Стартап, основанный двумя выпускниками Массачусетского технологического института, объявил о запуске производства датчиков с автономным питанием, которые способны решать задачи Интернета вещей, не требующие интенсивной обработки, без батарей и кабельных источников питания. Это выведет гибкость Интернета вещей на новый качественный уровень.

Компания Everactive, основанная Беном Калхуном и Дэйвом Вентцлоффом, разрабатывает модули датчиков для Интернета вещей, способные самостоятельно получать электроэнергию из различных источников, в том числе из искусственного освещения и отработанного тепла. Много электроэнергии из таких источников не получишь, но для целей Everactive этого и не нужно.

Сами датчики помимо всего прочего также могут отслеживать температуру, влажность, уровень освещенности, вибрацию, движение, звук и давление.

Проблема электропитания решается датчиками за счет снижения спроса. В радиоприемниках используются модули пробуждения, потребляющие менее одного микроватта, интегральные схемы сверхнизкой мощности и другие энергосберегающие технологии, позволяющие датчикам расходовать минимальное количество электроэнергии.

Получение электроэнергии как за счет теплового градиента, так и за счет внутреннего освещения, относится к хорошо изученным технологиям. Но применение их в устройствах со сверхнизким энергопотреблением является новым словом, которое позволит создавать датчики Интернета вещей с полностью автономным питанием.

Everactive позиционирует себя в качестве поставщика полнофункциональных решений, где данные по сети с низким энергопотреблением отправляются прямо на локальный шлюз, одновременно управляющий сотнями таких датчиков и подключенный к системе мониторинга и анализа Everactive Evercloud. Дальность действия датчика составляет около 250 метров.

Протокол, используемый датчиками, не предусматривает цикличных работ и других остановок передачи в целях экономии электроэнергии, так что сеть всегда находится в активном состоянии. Датчики осуществляют передачу на частоте ниже 1 ГГц, благодаря чему сигнал хорошо проходит сквозь стены и другие препятствия.

Реальная ценность датчиков Интернета вещей с автономным питанием определяется по большей части снижением операционных затрат. Развертывание нескольких тысяч датчиков, работающих на батареях, даже при сроке их службы в несколько лет требует значительных трудозатрат для замены батарей. И это без учета стоимости самих батарей.

Автономное питание значительно повышает практичность некоторых сценариев применения Интернета вещей. Замена батарей в датчиках, отслеживающих активность вулкана, представляет собой весьма нетривиальную задачу, поэтому датчики с автономным питанием могут стать серьезным подспорьем для размещения соответствующих элементов в удаленных и труднодоступных местах.

Пока основным продуктом компании является система мониторинга паровых ловушек – клапанов, выпускающих отработанные материалы без фактических потерь пара в системе. Используя сетевые датчики, операторы установок, в обязанности которых входит мониторинг паровых ловушек, могут удаленно регистрировать потенциальные проблемы по мере их возникновения, не проверяя ловушки вручную. Кроме того, им не приходится менять батареи. В настоящее время рассматриваются и другие сценарии применения датчиков Интернета вещей, включая удаленный мониторинг ресурсов.

Исторически сложилось так, что конкурентным преимуществом компании AMD стало удачное сочетание центральных и графических процессоров – комбинация мощных графических ядер Radeon и ядер центрального процессора, которую мы наблюдаем сегодня в поколении Ryzen. В каком же направлении интегрированные чипы AMD будут двигаться дальше?

На ежегодной конференции Hot Chips в Купертино в августе вице-президент и главный архитектор клиентских продуктов AMD Дэн Бувье напомнил всем историю Raven Ridge – результата интеграции центрального (CPU) и графического (GPU) процессоров, получившего в AMD особое название — ускоренные процессоры (Accelerated Processor Unit, APU).

Процессоры Raven Ridge, выпускаемые под именами Ryzen 3 2200G и Ryzen 5 2400G, получившие в последних обзорах PC World на удивление высокие оценки, предлагаются в качестве альтернативного варианта для построения бюджетного игрового компьютера. (Напомним, что гибридные процессоры AMD выпускаются не только для настольных компьютеров, но и для ноутбуков.)

Встретившись с Бувье, мы решили поговорить о следующем поколении APU компании. Интересно, что это один из сегментов, о которых нам известно не так много. На выставке Computex в компании рассказали о компонентах второго поколения Threadripper 2, а также о технологическом процессе, используемом при изготовлении графического процессора Vega. Что же касается перспектив, о них мало, что известно, если не считать слухов о том, что разрабатываемый под кодовым наименованием Picasso продукт будет иметь ту же архитектуру и разъем и обладать улучшенными характеристиками производительности и энергопотребления.

Поставки APU следующего поколения от AMD начнутся в 2019 году

Компания AMD анонсировала Raven Ridge в 2017 году, но первые поставки начались в 2018-м. Ожидается, что и с APU следующего поколения произойдет все то же самое: он будет анонсирован осенью, а поставки начнутся весной. «Думаю, что сейчас производители готовят к выпуску последние машины на базе Raven Ridge, а в следующем году нас ждет уже очередная волна с новыми чипами», – заявил Бувье.

Временная синхронизация соответствует жизненным циклам продуктов для клиентов AMD. «С производителями компьютеров, особенно ноутбуков, мы стараемся поддерживать два цикла, – пояснил Бувье. – Переходный этап наступает осенью, поздней осенью, с тем чтобы в начале года иметь возможность наверстать упущенное».

Гибкость энергопотребления

Бувье отметил, что у следующего поколения APU имеется определенный запас в части энергопотребления. «В перспективе энергопотребление APU может сократиться, благодаря чему мы перейдем на другой уровень TDP, ниже, чем у дискретных процессоров Ryzen», – пояснил он.

Выпускаемый сегодня процессор Ryzen 5 2600 потребляет 65 Вт – столько же, сколько и APU 2500G. Возможно, у APU следующего поколения энергопотребление окажется еще ниже, что позволит добиться дальнейшего уменьшения габаритов. «В нынешнем поколении нам удалось достичь больших успехов, но многое еще ждет впереди», – подчеркнул Бувье.

К этой теме он возвращался снова и снова. Бувье указал, что влияние сокращения энергопотребления процессора на систему в целом снижается, поскольку доля, приходящаяся на дисплей и твердотельный накопитель, растет. Рассуждая о влиянии, которое оказывает на рынок Qualcomm Snapdragon, он отметил, что две компании используют различные подходы.

«Как сохранить производительность, снижая при этом энергопотребление? Вот в чем вопрос. В Qualcomm не решили проблему производительности, но решили проблему энергопотребления. Мы же, напротив, не решили проблему энергопотребления, но зато справились с вопросами производительности».

Ноутбуки без вентиляторов с процессорами на 7 нм

К сожалению, Бувье не конкретизировал, какая производственная технология будет применяться при изготовлении APU следующего поколения. (Threadripper 2 второго поколения выпускался на основе 14-нанометрового технологического процесса, но в AMD уже упоминали о переводе архитектуры графических процессоров Vega на 7-нанометровую технологию.) Была надежда, что ноутбуки без вентиляторов появятся, когда процессоры начнут потреблять около 7,5 ватт.

«Мы думали об этом, – сообщил Бувье. – Но с учетом издержек придется снижать частоты. Производители могут сократить выделение тепла наполовину, и этого, наверное, окажется достаточно, особенно если речь идет о переходе на 7-нанометровую технологию».

Дополнительные меры безопасности

Несмотря на то, что AMD во многом дистанцировалась от уязвимостей Spectre и Meltdown, затронувших Intel, компания продолжает искать способы укрепления безопасности. «Это процесс непрерывный, – констатировал Бувье. – Каждое следующее поколение чипов будет иметь больше уровней защиты».

Очередной приоритетной задачей для AMD становится улучшение системы виртуальной памяти. «На следующем этапе вы сможете посмотреть, каких результатов нам удалось добиться», – отметил Бувье.

3M продолжает кампанию, направленную на популяризацию инженерных жидкостей, предназначенных для охлаждения электронного оборудования. В конце июня состоялась конференция «Майнинг ферма 2.0», которая прошла через три месяца после первого подобного мероприятия, организованного компанией 3M в Москве (см. «3M погружается в майнинг», Computerworld Россия, 2 апреля 2018).

Размещение высоконагруженных блоков электронного оборудования в емкостях, заполненных иммерсионными жидкостями, подчеркивали представители 3M и других участвовавших в конференции компаний, позволяет значительно повысить эффективность систем охлаждения и оптимизировать соответствующие затраты, чему способствуют значительное улучшение теплообмена, заметное снижение энергопотребления, уменьшение пожарной опасности. Отмечалось также продление срока службы электронных устройств из-за отсутствия перегрева даже при максимально высоких тактовых частотах.

В настоящее время отечественные разработчики используют погружное охлаждение главным образом для майнингового оборудования. Так, в компании «ТГЕ Системы и Решения» из Санкт-Петербурга завершили разработку майнинговой платформы «Реактор» и приступили ее серийному производству.

По словам Ильи Рашкина, президента ТГЕ, платформа «Реактор» мощностью 30 кВт снабжена системой двухфазного иммерсионного охлаждения. Для нее также разработан источник питания, КПД которого при полной рабочей нагрузке — не ниже 96%.

В ТГЕ утверждают, что компании удалось добиться уменьшения значения коэффициента энергоэффективности PUE (Power Usage Effectiveness) до 1,03-1,06, в то время как в системах майнинга с воздушным охлаждением наилучшее значение PUE составляет 1,1.

Разработка комплекса теплообмена проводились совместно с МГТУ им. Н.Э. Баумана, а исследования предельных параметров инженерных жидкостей системы отвода тепла осуществлялись в содружестве с 3M.

В «Реакторе», который комплектуется платами с чипами компании Bitfury, обеспечивающими выполнение алгоритма хеширования SHA-256, используется модульная архитектура, позволяющая осуществлять замену компонентов, установленных в базовой инфраструктуре.

В дальнейших планах – разработка модификаций «Ректора» мощностью 250 и 500 кВт, в том числе в контейнерном исполнении, а также создание системы рекуперации тепла.

Специалисты компании «Формос ТК», со своей стороны, рассказали о контейнерном решении, которое было разработано его совместно с российским технологическим партнером Pocket DC для зарубежного заказчика.

Применение иммерсионной, а не воздушной системы охлаждения, позволило в три раза увеличить плотность размещения оборудования для майнинга в стандартном 40-футовом морском контейнере, пояснил Александр Волокитин, технический директор «Формос ТК», отметив, что расчетные сроки окупаемости систем с обоими типами охлаждения совпадают и составляют 10 месяцев.

Разработкой решений на основе иммерсионного охлаждения для майнинга в «Формос ТК» выделено отдельное направление Bitform, специалисты которого ориентируются на применение инженерной жидкости 3М Novec 7100.

На основе этой же жидкости производят системы охлаждения в компании Immersium, оборудование которой, по данным его разработчиков, может использоваться, как для уже существующих, так и для вновь создаваемых майнинговых систем.

В продуктах Immersium используются теплообменники на базе технологии компании Wieland, а также предоставлена возможность дистанционного мониторинга параметров температуры, давления, уровня жидкости охлаждения, и удаленного управления электропитанием.

На долю инженерных жидкостей 3M, которые применяются для охлаждения компьютерного оборудования, приходится около 20% продаж продуктов Novec в России. В компании полагают, что объем рынка иммерсионного охлаждения может достичь в нашей стране 150 млн долл. В кулуарах конференции отмечался интерес к подобным решениям отечественных разработчиков высокопроизводительных вычислительных систем.

Открывая ежегодную конференцию Datacloud Nordic, представитель высшего политического бомонда Норвегии Рейнир Йоханнессон акцентировал внимание на благоприятных для развития центров обработки данных условиях, а именно улучшенных условиях для подключения, использовании экологически чистых источников энергии и поддержке автономных автомобилей.

В ходе своего выступления на конференции Datacloud Nordic в Осло министр транспорта Норвегии охарактеризовал отрасль ЦОД как «интересную и очень важную для будущего».

«Мы хотим, чтобы наши экологически чистые источники энергии способствовали глобальному подключению, а Норвегия и северные страны в целом в ближайшие годы заняли ведущие позиции во всемирной отрасли Интернета», – указал он.

Важность развития цифровой отрасли признают во многих странах, Йоханнессон же рассказал о том, что делает правительство Норвегии.

«Норвежское правительство уже снизило налог на электроэнергию, – сообщил он. – Бюджетные предложения на 2018 год тоже кажутся весьма интересными. Планируются дальнейшие инвестиции в глобальное подключение и в подключение в самой Норвегии, изменения в налоге на имущество, и это хорошие новости для отрасли ЦОД. У Интернета нет перерывов на отдых, он работает всегда. Задача Норвегии заключается в том, чтобы обеспечить устойчивое и бесперебойное подключение. Я придаю важное значение улучшению платформ для телекоммуникационной сферы, центров обработки данных и других отраслей. Мы много делаем также для Интернета вещей, хотим, чтобы он стал более продуктивным. Чтобы все это работало, нужны фабрики данных, и нам хочется, чтобы они работали на экологически чистых источниках энергии».

Согласно отчету правительства Норвегии, опубликованному в 2016 году, 98% производимой в стране электроэнергии поступает из возобновляемых источников, главным из которых является вода.

Норвегия – крупнейший производитель гидроэлектроэнергии в Европе и седьмой в мире. Страна гордится этим фактом, а правительство считает, что бизнес должен учитывать его при расширении своего присутствия в местных дата-центров.

Йоханнессон рассказал также о том, что законы об испытаниях автономных автомобилей обсуждаются в норвежском парламенте уже сейчас, а голосование по ним должно состояться еще до Нового года. «Я очень надеюсь, что в 2018 году у нас будет один из лучших в мире законов об испытаниях автономных автомобилей», – подчеркнул он.

С учетом всего этого можно ожидать, что предприятия различных отраслей воспользуются открывающимися перед ними возможностями для ускорения цифровой трансформации.

«Норвегия готова к подключенному будущему, – указал Йоханнессон. – Мы пока не знаем, каких продуктов, сервисов и чего-то еще можно ждать благодаря ему, но уже готовы к этому».

В компании Schneider Electric объявили о выводе на российский рынок систем охлаждения Ecoflair, которые доступны теперь владельцам отечественных центров обработки данных. Объявление прозвучало в ходе мастер-класса Prefab Workshop 2017, где обсуждались продукты высокой заводской готовности для ЦОД, выпускаемые компанией.

В серию новых устройств входят два типа модулей, мощность охлаждения которых составляет 250 и 500 кВт. Модули предназначены соответственно для коммерческих ЦОД с потреблением до 5 мВт и крупномасштабных гиперцентров, мощность потребления которых достигает 40 мВт.

Поэтапное добавление модулей высокой заводской готовности, подчеркивают в Schneider Electric, обеспечивает сохранение температурных условий, необходимых для надежной работы ЦОД по мере развития его ИТ-инфраструктуры.

Непрямой теплообмен воздух–воздух и косвенно-испарительное охлаждение, которые используются в Ecoflair (такое оборудование относят к классу воздушных экономайзеров), позволяют устанавливать эти системы во многих странах мира, отличающихся климатическими условиями.

Как утверждают в Schneider Electric, это дает возможность владельцам сетей центров обработки данных стандартизировать инженерную инфраструктуру, что в свою очередь приводит к сокращению времени ввода в эксплуатацию новых объектов и снижению суммарных операционных и эксплуатационных расходов.

Ecoflair, по словам Дениса Шарапова, менеджера по развитию направления модульных центров обработки данных подразделения Schneider Electric IT Division, приходят на смену системам EcoBreeze (см. «‘Бриз’ в машинных залах», Computerworld Россия, № 23, 2011). Новые устройства обладают схожими с EcoBreeze свойствами, но модули последних значительно уступают по охлаждающей мощности, которая составляет только 50 кВТ, а также по таким параметрам, как соотношение мощности и стоимости.

Наряду с модульной конструкцией к основным технологическим отличиям Ecoflair в Schneider Electric относят трубчатые полимерные теплообменники, которые исключают возможность коррозии компонентов устройства.

Модули Ecoflair, как и EcoBreeze, устанавливаются вне машинных залов. Их можно размещать по внешнему периметру здания ЦОД или на его крыше. В новых устройствах также применяется электроимпульсная технология, позволяющая использовать обычную водопроводную воду и прибегать к механической очистке воды только в самых тяжелых условиях водоснабжения.

Суммарное сокращение операционных расходов при установке Ecoflair, по данным Schneider Electric, может превысить 60%. В одном из лондонских мегаваттных ЦОД, где установлена традиционная система кондиционирования с охлажденной чиллерами водой, применение Ecoflair, по оценке Schneider Electric, позволит улучшить показатель энергоэффективности PUE (Power Usage Effectiveness), снизив его с величины 1,14 до 1,039.

В российском подразделении IT Division модульные устройства и системы высокой заводской готовности относят к наиболее перспективным направлениям развития бизнеса в нашей стране (см. «‘Бесперебойный’ бизнес вместе с партнерами», Computerworld Россия, 17 октября 2016).

Портфель предложений компании включает широкий спектр систем для ЦОД. В их число входят конструкции для серверных комнат и машинных залов, модули бесперебойного электроснабжения и охлаждения, которые собираются и тестируются в заводских условиях перед установкой на объектах заказчиков.

Три года назад Schneider Electric купила испанскую «контейнерную» компанию AST Modular, которая в начале 2000-х представила первый в мире ЦОД на основе контейнера, выполненного по стандартам ISO, она также построила многомодульный ЦОД, отвечающий требованиям спецификаций Tier III по классификации The Uptime Institute (см. "Модульные ЦОД 2.0», «Журнал сетевых решений/LAN», № 07, 2014).

В общей сложности с использованием продукции Schneider Electric реализовано в нашей стране более десятка проектов контейнерных центров обработки данных, внедрена система EcoBreeze, в российских мега-ЦОД нашли применение конструктивы SmartShelter Room для создания модульных машинных залов.

Суперкомпьютеры становятся суперэффективными. Система, находящаяся в числе лидеров рейтинга самых быстрых суперкомпьютеров в мире Top500, получила и высшие оценки рейтинга самых энергоэффективных Green500.

Версии Top500 и Green500, представленные в ноябре 2017 года, примечательны еще и тем, что знаменуют собой переломный момент в доминировании США в рейтингах.

Теперь Китай представлен здесь 202 системами, а США – 144. А между тем полгода назад у США в Top500 присутствовало 169 суперкомпьютеров, а у Китая – 160. На третьем месте с большим отрывом идет Япония — 35 систем. У Германии их 20, у Франции – 18 и у Великобритании – 15.

Китай на этот раз занял в Top500 сразу две верхних строчки: на первом месте расположился суперкомпьютер Sunway TaihuLight с производительностью 93,01 PFLOPS, а на втором – Tianhe-2 с результатом 33,86 PFLOPS.

Третью позицию занимает швейцарский Piz Daint, производительность которого после июньской модернизации составляет 19,59 PFLOPS.

На четвертом месте находится система Gyoukou, принадлежащая Японскому агентству науки и технологий по изучению морских недр (Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology). Суперкомпьютер имеет 1250 16-ядерных процессоров Xeon и шину Infiniband EDR, но большую часть вычислительной мощности ему обеспечивают 19,84 млн ядер ускорителей Pezy-SC2. Максимальная устойчивая производительность системы составляет 19,14 PFLOPS, а пиковая – 28,19 PFLOPS.

Очень значимой особенностью Gyoukou стала высочайшая эффективность энергопотребления, которая составляет 14,17 GFLOPS/Вт и в два раза превосходит эффективность соседей этого суперкомпьютера по рейтингу Top500.

Впрочем, судя по рейтингу Green500, Gyoukou — не самый эффективный компьютер в мире. Его обошли три другие японских системы на базе ускорителей Pezy-SC2 и суперкомпьютер из США на основе процессоров Nvidia Tesla V100. Однако Gyoukou остается самой быстрой системой, сумевшей продемонстрировать такую эффективность. Четверка, располагающаяся в рейтинге Green500 выше, по критерию чистой производительности занимает места со 149-го по 308-е.

Gyoukou сместил с ранее занимаемых мест американский суперкомпьютер Titan, построенный компанией Cray, а также Sequoia, созданный IBM. На седьмом месте находится еще одна система Cray – Trinity, производительность которой после модернизации выросла с 8,10 PFLOPS до 14,14 PFLOPS.

В рамках московского форума Innovation Summit 2017 компания Schneider Electric провела конференцию Data Center Day, где были представлены продукты и решения для ИТ-рынка, которые входят в ведение подразделения информационных технологий IT Division.

Конференция состоялась через десять лет после приобретения компании American Power Conversion, которое завершилось в феврале 2007 года и значительно усилило позиции Schneider Electric на рынке решений инженерной инфраструктуры для центров обработки данных.

Купив APC, утверждают эксперты, Schneider Electric получила возможность предлагать комплексные решения энергоснабжения ЦОД – от трансформаторных подстанций до серверов и коммутаторов локальных сетей, оптимизирующие энергопотребление всех компонентов центров обработки данных.

Более того, разработанная в APC концепция PowerStruXure, объединяющая бесперебойное энергоснабжение и распределение энергии, а также предложенное позже решение для машинных залов центров обработки данных InfraStruxure, трансформировались со временем в единую для всей компании Schneider Electric всеобъемлющую архитектуру EcoStruxure (см «‘Экоструктура’ для России», Computerworld Россия, № 09, 2011).

Сегодня, подчеркивали выступавшие на конференции руководители компании, системная архитектура EcoStruxure и дополняющая ее платформа интероперабельных технологий, включающая программные компоненты, распространяются на все вертикальные рынки, где работает Schneider Electric, включая распределение электроэнергии, автоматизацию промышленных процессов, интеллектуальные здания, центры обработки данных.

По словам Йохана Вандерплаетсе, президента Schneider Electric в России и СНГ, EcoStruxure способствует сокращению разрыва между операционными и информационными технологиями современных предприятий.

Платформа EcoStruxure, пояснил Филипп Арсено, старший вице-президент подразделения IT Division, основана на трехуровневой архитектуре: подключенном к сети оборудовании; комплексных средствах управления Edge Control; приложениях, аналитике и сервисах.

Год назад состоялся анонс архитектуры EcoStruxure нового поколения, предназначенной для сквозных решений с поддержкой технологий Интернета вещей в комплексах распределения электроэнергии, в системах управления зданиями и промышленной автоматизации, в центрах обработки данных. В модификации EcoStruxure для Интернета вещей важная роль отводится современным сенсорам, мобильным и облачным решениям, развитым средствам аналитики и информационной безопасности.

Тогда же было объявлено о разработке этой обновленной архитектуры совместно с Microsoft, Intel и рядом других ИТ-компаний, а также о намерении создавать дальнейшие решения и приложения и сформировать экосистему партнеров, в которую войдут разработчики, аналитики и специалисты по интеллектуальной обработке данных, производители аппаратных систем и сервисные организации.

Архитектура EcoStruxure для ЦОД состоит из трех уровней. Нижний формируется устройствами, снабженными сетевыми интерфейсами, которые имеют возможность взаимодействовать с комплексами DCIM (Data Center Infrastructure Management). Потом следует уровень Edge Control, осуществляющий управление оборудованием и мониторинг его состояния в реальном времени на основе локальных систем DCIM, а также обработку инцидентов и предоставление всей необходимой информации эксплуатационному персоналу.

Третий уровень формируется представленным в 2017 году облачным программным сервисом StruxureOn, предназначенным для управления как отдельными центрами, так и сетью ЦОД. StruxureOn содержит средства предиктивной аналитики работоспособности оборудования, обладает возможностью оповещать о внештатных ситуациях, обеспечивает дистанционное предоставление необходимой операторам информации на их автоматизированные рабочие места и мобильные устройства.

Во многих приложениях нужно устанавливать вычислительные комплексы Edge Control, предназначенные для сбора и предварительной обработки данных, ближе к подключенным к сети устройствам или к оборудованию клиентов, пояснила Наталья Макарочкина, вице-президент IT Division в России и СНГ.

Для таких решений компания Schneider Electric выпустила в марте системы Micro Data Center Xpress (предлагаемые в формфактрах 24U, 42U или в кастомизированных конфигурациях), предназначенные для размещения ИТ-устройств. Они снабжены программным обеспечением DCIM и StruxureWare for Data Centers, средствами физической защиты, могут взаимодействовать с более сложными комплексами мониторинга и управления. Заказать их в Европе можно будет ближе к концу года.

«МегаЦОДы будут расти, но и площадки граничных вычислений также продолжат развиваться. Наш ответ – инновации для ЦОД всех масштабов», — подчеркнул Арсено.

Четыре года тому назад в Google подсчитали, что, если все пользователи начнут по три минуты в день нагружать сервисы компании для распознавания речи, ей понадобится вдвое больше центров обработки данных.

Но вместо того чтобы покупать новые здания и новые серверы, в Google решили спроектировать специализированное оборудование для задач машинного обучения. Так появился «тензорный процессор» (Tensor Processing Unit, TPU), чип, ускоряющий работу нейронных сетей, на котором происходит вывод умозаключений. Недавно компания опубликовала доклад о преимуществах TPU по сравнению с центральными и графическими процессорами.

В среднем TPU в 15-30 раз быстрее выполняет задачи вывода умозаключений, чем серверный центральный процессор Intel Haswell и видеопроцессор Nvidia K80. А производительность в расчете на ватт у TPU была в 25-80 раз выше, чем у центрального и графического чипов.

Достигнутые результаты имеют большое значение для Google, поскольку компания в последнее время активно развивает средства машинного обучения. На разработку собственного оборудования соответствующего назначения пришлось пойти из-за отсутствия перспектив существенно повысить мощность традиционных процессоров.

Это был далеко не исследовательский эксперимент: в Google задействуют тензорные процессоры с 2015 года, с их помощью ускоряют работу сервисов машинного перевода и распознавания изображений. Особенно хорошие результаты TPU демонстрируют с точки зрения энергоэффективности, а этот показатель намного увеличивает затраты, когда приходится использовать огромные массивы оборудования.

Еще одна ключевая характеристика — время отклика, оно у TPU гораздо меньше, чем у процессоров других типов. Норм Джуппи, инженер по оборудованию Google, подчеркивает, что системы машинного обучения должны выдавать ответы быстро, чтобы обеспечивать высокое качество обслуживания пользователей: «При работе с онлайн-сервисами нужно учитывать время передачи информации от устройства в облако и обратно. В самом центре обработки данных тоже происходят пересылка данных по сети и другие процессы, влияющие на скорость. Поэтому, если вы хотите, чтобы пользователь получал отклик почти мгновенно, непосредственно на обработку вам остается совсем немного времени».

В Google уже провели испытания своих процессоров на шести сервисах, в которых используется вывод умозаключений нейронными сетями, то есть почти на всех приложениях такого типа, работающих в дата-центрах компании. Среди них система игры в го DeepMind AlphaGo, которая в прошлом году победила Ли Седоля, одного из лучших мастеров, в турнире из пяти партий со счетом 4:1.

Google тестировала тензорные процессоры в сравнении с обычными, выпущенными приблизительно в то же время. Не исключено, что более новые чипы традиционной архитектуры могут как минимум сократить отставание от TPU по производительности.

Но и характеристики самого TPU можно улучшить. В частности, если использовать с ним память GDDR5, которая встроена в видеопроцессор Nvidia K80, можно было бы повысить быстродействие по сравнению с конфигурацией, на которой осуществлялось тестирование. Как следует из доклада Google, недостаточная пропускная способность памяти негативно сказалась на скорости ряда приложений.

Кроме того, авторы доклада выражают уверенность, что производительность можно было бы увеличить путем оптимизации программного обеспечения, в частности одной из сверточных нейронных сетей, носящей название CNN1. Неизвестно, однако, планируют ли в Google такую оптимизацию, учитывая, насколько велики оказались уже полученные благодаря TPU преимущества по быстродействию.

Данные в искусственных нейронных сетях передаются по той же схеме, что и в головном мозге человека, а сверточные нейросети моделируют процесс обработки мозгом визуальной информации.

«Учитывая, что CNN1 сейчас работает на TPU в 70 с лишним раз быстрее, чем на центральном процессоре, разработчики вполне удовлетворены результатом. А потому неясно, будут ли проведены описанные нами оптимизации», — поясняют авторы доклада.

Тензорный процессор имеет вид специализированной интегральной схемы — чипа, созданного для конкретной задачи и со своим набором инструкций. Но Джуппи не видит в этом проблемы и добавляет, что тензорные процессоры обладают достаточной гибкостью, и поэтому используемые модели машинного обучения можно менять: «TPU был разработан не для какой-то одной модели. Если будет предложена другая, процессор не придется проектировать заново».

Специализированное аппаратное обеспечение для машинного обучения разрабатывают и в других компаниях. В частности, есть целый ряд стартапов, специализирующихся в этой области, а Microsoft в своих ЦОД активно использует программируемые логические матрицы FPGA для ускорения работы сетей и приложений машинного обучения.

Из года в год корпорация Intel повышает энергоэффективность новых процессорных семейств. Skylake в этом плане оказался лучше Broadwell, а Broadwell был эффективнее Haswell. В перспективе, однако, стремление Intel наладить выпуск чипов с еще более низким энергопотреблением в совокупности с приближением отрасли к физическим ограничениям кремниевых транзисторов может привести к тому, что корпорации придется пожертвовать вычислительной мощностью процессоров ради энергоэффективности – по крайней мере, на первых порах.

По сообщениям Extreme Tech и MIT Technology Review, идея поставить энергоэффективность выше производительности исходит от руководителя технологического и производственного направления Intel Уильяма Холта, представившего свои прогнозы в отношении будущего кремниевых технологий на конференции International Solid-State Circuits Conference.

«Мы стоим на пороге больших перемен, – указал Холт. – Дальнейшие улучшения технологий позволят увеличить эффективность энергопотребления, но приведут к снижению производительности».

Потенциальное смещение акцентов Intel в сторону энергопотребления отражает существующие технологические реалии. Как указывается в публикации Extreme Tech, главная задача создателей процессоров заключается в том, чтобы увеличивать производительность все более и более компактных чипов. Но для использования этих чипов в смартфонах, портативных компьютерах и перспективных домашних устройствах, работающих от батареи, процессоры должны обладать низким энергопотреблением. Повышения энергоэффективности процессоров требует и появление многочисленных облачных сервисов, выполняющих функции цифровых помощников, хранилища файлов и потоковой передачи мультимедийного контента.

«Углеродный след центров обработки данных растет с угрожающей быстротой, – признал Холт. – И для процессоров, которые сегодня охватывают все больше бытовых, коммерческих и промышленных объектов, минимизация энергопотребления становится жизненно важной необходимостью».

Все та же старая мелодия

Снижение производительности во имя энергосбережения обусловлено применением новых материалов в транзисторах и на уровне микросхем. Процессы, которые в течение десятилетий использовались при создании и совершенствовании кремниевых микросхем, быстро теряют эффективность по мере дальнейшего уменьшения размеров транзисторов.

В настоящее время большинство процессоров создаются на базе комплементарной структуры металл-оксид-полупроводник (КМОП). Но необходимость повышения эффективности энергопотребления заставляет производителей задумываться о внедрении других технологий, которые в свою очередь приводят к уменьшению быстродействия чипов.

Когда произойдет этот переход, пока неясно. По сообщениям EETimes, корпорация Intel планирует «выжать из КМОП максимум возможного», после чего КМОП в сочетании с другими технологиями станет применяться при создании гибридной архитектуры. В публикациях ExtremeTech ориентировочными сроками перехода называется период после 2021 года.

Помимо Intel повышенное внимание эффективности энергопотребления уделяют и другие компании. В середине 2014 года в AMD заявили, что к 2020 году намерены добиться 25-кратного увеличения эффективности энергопотребления своих гибридных процессоров (Accelerated Processing Unit, APU). При этом в AMD не рассматривают возможность перехода на новые технологии создания транзисторов и микросхем. Речь идет о перестройке уже существующей архитектуры и перераспределении рабочей нагрузки между центральным и графическим процессорами, а также о совершенствовании общего управления энергопотреблением.

Владельцы центров обработки данных выбирают для их размещения все более необычные места.

В Facebook, например, решили построить ЦОД в шведском Лулеа, где низкая температура воздуха помогает экономить энергию на охлаждение. Перспективный дата-центр Facebook в ирландском местечке Клони будет работать в основном на энергии, вырабатываемой местными ветряными электростанциями. Дата-центр Google в городе Хамина в Финляндии использует для охлаждения морскую воду из Финского залива.

А в Microsoft намерены размещать свои центры обработки данных под водой.

Корпорация тестирует подводные ЦОД с прицелом на пользователей, живущих рядом с морем. К тому же в таких дата-центрах очень быстро можно развертывать необходимые мощности.

Проектированием, строительством и развертыванием своих собственных подводных ЦОД в океане Microsoft занимается уже около года. Реализация проекта началась в конце 2014-го, после того как соответствующая концепция была предложена сотрудником корпорации Шоном Джеймсом, служившим когда-то на подводной лодке в Военно-морском флоте США.

Прототип подводного аппарата Leona Philpot, названного в честь одного из игровых персонажей Xbox, опустился на морское дно примерно в километре от Тихоокеанского побережья США и работал там с августа по ноябрь 2015 года.

Подводный ЦОД, которому было присвоено кодовое наименование Project Natick (Натик – город в штате Массачусетс), находится пока на стадии исследований, и в Microsoft предупреждают, что еще рано говорить о том, будет ли принята компанией и другими поставщиками облачных сервисов предлагаемая концепция.

«Project Natick отражает наше стремление создать быстро развертываемые и недорогие ЦОД, которые обеспечивали бы оперативную реакцию на запросы клиентов и не наносили ущерба окружающей среде», – говорится в заявлении Microsoft.

Подводные ЦОД позволят удовлетворить потребности 50% людей, проживающих на расстоянии до 200 км от океана. В ЦОД, развернутых на глубине, будут обеспечены постоянные ресурсы охлаждения и возобновляемых источников энергии, а также нужный микроклимат. Весь процесс строительства от начала и до конца укладывается в 90 дней.

По сообщениям New York Times, для генерации электричества ЦОД можно оснастить турбиной или использовать энергию приливов.

Жизненный цикл такого ЦОД должен составлять не менее 20 лет, затем происходит его утилизация. Кроме того, в Microsoft планируют «циклы развертывания» продолжительностью пять лет, что соответствует примерному времени эксплуатации размещенных в ЦОД компьютеров. После завершения такого пятилетнего цикла ЦОД извлекается на поверхность, загружается новыми компьютерами и опускается обратно под воду.

Следующие испытания предполагаются вблизи побережья Флориды или в Северной Европе. В ходе тестирования инженеры корпорации намерены реализовать даже коммерческие проекты обработки данных с использованием сервиса облачных вычислений Microsoft Azure.

На форумах сообщества некоторые пользователи опасаются, что подводный ЦОД будет отрицательно воздействовать на окружающую среду, например нагревать воду вокруг себя. Но в Microsoft уверяют: все отходы будут перерабатываться, причем никаких вредных выбросов при размещении ЦОД рядом с возобновляемыми источниками энергии не произойдет.

«Никаких вредных продуктов в процессе генерации электроэнергии, работы компьютеров и технического обслуживания в окружающую среду выбрасываться не будет, – говорится в заявлении Microsoft. – Наш ЦОД не потребляет воду для охлаждения или для чего-то другого. А после развертывания Leona Philpot морские обитатели очень быстро адаптировались к присутствию аппарата».