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下一代PCIe是可组合基础设施进步的关键

责任编辑:cres 作者:Kurt Marko |来源:企业网D1Net  2021-07-22 10:44:02 原创文章 企业网D1Net

IT中充斥着各种有前景却从未实现过的想法。随着过去五年人们对可组合基础设施的兴趣趋于平缓,人们可能会把这种将硬件资源从其主机中分离出来的技术归类为失败的想法。但我们还没有准备放弃这个想法,尽管可用的少量使用数据并不乐观。
 
Statista针对IT主管和经理进行的一项调查发现,只有11%的受访者拥有可组合系统的生产部署,而大多数人(52%)对该技术不感兴趣。事实上,在接受调查的10项技术中,可组合基础设施的关注度最低。
 
尽管如此,在过去几年中还是出现了一些重要的产品开发。这些发展为可组合传播者带来希望,让他们相信该概念将在企业应用中得以发挥,特别是在为高性能计算 (HPC) 和AI工作负载构建大型集群的企业组织中。
 
硬件可组合性:背景和技术
 
可组合硬件的想法可以追溯到大约十年前,当时Calxeda构建了一个具有集成10 Gb以太网结构的横向扩展、模块化Arm服务器。当时这个速度很快,并且连接了机箱中的相邻节点。如今,Calxeda早已不在,但其知识产权现在由Silver Lining Systems使用,其最初被惠普用于其Project Moonshot服务器,可以说是构建可组合软硬件系统的第一次尝试。然而,惠普随后放弃了它,转而使用英特尔的新Atom处理器。Moonshot已发展成为HPE的Synergy产品线。
 
当另一家初创公司Liqid于2015年推出基于PCIe结构的可组合硬件的新方法时,这一概念得到进一步发展。Liqid系统的核心部件包括基于Broadcom组件的PCIe交换机。软件管理系统可帮助配置和连接由CPU、内存、网络接口卡 (NIC)、存储、GPU和现场可编程门阵列 (FPGA) 资源组成的裸机服务器,这些资源集中在连接的服务器和扩展机箱中。
 
为什么选择 PCIe?
 
Liqid最初使用内部设计的交换机,围绕PLX的芯片构建。后来它采用了Broadcom的 PEX8700和PEX9700 PCIe Gen 3.0交换机芯片。2020 年年中,Liqid和Broadcom合作开发了PCIe Gen 4.0参考设计。此次合作使用Broadcom的PEX88000交换机,其吞吐量是其Gen 3.0部分的两倍,每个端口的带宽为每秒256千兆传输。这些交换机提供24或48端口配置。每个端口默认为四个PCIe通道,可配置为x8或x16,端口到端口延迟为100纳秒。
 
由于PCIe在现代处理器中无处不在、高带宽(每通道 64 Gbps)、低延迟、无损传输和直接内存访问 (DMA) 支持,PCIe 成为服务器集群和可组合基础设施的理想互连。其非透明桥接功能使主机处理器能够将交换机端口视为PCIe端点。4.0代交换机(例如Broadcom PEX88000)嵌入了Arm处理器,用于配置、管理和处理热插拔事件。它们通过I/O共享和 DMA等功能提供非阻塞、线速性能。
 
PCIe的缺点包括比以太网更高的端口成本,以及对电缆长度的严格限制将结构限制在服务器机架内。因此,以太网和InfiniBand已成为可组合基础设施的替代方案。例如,Liqid宣布多结构支持所有资源类型的可组合性——CPU、内存、GPU、NIC、FPGA 和存储——跨所有主要结构类型,包括 PCIe Gen 3.0、Gen 4.0、以太网和 InfiniBand。相比之下,HPE 在其Synergy可组合产品中仅支持以太网,以及用于存储的光纤通道(FC)。
 
可组合架构的应用
 
可组合基础设施最初被提议作为一种在AI环境中经济高效地共享昂贵GPU的方式,特别是对于计算量更密集的模型训练。然而,组合式对于HPC集群和裸机云基础设施也是可行的,尤其是对于较小的利基提供商。它还适用于多租户边缘计算集群,例如,在5G基站或云“微”区域。使用PCIe到 NVMe、NVMe-oF、FC或InfiniBand的多节点可组合架构是分布式横向扩展存储系统的流行选择,其中NVMe磁盘池与服务器集群共享。
 
尽管与PCIe架构无关,但 PCIe NIC、GPU和FPGA卡越来越多地使用 Nvidia 虚拟 GPU、FPGA 共享、SmartNIC 和数据处理单元 (DPU) 等技术在多个VM之间共享和虚拟分割。例如,VMware最近推出了Project Monterey,将VMware Cloud Foundation的一些功能扩展到DPU,例如 Nvidia的BlueField-2。该软件使DPU的多个Arm内核能够托管一个ESXi实例,从主机CPU卸载网络和存储服务。
 
从长远来看,VMware Cloud首席技术官Kit Colbert认为,Monterey会不断发展以支持多个主机和其他硬件加速器。
 
他在一篇博文中写道,“该项目使我们能够重新思考集群架构,并使集群更具动态性、更受 API 驱动,并针对应用程序需求进行进一步优化。我们通过硬件可组合性来实现这一点。”
 
跨服务器共享和动态分配硬件资源的选项正在成倍增加。它们通过更高的资源利用率提供对硬件加速器的更广泛访问以及更低的成本。
 
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