных. Это первый шаг к внедрению новых технологий, исключающих использование дизельного топлива в системах аварийного питания.

Водород хранился в резервуарах на трейлерах, припаркованных возле лаборатории в Солт-Лейк-Сити, штат Юта. Такой вариант хранения водорода был продемонстрирован в ходе эксперимента, но в дальнейшем планируется использовать стационарные резервуары. Microsoft намерена прекратить использование дизельного топлива к 2030 году в рамках своих инициатив по снижению вредных выбросов.

В эксперименте использовалась нагрузка в виде 10 стоек облачных серверов Microsoft Azure: в течение 48 часов использовалась 250-КВт система на топливных элементах. Такое время работы от топливных элементов выбрано не случайно, поскольку большинство перебоев в подаче электроэнергии длятся менее 48 часов.

Ранее для подобной задачи использовались шесть дизель-генераторов. Следующим шагом Microsoft планирует испытать систему резервного питания на топливных элементах мощностью 3 МВт, чтобы продемонстрировать как масштабируется система для больших дата-центров.

Дизельные генераторы на данный момент являются оптимальным выбором для большинства ЦОД, однако Microsoft стремится к сокращению выбросов углекислого газа и хочет полностью отказаться от дизельного топлива к 2030 году. Цель амбициозная, но достижимая. Пока основным препятствием к ее осуществлению является цена. Водород сам по себе до сих пор остается дорогим топливом, а его транспортировка и хранения обходятся еще дороже.

Следует также учесть, что водород более взрывоопасен, чем дизельное топливо, поэтому его хранение может стать большой проблемой для дата-центров, расположенных в крупных городах. Кроме радикальных мер по переводу аварийного питания дата-центров на водород, Microsoft рассматривает и более реальные альтернативы в виде питания генераторов от природного газа, который дает намного меньше выбросов, по сравнению с дизельным топливом, также рассматривается синтетическое дизельное топливо, которое при сгорании выделяет меньше углерода.

Проектами по созданию более экологичных источников питания занимаются и другие компании: Rolls-Royce и Daimler Truck AG разработают топливные элементы для ЦОД, а Keppel и Mitsubishi намереваются создать водородную электростанцию. Ещё одной альтернативой могут стать ёмкие аккумуляторы — оператор Switch для своего дата-центра в Неваде построит комплекс из солнечной электростанции мощностью 127 МВт и модулей Tesla MegaPack суммарной ёмкостью 240 МВт∙ч

Как сообщает cnTechPost, Phytium, китайский разработчик процессоров, анонсировал новый 64-ядерный чип Tengyun S2500, ориентированный на высокопроизводительные вычисления (HPC). Компания и прежде была известна разработками в этой области — её процессоры легли в основу суперкомпьютеров Tiahne, занимавших первые строчки рейтинга TOP500.

Изображения: cnTechPost

В отличие от своего предшественника FT-2000+/64, тоже 64-ядерного, ядра новинки в дополнение к L2-кешу объёмом 512 Кбайт получили общий L3-кеш на 64 Мбайт. Кроме того, чип поддерживает восемь каналов памяти DDR4-3200. Отличительной чертой Tengyun S2500 является возможность объединения — судя по всему, бесшовного — от двух до восьми процессоров в рамках одной системы. Для связи между CPU используется несколько линий собственной шины со скоростью 800 Гбит/с.

В основе CPU лежат ядра FTC663, работающие на частоте 2 – 2,2 ГГц. Они же используются в представленном в прошлом году младшем чипе Phytium FT2000/4. Ядра серии FTC600 базируются на модифицированной архитектуре ARMv8 и включают переделанные блоки для целочисленных вычислений и вычислений с плавающей запятой, ASIMD-инструкции, новый динамический предсказатель переходов, поддержку виртуализации, а также традиционные для китайских CPU блоки шифрования и безопасности, соответствующие локальным стандартам.

Энергопотребление новинок достигает 150 Вт. Изготавливаться они будут на TSCM по техпроцессу 16-нм FinFET. Начало массового производства запланировано на четвёртый квартал этого года. Тогда же появятся и 14-нм десктопные чипы Phytium Tengrui D2000, которым через года не смену придут Tengrui D3000. Выход 7-нм серверных процессоров Phytium Tengyun S5000 запланирован на третий квартал 2021 года, а 5-нм чипы Tengyun S6000 появятся уже в 2022-ом.

Microsoft одновременно решает ряд инженерных задач с проектом Microsoft Azure Natick: снижает эксплуатационные расходы и обеспечивает меньшие задержки для дата-центров. Что же из себя представляет этот уникальный проект?

Начнем с истории: первый концепт Natick представлял собой стойку с серверами в стальной оболочке, которую опустили в океан, чтобы проверить работоспособность идеи. Попытка была удачной, Microsoft доказала, что можно использовать обычные серверы, развернутые в компактном корпусе на расстоянии 200 км в океане, что примерно давало задержку в 1 мс (2 мс в обе стороны). Видео с экспериментальным дата-центром Natick:

Первая версия Natick была развернута у берегов Калифорнии и проработала 105 дней, что подтвердило жизнеспособность концепта.

Два года спустя Microsoft Research погрузила под воду 14 стоек с серверами у побережья Шотландии. Этот регион был выбран не случайно: именно здесь используется множество возобновляемых источников энергии, что позволило сделать новый Natick еще более экологичным. Видео с демонстрацией Natick второго поколения:

После более чем года работы Natick второго поколения Microsoft поделилась некоторыми данными: с точки зрения эффективности энергопотребления Natick демонстрирует коэффициент PUE в 1,07 — это очень мало для текущего производственного центра обработки данных. Низкий PUE означает снижение эксплуатационных расходов, а также делает Natick более экологичным. Обычный наземный дата-центр использует 4,8 литра воды на кВт/ч, при этом Natick не потребляет воду для работы, однако использует ее по-другому (споры с экологами по поводу нагрева океана и влияния на окружающую среду не закончились какими-то конструктивными выводами, по информации от самой Microsoft, влияние Natick на окружающую среду ничтожно мало). Этот аспект особенно актуален для стран, в которых существует дефицит воды и охлаждение дата-центров превращается в существенную проблему.

Цилиндрический корпус Natick имеет вакуумную герметизацию, что означает, что серверы и ИТ оборудование избавлены от многих вредных факторов, таких как влажность и пыль. Кроме того, учитывая, насколько хорошо вода поглощает тепло и насколько велики океаны, можно утверждать, что на глубине 200 метров для дата-центра будет поддерживаться постоянная температура, без колебаний, свойственных наземным ЦОД (особенно это актуально для жарких регионов, где приходится использовать системы охлаждения с большим запасом). Natick 2 был рассчитан на эксплуатацию в течение пяти лет без технического обслуживания.

Так что же Microsoft может предложить сегодня?

Natick третьего поколения представляет собой множество цилиндрических корпусов, закрепленных на большой стальной раме, в которой проложены коммутационные кабели и кабели питания. Общий размер составляет более 90 м (300 футов), с каждой стороны конструкции есть балластные цистерны для транспортировки и упрощения установки. Natick 3 состоит из 12 цилиндрических корпусов, общая мощность системы достигает 5 МВт, при необходимости могут быть построены и более крупные структуры, так как конструкция модульная и позволяет легко масштабировать мощность при необходимости.

Microsoft не единственная компания, которая ведёт разработки в области подводных дата-центров, существуют еще разработки Nautilus Fata Technologies и более мелкие стартапы, однако они находятся только в самом начале пути и не имеют опыта промышленной эксплуатации дата-центров. Одно можно сказать точно: данное направление будет развиваться и в скором будущем мы увидим еще не одно подобное решение.

В японском сегменте рынка супервычислений продолжает доминировать свой, уникальный подход к построению систем класса HPC. Fujitsu сделала ставку на гомогенную архитектуру A64FX с памятью HBM2 и заняла первое место в Top500, но и другая японская компания, NEC, не отказалась от своего видения суперкомпьютерной архитектуры.

На предыдущей конференции SC19 NEC пополнила свой арсенал новыми ускорителями SX-Aurora 10E, которые получили более быстрые сборки HBM2. О новых ускорителях «Type 20» речь заходила ещё до начала эпидемии COVID-19; к сожалению, она внесла свои коррективы и анонс новинок состоялся лишь сейчас, летом 2020 года.

Изначально процессор SX-Aurora, используемый во всей серии ускорителей «Type 10» имеет 8 векторных блоков, каждый из которых дополнен 2 Мбайт кеша и 6 сборок памяти HBM2 общим объёмом 24 или 48 Гбайт. Из-за сравнительно грубого 16-нм техпроцесса уровень тепловыделения достаточно высок и составляет примерно 225 Ватт. В отличие от Fujitsu A64FX, NEC SX-Aurora требует для своей работы управляющего хост-процессора, и обычно компания комбинирует его с Intel Xeon, но существуют варианты и с AMD EPYC второго поколения.

ISC 2018: HPC-модуль с восемью векторными ускорителями NEC SX-Aurora Type 10

Это роднит SX-Aurora с более широко распространёнными ускорителями на базе графических процессоров, однако позиционирование у них всё-таки выглядит иначе. ГП-ускорители, по мнению NEC, гораздо сложнее в программировании, хотя и обеспечивают высокую производительность.

Свою же разработку компания относит к решениям с похожим уровнем производительности, но гораздо более простым в программировании. Упор также делается на высокую пропускную способность памяти, составляющую у новинок «Type 20» 1,5 Тбайт/с.

Новая версия NEC Vector Engine, VE20, структурно, скорее всего, не изменилась. Вместо восьми ядер новый процессор получил 10, и, как уже было сказано, новые сборки HBM2, в результате чего ПСП удалось поднять с 1,35 до 1,5 Тбайт/с, а вычислительную мощность с 2,45 до 3,07 Тфлопс.

В серии пока представлено два новых ускорителя, Type 20A и 20B, последний аналогичен по конфигурации решениям Type 10 и использует усечённый вариант процессора с 8 ядрами. Говорится о неких архитектурных улучшениях, но деталей компания пока не раскрывает. Оба варианта процессора VE20 работают на частоте 1,6 ГГц, а прирост производительности в сравнении с VE10 достигается в основном за счёт повышения ПСП.

Похоже, VE20 лишь промежуточная ступень. В 2022 году планируется выпуск процессора VE30, который получит подсистему памяти с пропускной способностью свыше 2 Тбайт/с, в 2023 должен появиться его наследник VE40, но настоящий прорыв, судя по всему, откладывается до 2024 года, когда NEC планирует представить VE50, об архитектуре и возможностях которого пока ничего неизвестно.

Машинное обучение в последние годы развивается и внедряется очень активно. Разработчики аппаратного обеспечения внедряют в свои новейшие решения поддержку оптимальных для ИИ-систем форматов вычислений, под этот круг задач создаются специализированные ускорители и сопроцессоры.

Словацкая компания Tachyum достаточно молода, но уже пообещала выпустить процессор, который «отправит Xeon на свалку истории». О том, что эти чипы станут основой для суперкомпьютеров нового поколения, мы уже рассказывали читателям, а на конференции ISC High Performance 2020 Tachyum анонсировала и сами процессоры Prodigy, и ИИ-комплекс на их основе.

Запуск готовых сценариев машинного интеллекта достаточно несложная задача, с ней справляются даже компактные специализированные чипы. Но обучение таких систем требует куда более внушительных ресурсов. Такие ресурсы Tachyum может предоставить: на базе разработанных ею процессоров Prodigy она создала дизайн суперкомпьютера с мощностью 125 Пфлопс на стойку и 4 экзафлопса на полный комплекс, состоящий из 32 стоек высотой 52U.

Основой для новой машины является сервер-модуль собственной разработки Tachyum, системная плата которого оснащается четырьмя чипами Prodigy. Каждый процессор, по словам разработчиков, развивает до 625 Тфлопс, что дает 2,5 Пфлопс на сервер. Компания обещает для новых систем трёхкратный выигрыш по параметру «цена/производительность» и четырёхкратный — по стоимости владения. При этом энергопотребление должно быть на порядок меньше, нежели у традиционных систем такого класса.

Архитектура Prodigy представляет существенный интерес: это не узкоспециализированный чип, вроде разработок NVIDIA, а универсальный процессор, сочетающий в себе черты ЦП, ГП и ускорителя ИИ-операций. Структура кристалла построена вокруг концепции «минимального перемещения данных». При разработке Tachyum компания принимала во внимание задержки, вносимые расстоянием между компонентами процессора, и минимизировала их.

Процессор Prodigy может выполнять за такт две 512-битные операции типа multiply-add, 2 операции load и одну операцию store. Соответственно то, что каждое ядро Prodigy имеет восемь 64-бит векторных блока, похожих на те, что реализованы в расширениях Intel AVX-512 IFMA (Integer Fused Multiply Add, появилось в Cannon Lake). Блок вычислений с плавающей точкой поддерживает двойную, одинарную и половинную точность по стандартам IEEE. Для ИИ-задач имеется также поддержка 8-битных типов данных с плавающей запятой.

Векторные и матричные операции — сильная сторона Prodigy. На перемножении-сложении матриц размерностью 8 × 8 ядро развивает 1024 Флопс, используя 6 входных и 2 целевых регистра (в сумме есть тридцать два 512-бит регистра). Это не предел, разработчик говорит о возможности увеличения скорости выполнения этой операции вдвое. Tachyum обещает, что система на базе Prodigy станет первым в мире ИИ-кластером, способным запустить машинный интеллект, соответствующий человеческому мозгу.

С учётом заявлений о 10-кратной экономии электроэнергии и 1/3 стоимости от стоимости Xeon, это заявление звучит очень сильно. Но Prodigу — не бумажный продукт-однодневка. Tachyum разработала не только сам процессор, но и всю необходимую ему сопутствующую инфраструктуру, включая и компилятор, в котором реализованы оптимизации в рамках «минимального перемещения данных».

Новинка разрабона с использованием 7-нм техпроцесса, максимальное количество ядер с вышеописанной архитектурой — 64. Помимо самих ядер, кристалл T864 содержит восьмиканальный контроллер DDR5, контроллер PCI Express 5.0 на 64 (а не 72, как ожидалось ранее) линии и два сетевых интерфейса 400GbE. При тактовой частоте 4 ГГц Prodigy развивает 8 Тфлопс на стандартных вычислениях FP32, 1 Пфлоп на задачах обучения ИИ и 4 Петаопа в инференс-задачах.

Самая старшая версия, Tachyum Prodigy T16128, предлагает уже 128 ядер с частотой до 4 ГГц, 12 каналов памяти DDR5-4800 (но только 1DPC и до 512 Гбайт суммарно), 48 линий PCI Express 5.0 и два контроллера 400GbE. Производительность в HPC-задачах составит 16 Тфлопс, а в ИИ — 262 Тфлопс на обучении и тренировке.

Системные платы для Prodigy представлены, как минимум, в двух вариантах: полноразмерные четырёхпроцессорные для сегмента HPC и компактные однопроцессорные для модульных систем высокой плотности. Полноразмерный вариант имеет 64 слота DIMM и поддерживает модули DDR5 объёмом до 512 Гбайт, что даёт 32 Тбайт памяти на вычислительный узел.

Сам узел полностью совместим со стандартами 19″ и Open Compute V3, он может иметь высоту 1U или 2U и поддерживает питание напряжением 48 Вольт. Плата имеет собственный BIOS UEFI, но для удалённого управления в ней реализован открытый стандарт OpenBMC.

Tachyum исповедует концепцию универсальности, но всё-таки узлы для HPC-систем на базе Prodigy могут быть нескольких типов — универсальные вычислительные, узлы хранения данных, а также узлы управления. В качестве «дисковой подсистемы» разработчики выбрали SSD-накопители в формате NF1, подобные представленному ещё в 2018 году накопителю Samsung.

Таких накопителей в корпусе системы может быть от одного до 36; поскольку NF1 существенно крупнее M.2, поддерживаются модели объёмом до 32 Тбайт, что даёт почти 1,2 Пбайт на узел. Стойка с модулями Prodigy будет вмещать до 50 модулей высотой 1U или до 25 высотой 2U. Согласно идее о минимизации дистанций при перемещении данных, сетевой коммутатор на 128 или 256 портов 100GbE устанавливается в середине стойки.

Такая конфигурация работает в системе с числом стоек до 16, более масштабные комплексы предполагается соединять между собой посредством коммутатора высотой 2U c 64 портами QSFP-DD, причём поддержка скорости 800 Гбит/с появится уже в 2022 году. 512 стоек могут объединяться посредством высокопроизводительного коммутатора CLOS, он имеет высоту 21U и также получит поддержку 800 Гбит/с в дальнейшем.

Компания активно поддерживает открытые стандарты: применён загрузчик Core-Boot, разработаны драйверы устройств для Linux, компиляторы и отладчики GCC, поддерживаются открытые приложения, такие, как LAMP, Hadoop, Sparc, различные базы данных. В первом квартале 2021 года ожидается поддержка Java, Python, TensorFlow, PyTorch, LLVM и даже операционной системы FreeBSD.

Любопытно, что существующее программное обеспечение на системах Tachyum Prodigy может быть запущено сразу в виде бинарных файлов x86, ARMv8 или RISC-V — разумеется, с пенальти. Производительность ожидается в пределах 60 ‒ 75% от «родной архитектуры», для достижения 100% эффективности всё же потребуется рекомпиляция. Но в рамках контрактной поддержки компания обещает помощь в этом деле для своих партнёров.

Разумеется, пока речи о полномасштабном производстве новых систем не идёт. Эталонные платформы Tachyum обещает во второй половине следующего года. Как обычно, сначала инженерные образцы получают OEM/ODM-партнёры компании и системные интеграторы, а массовые поставки должны начаться в 4 квартале 2021 года. Однако ПЛИС-эмуляторы Prodigy появятся уже в октябре этого года, инструментарий разработки ПО — и вовсе в августе.

Планы у Tachyum поистине наполеоновские, но её разработки интересны и содержат целый ряд любопытных идей. В чём-то новые процессоры можно сравнить с Fujitsu A64FX, которые также позволяют создавать гомогенные и универсальные вычислительные комплексы. Насколько удачной окажется новая платформа, говорить пока рано.

На первый взгляд, позиции архитектуры x86 в мире высокопроизводительных вычислений выглядят незыблемыми: примерно 94% всех систем класса HPC используют в качестве основы процессоры Intel и ещё 2,2% занимает AMD. Однако запуск кластера Fugaku доказал, что ARM — соперник весьма и весьма опасный.

Система на базе процессоров Fujitsu A64FX использует именно архитектуру ARM. И наступление ARM продолжается и на других фронтах: к примеру, AWS предлагает инстансы на собственных ARM-процессорах Graviton2. Не дремлет Ampere Computing, анонсировавшая сегодня новые процессоры Altra и Altra Max.

Разработкой мощных многоядерных процессоров с архитектурой ARM компания занимается довольно давно: в конце прошлого года она уже рассказывала о втором поколении своих продуктов, чипах QuickSilver. В их основу лег дизайн ядра ARM Neoverse N1 (ARM v8.2+), количество самих ядер достигло 80, появилась поддержка интерфейса PCI Express 4.0, чего, например, до сих пор нет в процессорах Intel Xeon Scalable.

Серверные процессоры с архитектурой ARM доказали своё превосходство в энергоэффективности перед x86, что сделало их отличным выбором для облачных сервисов — в таких ЦОД плотность упаковки вычислительных мощностей максимальна и такие параметры, как удельная производительность, энергопотребление и тепловыделение играют крайне важную роль. Новые процессоры Ampere под кодовым именем Altra нацелены именно на этот сектор рынка.

В основе Altra также лежит ядро Neoverse N1 — оно же применено и в проекте Amazon Graviton2 — но Ampere Computing намеревается охватить с помощью Altra остальных крупных провайдеров облачных услуг, которые также заинтересованы в высокоплотных энергоэффективных ЦП. При этом утверждается, что Altra превосходит Graviton2; по крайней мере, на бумаге это выглядит убедительно.

Всего в серии Altra анонсировано 12 процессоров, с количеством ядер от 32 до 80, частотами от 1,7 до 3,3 ГГц и теплопакетами от 45 до 250 Ватт. Все они располагают восьмиканальным контроллером памяти DDR4-3200 (до 4 Тбайт на процессор) и предоставляют в распоряжение системы 128 линий PCI Express 4.0, чем пока могут похвастаться разве что AMD Rome. Применена очень простая система наименований: например, «Q72-30» означает, что перед нами 72 ядерный процессор поколения QuickSilver с частотой 3 ГГц.

Altra следует большинству современных тенденций в процессоростроении: процессоры располагают солидным массивом кешей (1 Мбайт на ядро, 32 Мбайт L3), ядра имеют два 128-битных блока инструкций SIMD, а также поддерживают популярные в задачах машинного интеллекта и инференс-комплексах форматы вычислений INT8 и FP16. Что касается удельной энергоэффективности, то ядро AMD Rome потребляет около 3 Ватт при полной нагрузке на частоте 3 ГГц, а для Altra Q80-30 этот показатель равен 2,6 Ватта; турборежима у Altra, впрочем, нет и максимальные частоты справедливы для всех ядер.

В настоящий момент компания поставляет образцы платформ Altra двух типов: однопроцессорную Mt. Snow и двухпроцессорную Mt. Jade. В число партнёров компании входят такие производители, как GIGABYTE и Wiwynn, заявлен также ряд контрактов с производителями более низких эшелонов. В основе Mt. Jade, вероятнее всего, лежит системная плата GIGABYTE MP32-AR0, о ней мы уже рассказывали нашим читателям.

Цены новых решений пока не разглашаются, однако, заинтересованные в процессорах Ampere провайдеры уже в течение двух месяцев тестируют новые платформы; в их число входят такие компании, как Packet и CloudFlare, причём Packet уже предоставляет своим клиентам «ранний доступ» к услугам, запускаемым на новых платформах Ampere. Более массовых поставок следует ожидать в августе и сентябре текущего года.

80 ядер — весьма солидное количество, даже в арсенале AMD таких процессоров ещё нет, семейство EPYC всё ещё ограничено 64 ядрами, но с SMT. Однако на достигнутом Ampere не останавливается и позднее в этом году планирует представить миру настоящего монстра — 128-ядерный процессор Altra Max, на базе всё той же архитектуры QuickSilver/Neoverse.

Этот чип имеет кодовое имя Mystique, он будет базироваться на новом дизайне кристалла, однако отличия здесь количественные, качественно это всё та же Altra, но с большим количеством ядер, оптимизированная с учётом возможностей сохранённой неизменной подсистемой памяти. Сохранится даже совместимость по процессорному разъёму. Образцы Altra Max если и существуют, то только в лаборатории Ampere Computing, а публичного появления сэмплов этих процессоров следует ожидать не ранее 4 квартала с началом производства в 2021 году.

Таким образом, можно утверждать, что технологическая ступень 7 нм компанией освоена. Она штурмует новую высоту — образцы процессоров Siryn, построенные с использованием 5-нм техпроцесса TSMC должны появиться ближе к концу следующего года. Некоторые блоки Siryn уже существуют в кремнии. Эти процессоры получат и новую платформу, а, возможно, и поддержку таких технологий, как PCI Express 5.0 и DDR5.

Конечно же, речь идёт о японском суперкомпьютере Fugaku на базе ARM-процессоров A64FX, который досрочно начал трудиться весной этого года. Эта машина стала самым мощным суперкомпьютером в мире сразу в трёх рейтингах: классическом TOP500, современном HPCG и специализированном HPL-AI.

Суперкомпьютер состоит из 158976 узлов, которые имеют почти 7,3 млн процессорных ядер, обеспечивающих реальную производительность на уровне 415,5 Пфлопс, то есть Fugaku почти в два с половиной раза быстрее лидера предыдущего рейтинга, машины Summit. Правда, оказалось, что с точки зрения энергоэффективности новая ARM-система мало чем отличается от связки обычного процессора и GPU, которой пользуется большая часть суперкомпьютеров. Так что на первое место в Green500 она не попала.

Однако на стороне Fugaku универсальность — понижение точности вычислений вдвое приводит к удвоение производительности. Так что машина имеет впечатляющую теоретическую пиковую скорость вычислений 4,3 Эопс на INT8 и не менее впечатляющие 537 Пфлопс на FP64. Это помогло занять её первое место в бенчмарке HPL-AI, которые использует вычисления разной точности. А общая архитектура процессора, включающего набортную память HBM2, и системы, использующей интерконнект Tofu, способствовали лидерству в бенчмарке HPCG, который оценивает эффективность машины в целом.