松耦合数据中心体系架构研究综述
发布时间：2021-10-14 19:42
数据中心作为信息产业的基础近年来得到了飞速的发展,同时也面临着大数据时代带来的新挑战。传统数据中心架构与数据中心新兴应用特性的不匹配越发明显,同时数据中心的资源利用率也持续偏低,然而数据中心的成本和功耗却在不断走高。面对这些问题,松耦合数据中心架构的发展成为数据中心重要的发展趋势。将数据中心资源松耦合化,可以突破传统物理界限,在提高资源利用率的同时加强成本控制。本文首先总结了松耦合数据中心发展现状,然后提炼了松耦合数据中心架构的关键技术,最后对该领域未来的发展前景进行了展望。
【文章来源】：高技术通讯. 2020,30(01)北大核心
【文章页数】：12 页
【部分图文】：
RSA架构示意图
为了提高现有商用数据中心的处理能力,微软设计并构建了一种可组合、可重配置的网络互连技术——Catapult [18],来加速大规模软件服务的部分功能。该设计把现场可编程门阵列(field-programmable gate array,FPGA)作为一种细粒度的加速器,将部分软件的工作交由FPGA来处理,从而减轻了处理器的负载,可以加速数据中心里的大规模服务应用。Catapult的网络架构是一个6×8的2维torus网络,每个网络节点是一个由中等尺寸FPGA和本地DRAM组成的扩展板。该互连模块被嵌入到48个服务器中,每个服务器上插有一个扩展板。该设计允许将FPGA分成多个组,从而将任务按组分配到FPGA来完成。微软构建了一个中等规模的Catapult互连网络,包含1 632台服务器,测试了它在加速必应搜索(Bing)引擎的效果。具体加速方案是,将必应搜索引擎的排名系统(ranking stack)中的部分软件功能(打分功能)交由一个FPGA组来实现。Catapult项目FPGA工作流程如图2所示。该FPGA组由8个FPGA构成。当一台服务器为一个文档进行打分的时候,该服务器首先对文档进行格式转换,进而将转换后的文档注入到本地的FPGA。然后,该文档通过FPGA网络路由到负责打分的FPGA组,经过8级的FPGA流水线得到最终打分结果。该打分结果再经由FPGA网络路由回请求节点。评估结果表明,与纯软件实现方案相比,Catapult互连技术在维持同等延迟分布的情况下,每个ranking服务器的吞吐量提高了95%,或者在维持同等吞吐量的情况下,延迟减少了29%。Catapult项目成功实现了加速器资源的松耦合化,证明了松耦合数据中心架构的可行性和前瞻性。服务器的计算压力由FPGA加速器分担后,可以减轻服务器的过分定制问题,降低成本的同时也提高了数据中心的整体利用率。
华为公司在2014年提出了高通量计算数据中心(high throughput computing data center architecture, HTC-DC)的概念,并作为下一代数据中心(DC 3.0)的研究方向。HTC-DC架构(见图3)在以虚拟化为主体的第2代数据中心的基础上,通过资源松耦合化和统一的互联方式,达到PB级的数据处理能力,同时还具备了更好的可扩展性和能耗效率[26]。高通量计算数据中心架构将计算资源、内存资源和I/O资源划分为不同的资源池,每个池内是对应的服务器节点。资源池内以及资源池之间通过专用的互联协议连接,资源的分配和管理由专用的数据中心操作系统完成。数据中心操作系统根据不同应用的资源需求从资源池中划分相应的资源,还可以根据应用的需求变化动态调整可供使用的资源数量。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于备份的RAID5在线重构框架[J]. 徐伟,朱旭东,刘浏. 高技术通讯. 2012 (01)
[2]数据恢复技术综述(上)[J]. 戴士剑,张杰,郭久武. 信息网络安全. 2006(01)
[3]灾难备份和恢复技术的现状与发展[J]. 张艳,李舟军,何德全. 计算机工程与科学. 2005(02)
[4]存储备份技术探析[J]. 韩德志,谢长生,李怀阳. 计算机应用研究. 2004(06)
[5]数据存储系统备份技术研究与分析[J]. 顾鹏,刘立刚,谢长生. 计算机安全. 2003(06)
本文编号：3436731
【文章来源】：高技术通讯. 2020,30(01)北大核心
【文章页数】：12 页
【部分图文】：
RSA架构示意图
为了提高现有商用数据中心的处理能力,微软设计并构建了一种可组合、可重配置的网络互连技术——Catapult [18],来加速大规模软件服务的部分功能。该设计把现场可编程门阵列(field-programmable gate array,FPGA)作为一种细粒度的加速器,将部分软件的工作交由FPGA来处理,从而减轻了处理器的负载,可以加速数据中心里的大规模服务应用。Catapult的网络架构是一个6×8的2维torus网络,每个网络节点是一个由中等尺寸FPGA和本地DRAM组成的扩展板。该互连模块被嵌入到48个服务器中,每个服务器上插有一个扩展板。该设计允许将FPGA分成多个组,从而将任务按组分配到FPGA来完成。微软构建了一个中等规模的Catapult互连网络,包含1 632台服务器,测试了它在加速必应搜索(Bing)引擎的效果。具体加速方案是,将必应搜索引擎的排名系统(ranking stack)中的部分软件功能(打分功能)交由一个FPGA组来实现。Catapult项目FPGA工作流程如图2所示。该FPGA组由8个FPGA构成。当一台服务器为一个文档进行打分的时候,该服务器首先对文档进行格式转换,进而将转换后的文档注入到本地的FPGA。然后,该文档通过FPGA网络路由到负责打分的FPGA组,经过8级的FPGA流水线得到最终打分结果。该打分结果再经由FPGA网络路由回请求节点。评估结果表明,与纯软件实现方案相比,Catapult互连技术在维持同等延迟分布的情况下,每个ranking服务器的吞吐量提高了95%,或者在维持同等吞吐量的情况下,延迟减少了29%。Catapult项目成功实现了加速器资源的松耦合化,证明了松耦合数据中心架构的可行性和前瞻性。服务器的计算压力由FPGA加速器分担后,可以减轻服务器的过分定制问题,降低成本的同时也提高了数据中心的整体利用率。
华为公司在2014年提出了高通量计算数据中心(high throughput computing data center architecture, HTC-DC)的概念,并作为下一代数据中心(DC 3.0)的研究方向。HTC-DC架构(见图3)在以虚拟化为主体的第2代数据中心的基础上,通过资源松耦合化和统一的互联方式,达到PB级的数据处理能力,同时还具备了更好的可扩展性和能耗效率[26]。高通量计算数据中心架构将计算资源、内存资源和I/O资源划分为不同的资源池,每个池内是对应的服务器节点。资源池内以及资源池之间通过专用的互联协议连接,资源的分配和管理由专用的数据中心操作系统完成。数据中心操作系统根据不同应用的资源需求从资源池中划分相应的资源,还可以根据应用的需求变化动态调整可供使用的资源数量。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于备份的RAID5在线重构框架[J]. 徐伟,朱旭东,刘浏. 高技术通讯. 2012 (01)
[2]数据恢复技术综述(上)[J]. 戴士剑,张杰,郭久武. 信息网络安全. 2006(01)
[3]灾难备份和恢复技术的现状与发展[J]. 张艳,李舟军,何德全. 计算机工程与科学. 2005(02)
[4]存储备份技术探析[J]. 韩德志,谢长生,李怀阳. 计算机应用研究. 2004(06)
[5]数据存储系统备份技术研究与分析[J]. 顾鹏,刘立刚,谢长生. 计算机安全. 2003(06)
本文编号：3436731
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