В 2004 году Кирк Бресникер, работающий ныне в компании Hewlett-Packard Enterprise на должности главного архитектора HPE Labs, предложил проект внесения радикальных изменений в компьютерную архитектуру и представил первые наметки концепции The Machine.
В то время Бресникер хотел построить систему, которая бы использовала самые современные технологии, в первую очередь мемристоры и фотонику, и позволила бы развивать компьютеры в будущем..
Проект складывался непросто, но недавно в лаборатории, расположенной в Форт Коллинзе, компания HPE наконец представила первый прототип The Machine.
Правда, до задуманного воплощения The Machine еще далеко, но в прототипе реализованы те же принципы интеграции вычислительных компонентов в подсистему памяти, благодаря чему появляется возможность преодолеть ограничения архитектуры обычных ПК и серверов, для которых память становится узким местом.
Главной особенностью мегасервера являются 160 Тбайт оперативной памяти — ни один современный сервер не может похвастаться таким ее объемом. Он более чем в три раза превышает объем памяти HPE Superdome X.
Компьютер The Machine оснащен 1280 процессорными ядрами Cavium ARM. Память и сорок 32-ядерных процессоров ARM, размещенных в четырех корпусах Apollo 6000, связаны друг с другом высокопроизводительными межкомпонентными соединениями, представляющими собой сверхскоростную магистраль, к которой подключается множество сопроцессоров.
Новые соединения проектировались для ячеистой сети, благодаря чему память и процессорные узлы легко могут обмениваться данными друг с другом. Логику контроллеров в структуре межкомпонентных соединений выполняют программируемые логические матрицы FPGA.
«В будущем компьютерам придется иметь дело с огромными объемами данных, и The Machine готовится к их притоку», – отметил Бресникер.
Архитектуру The Machine готовят к временам, когда закон Мура начнет терять свою силу. Регулярно увеличивать количество транзисторов и функций в чипах становится труднее, а The Machine представляет собой распределенную систему, в которой вычислительной обработкой занимаются различные ресурсы.
The Machine готова и к тому, чтобы использовать технологии будущего. Имеющиеся здесь разъемы позволяют добавлять фотонные коннекторы, которые подключаются к новой коммутирующей структуре, связывая друг с другом систему хранения, оперативную память и процессоры. Межкомпонентные соединения представляют собой раннюю версию технологии Gen-Z, которая поддерживается крупнейшими производителями оборудования, процессоров, систем хранения и оперативной памяти.
HPE совершенствует подсистемы памяти и хранения в ПК и серверах, что дает дополнительный толчок к развитию вычислительных систем. Ускорение обработки данных в оперативной памяти и подсистеме хранения снижает потребности в ускорении выполнения инструкций за один такт работы процессора.
Вычисления в памяти позволяют увеличить производительность приложений баз данных и систем ERP, поэтому HPE меняет архитектуру таких систем. Возникает тенденция отделения памяти и подсистемы хранения от основных серверов. Это помогает ускорить выполнение вычислений и эффективнее использовать ресурсы ЦОД, в частности охлаждение.
Вместе с тем есть и определенные трудности. Первоначальная модель The Machine предполагала наличие мемристоров – специального типа памяти и ресурсов хранения, помогающего компьютерам принимать решения на основе хранимых в них данных. Компания HP анонсировала мемристор еще в 2008 году, но выпуск его много раз откладывался. Сейчас соответствующая технология разрабатывается совместно с Western Digital.
При создании The Machine был выбран подход с открытым кодом, подразумевающий кооперацию с партнерами при построении систем такого рода в будущем. Нынешний прототип должен стимулировать дальнейшую разработку и внедрение технологии Gen-Z и схем, которые смогут выступать в роли сопроцессоров.
В то время как HPE стремится построить принципиально новую систему, в Intel решили взглянуть на ситуацию под другим углом и предложить производителям собственную память и средства хранения 3D Xpoint. Поставщики систем, как рассчитывают в компании, будут создавать более быстрые компьютеры на базе системы хранения Intel 3D Xpoint Optane, которая в конечном итоге может прийти на смену оперативной памяти DRAM и твердотельным накопителям.
«The Machine – это компьютерная архитектура будущего, которая и сегодня имеет немаловажное практическое значение, – считает главный аналитик компании Moor Insights and Strategy Патрик Мурхед. – То, что разработчикам удалось создать рабочий прототип и выполнять программы на новом компьютере, просто поразительно». В качестве операционной системы используется одна из версий Linux.
The Machine занимает место где-то посредине между сегодняшними компьютерами и системами будущего, такими как квантовые компьютеры. Но до практического прменения систем этой архитектуры в ЦОД, по мнению Мурхеда, пройдет еще по крайней мере от трех до пяти лет.
