تساعد الرقائق القابلة للبرمجة Microsoft على تبسيط خدماتها السحابية

النموذج الأولي للوحة لـ Project Catapult (المصدر: Clayton Cotterell for Wired)

أعلنت Microsoft عن ترقية رئيسية للأجهزة لمراكز البيانات حول العالم. أولاً وقبل كل شيء ، حول DCs التي توفر خدمة Azure السحابية. تعد المعدات الجديدة نموذجية لمراكز البيانات ، باستثناء الرقائق. وهي عبارة عن صفائف بوابة قابلة للبرمجة من مصفوفة البوابة القابلة للبرمجة ميدانيًا (FPGA). FPGAs نفسها ليست جديدة ، ولكن استخدامها في مراكز البيانات فكرة جديدة من Microsoft. وفقًا للشركة ، ستوفر الرقائق القابلة للبرمجة تسريع الأجهزة لتنفيذ خوارزميات البرامج المختلفة.

في البداية ، بمساعدة FPGA ، خططت الشركة لتحسين تشغيل خدمة البحث Bing. طورت الشركة وبدأت في تنفيذ المرحلة الأولى من المشروع بالاسممشروع المنجنيق . كجزء من هذا المشروع ، تمت إضافة FPGAs إلى بطاقات Altera PCI (الآن مالك Altera هو Intel) في بعض الخوادم المسؤولة عن Bing. وفقًا لمؤلفي المشروع ، كان من المفترض أن يؤدي ذلك إلى تحسين عمل خوارزمية التصنيف لخدمة البحث. كما اتضح ، كان هذا الافتراض صحيحًا. أظهرت الخوادم المعدلة زيادة كبيرة في الأداء مقارنة بالخوادم التي لم يتم تعديل أجهزتها.

كما تم اقتراح تطوير دوائر متكاملة متخصصة ، يكون مبدأ تشغيلها مكافئًا لـ FPGA. لقد طورت Microsoft بالفعل مثل هذه الرقائق لنظارات الفيديو Hololens الخاصة بها . وقد قلل ذلك بشكل كبير من استهلاك الطاقة للجهاز وزاد من أدائه. كما اتضح ، فإن هذه الطريقة ليست مناسبة لفريق Bing. الحقيقة هي أن خوارزميات خدمة البحث تتغير كثيرًا. وإذا بدأت في تطوير الرقائق الملائمة لخوارزميات معينة ، فعندما يتم تصنيع هذه الرقائق وإحضارها ، ستتغير خوارزميات البحث. هذا يعني أن الرقائق ستصبح عديمة الفائدة (مثال نموذجي لقفل الأجهزة).

ولكن ، بما أن المشروع التجريبي كان ناجحًا بشكل عام ، فقد قرروا استخدام FPGA في المعدات التي توفر عمل الخدمات الأخرى للشركة. على سبيل المثال ، Azure و Office 365. في هذه الحالة ، يمكن تطوير الرقائق المتخصصة دون خوف من التقادم في غضون أسبوعين فقط. المشكلة الرئيسية في Azure ليست الخوارزميات على الإطلاق ، ولكن زيادة متطلبات عرض النطاق الترددي للشبكة.

Altera Stratix V. Board تستخدم Microsoft لوحات مماثلة في مشروع Project Catapult الخاص بها.

وتدير Azure عددًا كبيرًا من الأجهزة الافتراضية. يتم استضافتها على عدد محدود من الخوادم المادية. تستخدم مراكز بيانات الشركة برنامج Hyper-V للمراقبة الافتراضية. يحتوي كل جهاز افتراضي على واحد أو أكثر من محولات الشبكة التي تستقبل من خلالها هذه الأجهزة حركة مرور الشبكة وترسلها. يدير برنامج Hypervisor معدات الشبكة المادية المتصلة بالبنية التحتية لشبكة Azure. تتطلب إعادة توجيه حركة المرور من المعدات الافتراضية إلى المعدات الحقيقية والعكس صحيح ، مع موازنة موازنة حمل المعدات وإدارة توجيه حركة المرور في الوقت نفسه ، موارد كبيرة.

اقترح موظفو Microsoft الإضافة إلى PCIe FPGA. من المفترض أن تعمل FPGAs ، وفقًا للخبراء ، بشكل مباشر مع البنية التحتية لشبكة Azure ، مما يسمح لخوادم الشبكة بإرسال واستقبال حركة المرور مباشرة دون توجيهها عبر واجهة الشبكة للنظام الرئيسي.

تقرر توصيل واجهة PCIe مباشرة بالأجهزة الافتراضية ، مما أدى إلى اختصار مسار حركة مرور الشبكة. النتيجة؟ تعمل أجهزة Azure الظاهرية الآن مع أداء البنية التحتية للشبكة بسرعة 25 جيجابت / ثانية وتأخيرًا يبلغ 100 مللي ثانية فقط. وقد تم تحقيق ذلك دون إشراك معالجات الخادم.

يمكن حل نفس المشكلة باستخدام بطاقات الشبكة الحديثة ، والتي بنفس الطريقة يمكن أن تعمل مباشرة مع الأجهزة الافتراضية ، متجاوزة المضيف. ولكن في هذه الحالة هناك قيود. على سبيل المثال ، يمكن أن تعمل كل بطاقة في وقت واحد مع 4 أجهزة افتراضية فقط. المرونة التي توفرها FPGA ليست هنا. مع FPGA ، يمكن أن تعمل Microsoft بشكل أكثر نشاطًا وبرمجة شرائح وفقًا للاحتياجات الحالية. ونتيجة لذلك ، يزداد الأداء العام لمركز البيانات وينخفض ​​الحمل على المعدات. تتم كتابة جميع التعليمات مباشرة على الشريحة. إذا كنت تستخدم بطاقات الشبكة ، فلا يزال المعالج المضيف في هذه الحالة مشاركًا ، وهو المسؤول عن تنفيذ التعليمات.

بعد إطلاق اختبار لمثل هذا النظام ، أصبحت الشركة مقتنعة بفعاليته وقررت الانتشار في جميع مراكز البيانات التي توفر Azure. هذا الأسبوع ، أظهرت الشركة تشغيل نظامها في مؤتمر Ignite. الشركات الزميلة وأظهرت عملية الترجمة الفورية 3000000000 كلمات من ويكيبيديا مع تفعيل الآلاف من FPGA. تمت معالجة البيانات في عُشر الثانية فقط. بلغ أداء النظام في هذه الحالة 10 ₁₈ عملية في الثانية.

Source: https://habr.com/ru/post/ar397969/