Молодая компания Fungible, разработчик так называемых «процессоров для данных» или DPU (Data Processing Unit), согласно многочисленным источникам на рынке, продана корпорации Microsoft в связи с рядом финансовых трудностей. Сумма сделки оценивается всего в $190 млн.

Fungible была основана в 2015 году Прадипом Синдху (Pradeep Sindhu) и Бертраном Серле (Bertrand Serlet), которые до этого работали в Xerox PARC. Компания базируется в Санта-Кларе, штат Калифорния (США). К 2019 году Fungible получила более $300 млн инвестиций. Деньги пошли на создание аппаратных решений и ПО, а также на укрепление бизнеса.

Источник изображения: Fungible

Осенью 2020 года Fungible приобрела компанию Cloudistics, разработчика ПО для систем хранения данных. Предполагалось, что эта сделка поможет Fungible в развитии. Однако затем стартап столкнулся с различными сложностями. В августе 2022 года Fungible уволила часть персонала, а в ноябре сократила ассортимент решений, отказавшись от планов в отношении компонуемой инфраструктуры, чтобы сосредоточиться на NVMe/TCP СХД. Кроме того, компания испытывает возрастающее давление со стороны гораздо более купных конкурентов, таких как AMD, Intel и NVIDIA в сегменте DPU.

Ходили слухи, что Fungible обсуждала вопрос собственной продажи с Meta✴, но успехом эти переговоры не увенчались. Что касается Microsoft, то редмондский гигант рассматривал возможность заключения индивидуальной сделки с Fungible, а затем решил приобрести компанию целиком — вместе с сотрудниками и интеллектуальной собственностью — по привлекательной цене. Сделка поможет Microsoft в развитии своей облачной инфраструктуры Azure.

Дизель-генератор — неотъемлемая часть подсистемы резервного питания любого серьёзного ЦОД, но по природе своей он не может похвастаться нейтральностью выхлопа. Многие ищут традиционным генераторам замену, и в их числе Microsoft. На днях компания сообщила, что ей удалось достичь важной вехи в освоении водородных топливных элементов, которые, по замыслу Microsoft, и должны заменить традиционные дизель-генераторы в принадлежащих ей центрах обработки данных.

Компания начала тестирование новой генераторной станции мощностью 3 МВт, построенной на базе топливных ячеек с протонообменной мембраной (PEM). Она способна обеспечивать питание 10 тыс. серверов. С топливными элементами компания экспериментирует давно, ещё с 2013 года, но более ранние разработки использовали природный газ и не по факту не являлись такими уж экологичными.

Тестовая станция мощностью 3 мВт. Источник: Microsoft/John Brecher

Разработать водородные PEM-ячейки компании удалось в сотрудничестве с Plug Power. В течение нескольких недель июня компании совместно протестировали прототип генератора нового поколения. Новая система, выбрасывающая в атмосферу лишь нагретый водяной пар, сработала успешно, так что Plug Power уже работает над созданием коммерческой версии системы.

Протонообменная мембрана: конструкция и принцип действия. Источник: Encyclopedia Britannica

Первый же экземпляр будет установлен научно-исследовательском центре Microsoft, но пока конкретных сроков пока озвучено не было. У IT-гиганта большие надежды на подобные технологии: к 2030 году компания планирует обновить системы резервного питания во всех своих ЦОД.

В работе система выделяет только горячий водяной пар. Источник: Microsoft/John Brecher

Правда, в полной экологичности водородных топливных элементов есть сомнения: работают они без вредных выбросов, но само их производство может оказаться далеко не таким чистым, как эксплуатация. Тем не менее, администрация США одобрила план стоимостью $8 млрд по развитию производства водорода в рамках программы альтернатив ископаемому топливу. В Европе есть аналогичные инициативы — как совсем скромные (€2,5 млн), так и весьма крупные (€1 млрд).

Гленн Локвуд (Glenn K. Lockwood), ведущий специалист Национального научного вычислительного центра энергетических исследований (NERSC) при Министерстве энергетики США перешёл на работу в Microsoft. Он является архитектором высокопроизводительных масштабируемых систем хранения данных для суперкомпьютеров. Локвуд, в частности, руководил развёртыванием первого в мире 35-Пбайт All-Flash хранилища с ФС Lustre для суперкомпьютера Perlmutter.

В своём блоге Локвуд объяснил, почему он ушёл из NERSC в Microsoft. По его словам, лидирующие HPC-системы балансируют на грани выживания, в то время как HPC-системы среднего клсса практически полностью обесцениваются поставщиками облачных услуг. При текущих тенденциях стоимость строительства нового дата-центра и обширной инфраструктуры питания и охлаждения для каждого нового мощного суперкомпьютера очень скоро станет непомерно высокой, говорит Локвуд. Он высказал мнение, что ЦОД мощностью 50–60 МВт, строящиеся сейчас для экзафлопсных суперкомпьютеров, будут последними в своём роде.

Источник изображения: AMD

Что касается менее мощных систем, таких как Perlmutter, то необходимость в них постепенно сокращается по мере того, как облако набирает обороты. «Вы можете установить полную систему [HPE] Cray EX, идентичную той, что вы можете найти в NERSC или OLCF, в Azure <…> и интегрировать её с богатыми инфраструктурными возможностями облака», — говорит Локвуд. Кроме того, облака действительно гораздо быстрее внедряют новинки. Так, процессоры AMD EPYC MilanX и ускорители Instinct MI200 появились в инфраструктуре Microsoft Azure намного раньше, чем в HPC-центрах.

«Я не утверждаю, что знаю будущее, и многое из того, что я изложил, является в лучшем случае гипотетическим», — заявил Гленн Локвуд, отметив, что приверженность Министерства энергетики США к независимым HPC-системам сохранится по меньшей мере ещё десятилетие. Локвуд стал очередным специалистом, покинувшем традиционный HPC-сектор и ушедшим в Microsoft. В 2020 году в Microsoft перешёл технический директор Cray Стив Скотт (Steve Scott). Год спустя к Microsoft присоединился соруководитель программы Cray PathForward доктор Дэн Эрнст (Dan Ernst).

Microsoft неожиданно раскрыла подробности использования своей распределённой службы планирования «планетарного масштаба» Singularity, предназначенной для управления ИИ-нагрузками. В докладе компании целью Singularity названа помощь софтверному гиганту в контроле затрат путём обеспечения высокого коэффициента использования оборудования при выполнении задач, связанных с глубоким обучением.

Singularity удаётся добиться этого с помощью нового планировщика, способного обеспечить высокую загрузку ускорителей (в том числе FPGA и ASIC) без роста числа ошибок или снижения производительности. Singularity предлагает прозрачное выделение и эластичное масштабирование выделяемых каждой задаче вычислительных ресурсов. Фактически она играет роль своего рода «умной» прослойки между собственно аппаратным обеспечением и программной платформой для ИИ-нагрузок.

Изображение: Microsoft

Singularity позволяет разделять задачи, поручаемые ресурсам ускорителей. Если необходимо масштабирование, система не просто меняет число задействованных устройств, но и управляет распределением и выделением памяти, что крайне важно для ИИ-нагрузок. Правильное планирование позволяет не простаивать без нужды весьма дорогому «железу», благодаря чему и достигается положительный экономический эффект.

NVIDIA DGX-2

В докладе также прямо говорится, что у Microsoft есть сотни тысяч GPU и других ИИ-ускорителей. В частности, упоминается, что Singularity используется на платформах NVIDIA DGX-2: два Xeon Platinum 8168 (по 20 ядер каждый), восемь ускорителей V100 с NVSwitch, 692 Гбайт RAM и интерконнект InfiniBand. Таким образом, ИИ-парк компании должен включать десятки тысяч узлов, поэтому эффективное управление им очень важно.

Microsoft объединила усилия с Caterpillar и Ballard Power Systems для тестирования резервных генераторов на водородных топливных элементах в своём дата-центре в Куинси (штат Вашингтон). Проект рассчитан на три года и нацелен на изучение возможности использования водородных топливных элементов в масштабе ЦОД. Проект частично финансируется Министерством энергетики США (DOE) в рамках инициативы H2@Scale.

Caterpillar станет генеральным подрядчиком, обеспечивающим общую интеграцию всех систем, работу силовой электроники и средств управления. Ballard предоставит водородный электрогенератор на топливных элементах ClearGen-II мощностью 1,5 МВт, а Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии (NREL) выполнит анализ его безопасности, экологичности и технико-экономических аспектов эксплуатации.

Источник изображения: Microsoft

Для успешной реализации проекта необходимо решить ряд проблем. Чтобы топливные элементы обеспечивали мощность 3 МВт в течение 48 часов, требуется около 68 м³ жидкого водорода, для хранения которого требуется намного больше места, чем для дизельного топлива. Для избегания утечек требуются специальные трубопроводы, а сам водород надо хранить при температуре ниже -253 °C. Ранее Microsoft успешно испытала водородные топливные ячейки мощностью 250 кВт от Power Innovations.

Пентагон аннулировал облачный контракт Joint Enterprise Defense Infrastructure (JEDI) на сумму $10 млрд, заключённый в 2019 году с Microsoft и ставший предметов судебных исков ряда других соискателей, включая Amazon AWS. Amazon считалась главным претендентом на получение контракта JEDI, но получила его Microsoft, обойдя и других конкурентов, включая IBM и Oracle, которые пытались обжаловать формат проведения конкурса.

В заявлении военного ведомства указано, что «из-за меняющихся требований, увеличения доступности облачных вычислений и достижений отрасли контракт JEDI Cloud больше не отвечает его потребностям». Министерство обороны США будет придерживаться нового контракта под названием Joint Warfighter Cloud Capability (JWCC), который, как ожидается, будет заключён с Microsoft и Amazon и, возможно, с другими подрядчиками.

STAFF/AFP/Getty Images

Пентагон заявил, что поставщик облачных услуг для нового контракта должен будет соответствовать нескольким критериям, например, работать на всех трёх уровнях классификации (т.е. несекретно, секретно или совершенно секретно), быть доступным по всему миру и иметь средства контроля кибербезопасности высшего уровня. Последней каплей, вероятно, стала очередная судебная жалоба Oracle, поданная на прошлой неделе.

«Министерство обороны столкнулось с трудным выбором: продолжить судебную тяжбу, которая может длиться годами, или найти другой путь продвижения вперед, — пишет Тони Таунс-Уитли (Toni Townes-Whitley), президент Microsoft Regulated Industries. — Безопасность США важнее любого отдельного контракта, и мы знаем, что Microsoft преуспеет, когда у страны все будет хорошо <…> мы уважаем и принимаем решение Министерства обороны США двигаться вперёд по другому пути для обеспечения безопасности критически важных технологий».

Microsoft и Amazon жёстко конкурируют на рынке облачных вычислений. В прошлом году на конференции компании re: Invent бывший руководитель Amazon Web Services Энди Ясси (Andy Jassy), вступивший на этой неделе в должность генерального директора Amazon, представил статистику, согласно которой доля AWS на рынке облачной инфраструктуры составляет 45%, что более чем вдвое превышает долю Microsoft Azure.

Но Microsoft понемногу отвоёвывает долю рынка. В майском отчете Wedbush прогнозируется дальнейший рост Microsoft, поскольку облачные технологии Azure «все ещё находятся на начальном этапе», и компания «имеет твёрдые позиции для увеличения доли рынка по сравнению с AWS в этой гонке облачных вооружений».

Любой современный ЦОД — это не только помещение, занимающее определённую площадь, но ещё и серьёзные системы питания и, особенно, охлаждения. Ряд компаний считает, что с точки зрения последнего фактора имеет смысл рассмотреть возможность размещения ЦОД под водой, на дне моря, где температура постоянна и достаточно низка. В их числе Microsoft со своей разработкой Project Natick.

Первый прототип Natick, доказавший работоспособность концепции, успешно проработал 105 дней в водах Калифорнийского залива, однако действительно серьёзная мощность была достигнута лишь во второй фазе, о которой и идёт речь в данной заметке. Второй прототип Natick являет собой 12,2-метровый цилиндрический контейнер стандарта ISO 40, внутри размещено 12 стоек с 864 серверами Microsoft (в составе присутствуют ПЛИС-ускорители) и СХД общим объёмом 27,6 Пбайт. Система охлаждения во втором варианте была разработана французской группой Naval Group на основе теплообменников, использующихся в современных подводных лодках.

На этот раз местом размещения подводного ЦОД был выбран район Оркнейских островов в 193 километрах (120 миль) от берега, глубина погружения составляла примерно 35 метров. Для питания и данных использовался общий кабель, содержащий как силовые линии, способные передать около четверти мегаватта, так и оптические волокна. Проект создавался с прицелом на пятилетний срок работы без обслуживания, с прицелом на 20 лет в будущем. Для обеспечения повышенной надёжности внутреннее пространство контейнера заполнено азотом, который практически инертен и способствует уменьшению износа оборудования.

14 сентября Microsoft сообщила об окончании второй фазы Project Natick, которая продлилась два года. Сам контейнер был извлечён из моря ещё летом, и специалисты и эксперты занялись изучением состояния аппаратного обеспечения, входившего в состав второго прототипа автономного ЦОД. Результат проекта признан очень успешным, возглавляющий Project Natick Бен Катлер (Ben Cutler) заявил, что «дело сделано, и второй вариант Natick можно с полным правом назвать подходящим строительным блоком».

Согласно статистике, около 50% населения планеты проживает недалеко от берега моря, поэтому размещение подводных ЦОД в прибрежных областях вполне оправдано, а Европейский центр морской энергетики (Europetn Marine Energy Centre) вообще говорит о возможности использования для питания таких ЦОД приливных турбин и волновых конвертеров, что сделает их практически автономными, не считая оптоволоконного подключения.

Часть системы охлаждения Natick

Тонкости функционирования Natick ещё предстоит изучить, но предварительные результаты оказались несколько обескураживающими: ЦОД в герметичном контейнере, покоившийся на дне моря, и, естественно, лишённый обслуживания, оказался в восемь раз надёжнее, нежели его копия, расположенная на суше. Причины примерно ясны: стабильные температуры, отсутствие окисляющей атмосферной среды, а также каких-либо серьёзных вибраций. Компания считает, что эти данные могут помочь и в проектировании более надёжных наземных ЦОД.

Microsoft признала, что проект всё ещё далёк от завершения, но считает, что стандартный ЦОД Azure в подводном варианте уже может быть создан. Вице-президент отдела Azure по системам класса mission critical Вильям Чэппел (William Chappell) отметил, что его команда особенно заинтересована в пост-квантовых методах шифрования, критичных для такого рода периферийных центров обработки данных.

Также заявлено, что Natick успешно может служить в качестве периферийного ЦОД или ЦОД с повышенной безопасностью; последнее достаточно очевидно — получить доступ к оборудованию, находящемуся под водой, намного сложнее, нежели в обычном ЦОД. Надёжнее в этом плане может быть только сервер на орбите, но по понятным причинам такое решение намного дороже и сложнее, нежели Natick, оно менее мощное, а также не гарантирует постоянной низкой латентности, которая может быть критичной в edge-сценариях использования.

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.