Netbook-chips Skab en lavenergisky

Ved at bruge en klynge af de samme processorer, som normalt vises i netbooks og lignende mobile enheder, har forskere skabt en kraftfuld serverarkitektur, der trækker mindre strøm end en pære.

Lille vidunder: Hver node i den hurtige række af wimpy noder (FAWN) har en enkelt 500 megahertz AMD Geode-processor, 256 megabyte RAM og et enkelt fire-gigabyte compact flash-kort. Den største FAWN-klynge bygget til dato består af 21 noder.

Arkitekturen, der kaldes en hurtig række af wimpy noder, eller FAWN, tilbyder en måde at reducere mængden af ​​strøm, der bruges af computerinfrastrukturen hos internetgiganter som Google, Microsoft, Amazon, eBay, Facebook og andre med en størrelsesorden. Hvis forudsigelserne fra dets opfindere bliver bekræftet, kan det have en betydelig indvirkning på både bundlinjen og miljøpåvirkningen af ​​cloud computing.

Strøm står nu for op til 50 procent af omkostningerne ved drift af datacentre, og i USA er omkostningerne pr. kilowatt-time stigende. Selv relative nytilkomne som Facebook bruger op til 1 million dollars om måneden i elektricitet, og Environmental Protection Agency (EPA) projekterer, at datacentre i USA i 2011 kunne bruge op til 100 milliarder kilowatt-timer elektricitet for et samlet årligt omkostninger på $7,4 milliarder, med en estimeret emissionspåvirkning på 59 millioner tons CO².

FAWN, som er beskrevet i et endnu ikke offentliggjort papir af David Andersen og hans team ved Carnegie Mellon University tackler dette problem med en kombination af relativt langsomme processorer (den slags, der bruges i netbooks og andre mobile enheder) og flash-hukommelse (den slags, der gemmer data i digitale kameraer og USB-drev). Det noget kontraintuitive resultat er en arkitektur, hvis ydeevne pr. watt energi er hundrede gange bedre end traditionelle servere, som bruger hurtigere (men meget mere energikrævende) processorer og diskbaseret lagring.

FAWN's exceptionelle ydeevne er begrænset til visse typer problemer – tilfældig adgang til små bidder af information – men denne form for input/output-intensive opgaver er præcis, hvad der belaster den eksisterende infrastruktur hos webvirksomheder som Facebook.

Når man går ind på Facebook.com, har hjemmesiden hundredvis af individuelle dataelementer på sig, som bliver oversat til hundredvis af interne opslag, siger Andersen. Anmodninger om de hundredvis af elementer, som inkluderer venners opdateringer, antallet af beskeder i en indbakke og mere, videregives til et specialiseret stykke software, kaldet memcached , der gemmer relevante data i RAM. Memcached forhindrer Facebooks disk-baserede databaser i at blive overvældet af en brandslange af millioner af samtidige anmodninger om små bidder af information. Amazon, som har mere eller mindre samme problem som Facebook med sin indkøbskurv og tilpassede anbefalinger, bruger et lignende stykke specialbygget software, kaldet Dynamo, til at udføre næsten den samme funktion.

En måde, hvorpå FAWN erstatter software som memcached og Dynamo, er ved at erobre det, computerforskere kalder hukommelsesvæggen, som er den enorme forskel mellem den hastighed, hvormed diskbaseret lagring kan føre data til en CPU, og den hastighed, hvormed en CPU, som er meget hurtigere, kan tygge sig igennem disse data. (Andersen påpeger, at moderne CPU'er bruger et enormt antal transistorer, der forsøger at gætte, hvilke data de kan forvente, henter data på forhånd eller cachelagrer dem i hukommelsen for at sikre, at chippen altid har en konstant forsyning af bits at behandle.)

Der er to måder at komme rundt om hukommelsesvæggen: den første er at øge ydeevnen af ​​et systems hukommelse, og den anden er simpelthen at bremse dets CPU. FAWN gør begge dele: Flash-hukommelse har meget hurtigere tilfældig adgang end disk-baseret lagring, og FAWNs langsommere processorer kræver mindre strøm og spilder færre transistorer på at forsøge at gætte, hvad der kommer næste gang.

FAWN er sammensat af mange individuelle noder, hver med en enkelt 500 megahertz AMD Geode-processor (den samme chip, der blev brugt i den første One Laptop Per Child $100 laptop) med 256 megabyte RAM og et enkelt fire-gigabyte compact flash-kort. Den hidtil største FAWN-klynge, der består af 21 noder, trækker maksimalt 85 watt under virkelige forhold.

Hver FAWN-node udfører 364 forespørgsler pr. sekund pr. watt, hvilket er hundrede gange bedre, end det kan opnås af et traditionelt disk-baseret system, der arbejder på en input/output-intensiv opgave, såsom at indsamle alle de forskellige informationsbits, der kræves for at vise en Facebook- eller FriendFeed-side eller et Google-søgeresultat.

Denne form for ydeevne kan have applikationer ud over datacentret, siger Steven Swanson , en assisterende professor i afdelingen for datalogi og teknik ved University of California, San Diego. Swansons egen højtydende, flash-hukommelsesbaserede server, kaldet Gordon, som i øjeblikket kun eksisterer som en simulering, ligner FAWN i sin arkitektur, men er designet med videnskabelige applikationer såvel som datacentre i tankerne.

Swansons mål er at udnytte flashhukommelsens unikke kvaliteter til at håndtere problemer, som i øjeblikket er umulige at løse med andet end de mest kraftfulde og dyre supercomputere på jorden – systemer med op til en petabyte RAM. Vi arbejder sammen med San Diego Supercomputing Center om store genomik og bioinformatikmønstre, siger Swanson. Vi vil lave forespørgsler meget hurtigt, og hvis datagraferne ikke passer i RAM, bliver de meget langsomme, hvilket betyder, at du skal opgive troskab i simuleringen.

FAWN er den rigtige retning at skubbe, siger Niraj Tolia , en forsker i Exascale Computing Lab ved HP Labs. De dage er forbi, hvor vi simpelthen så på rå ydeevne som en metrik, tilføjer han.

I øjeblikket er FAWN ikke egnet til CPU-intensive opgaver såsom behandling af video, men Andersen siger, at fremtidige iterationer vil bruge de mere kraftfulde Atom-processorer (som Swanson også overvejer til sit Gordon-system). Efter at være designet til netbooks trækker disse kraftigere processorer den samme mængde strøm som AMD-chippene – omkring fire watt hver. Smid en strømforsyning og noget netværksudstyr i, og du kan meget nemt køre en lille hjemmeside på en af ​​disse servere, og den ville trække 10 watt, siger Andersen – en tiendedel af, hvad en typisk webserver trækker.

Den næste generation af FAWN er noget, som Andersen håber, de største brugere af datacentre vil undersøge. Jeg ville elske det, hvis vi kunne få Facebook eller Google eller Microsoft til at begynde at bygge klynger med det her, siger han.

skjule