IPU یک منبع استراتژیک جدید برای ارائه دهندگان خدمات ابری

حجم کار در مراکز داده ابری دائما در حال افزایش است. به همین علت این مراکز دارای یک معماری متمرکز هستند. در حالی که معماری متمرکز بر خدمات دارای مزایای بسیاری است ، اما به دلیل ماهیت تفکیک شده ، ارتباطات قابل توجهی را نیز ایجاد می کند. چرخه های CPU که برای این زیرساخت هزینه می شود ، برای ارائه دهندگان خدمات ابری (CSP) درآمد ایجاد نمی کند. طبق تحقیقات انجام شده ، سربار سرویس‌های کوچک در مقیاس بزرگ می‌تواند بین 81 تا 83 درصد باشد. به تازگی ، اینتل از واحد پردازش زیرساخت (IPU) جهت استفاده در مراکز ابری دیتا سنترهای بزرگ رونمایی کرده است.

با معماری مبتنی بر IPU ، CSP ها می توانند با بارگیری وظایف زیرساختی از CPU به IPU ، درآمد مراکز داده را به حداکثر برسانند ، که چرخه های CPU سرور را برای کارهای درآمدزا آزاد می کند. بارگیری وظایف زیرساختی به IPU به CSP ها اجازه می دهد 100 درصد CPU های سرور خود را به مشتریان اجاره دهند.

مراکز داده ابری مانند هتل ها هستند نه خانه ها !

استعاره ساده مبتنی بر خانه و هتل به توضیح تقسیم مالکیت حجم کار که منجر به توسعه IPU ها شده است ، کمک می کند. هنگامی که من در منزل شخصی ام هستم دلم میخواهد به راحتی بین اتاق‌ها، آشپزخانه ، پارکینگ و ... رفت و آمد داشته باشم. زمانی که در خانه هستم به راحتی می‌توانم از اتاق به آشپزخانه و بالعکس بدون مزاحمت حرکت کنم .

خب این موارد در هتل متفاوت است. مثلا اتاق مهمان ، سالن غذاخوری و آشپزخانه مکان‌های مجزایی هستند و ممکن است با فاصله از هم قرار گرفته باشند. مناطقی که کارکنان هتل در آن کار می‌کنند با محل استراحت مهمانان متفاوت است. درها به طور کلی مناطق هتل را که وظایف متفاوتی را انجام می دهند جدا می کنند و به دلایل ایمنی و امنیتی ، حتی ممکن است برای عبور از در بین منطقه مهمان و محل کارکنان به کارت عضویت نیاز داشته باشید. تصویر زیر مقایسه بین منزل شخصی و هتل را به ما نشان داده است.

با این تصاویر می‌توان CPU را به منزل شخصی و IPU را به یک هتل تشبیه کنید. با وارد کردن IPU ها به مرکز داده برای اجرای عملکردهای زیرساختی ، بارهای زیرساختی CSP بر روی IPU اجرا می شود ، که CPU های سرور را خلوت می کند تا بتوانند تعداد مشتری بیشتری داشته باشند.

معماری مرکز داده مبتنی بر IPU دارای مزایای زیر است:

• جداسازی قوی بین عملکردهای زیرساختی و حجم کار مستاجر ، جداسازی بسیار بهتری بین این عملکردها ایجاد می کند ، که امنیت سیستم را تا حد زیادی افزایش می دهد.
• مشتری کنترل کامل CPU سرور را در اختیار خواهد داشت.
• افزایش حجم کارهای زیرساختی مشکلات عملکردی را در CPU های سرور ایجاد نمی کند ، که این یک مشکل رو به رشد در مدل معماری مرکز داده سنتی است ، همانطور که توسط آمارهای ذکر شده در بالا نشان داده شده است.
• CSP ها می توانند با بارگیری وظایف زیرساختی از CPU ها به IPU ها ، درآمد مرکز داده را به حداکثر برسانند ، که چرخه های CPU سرور را برای کارهای درآمدزا آزاد می کند.
• بارگیری وظایف زیرساختی در IPU به CSP ها امکان می دهد 100 درصد CPU های سرور خود را به مشتریان اجاره دهند.
• IPU ها ، به طور خاص وظایف زیرساختی را به جای پردازش عمومی هدف قرار می دهند ، می توانند شتاب سخت افزاری و محاسبه دقیق تری را اعمال کنند تا عملکرد و کارایی بهتری را به میزان قابل توجهی بدست آورند.
• IPU ها معماری سرور کاملاً بدون دیسک را در مرکز داده ابر فعال می کنند. در معماری سنتی مراکز داده سازمانی ، هر سرور دارای مجموعه ای از درایوهای دیسک متصل شده و SSD برای ذخیره سازی است.

از آنجا که پیش بینی میزان استفاده از ذخیره سازی به صورت مستاجر به مستاجر دشوار است ، هر سرور باید بیش از حد منابع ذخیره سازی داشته باشد تا بتواند حداکثر بارهای ذخیره سازی را با معماری مرکز داده سنتی مدیریت کند. با معماری سرور بدون دیسک ، یک سرویس مرکزی منابع ذخیره سازی را برای همه مستاجران فراهم می کند. معماری سرور بدون دیسک ممکن در شکل زیر نشان داده شده است.

مدیریت یک سرویس ذخیره سازی مرکزی بسیار ساده تر و کارآمدتر از مدیریت منابع ذخیره سازی صدها هزار سرور در یک مرکز داده است.

تکامل مرکز داده

اینتل چندین سال است که محصولات مرکز داده خود را با همکاری CSP های کلیدی از جمله Microsoft ، Baidu ، JD.com و VMware توسعه داده است. ما با محصولات مبتنی بر پردازنده های Intel® Xeon® D ، Intel® FPGA و اجزای اترنت ، پیشرو حجم بازار IPU هست. اولین نسل از سیستم عامل های IPU مبتنی بر FPGA اینتل با همکاری شرکای این شرکت در مقیاس بزرگ طراحی شد و قبلاً در مراکز داده ای که توسط CSP های متعدد تحت کنترل و اداره می شوند ، مستقر شده اند.

در طول پنج سالی که ما در زمینه IPU با محصولات مبتنی بر FPGA فعالیت می کردیم ، مشاهده کردیم که CSP های مقیاس بزرگ ارزش IPU ها را به صورت مرحله ای درک می کنند:

• مرحله اول شبکه سازی سریع : برای بارگیری کارهای متداول شبکه ، مانند سوئیچ مجازی و عملکردهای فایروال ، از CPU سرور به IPU. بارگیری توابع صفحه کاربر (UPF) مانند جستجوی جریان و کپسوله کردن/جدا کردن از CPU به IPU ، چرخه های CPU را آزاد می کند.
• مرحله دوم ذخیره سازی سریع: انتقال پشته ذخیره از CPU سرور به IPU ، افزایش توان ذخیره سازی در حالی که پیچیدگی ذخیره سازی ، سربار و مدیریت را کاهش می دهد.
• مرحله سوم  امنیت : برای بارگذاری رمزگذاری/رمزگشایی ، فشرده سازی و سایر عملکردهای امنیتی که در غیر این صورت چرخه CPU سرور را مصرف می کند. (این توابع امنیتی اغلب با عملکردهای ذخیره شده بارگیری شده در مرحله 2 جفت می شوند).  علاوه بر این ، IPU می تواند راه اندازی و پیکربندی سیستم میزبان را آغاز کند ، که با جداسازی عملکردهای ایمن و ارائه یک ریشه اعتماد جدا از CPU ، امنیت را بیشتر می کند.
• مرحله چهارم پردازش زیر ساخت : شاید پیچیده ترین کاربرد ، مدیریت خدمات hypervisor را از CPU سرور به IPU بارگیری می کند.

IPU های کنونی مبتنی بر FPGA اینتل ، Intel® Stratix® 10 FPGA را با پردازنده Intel Xeon D ترکیب می کنند. آنها شتاب دهنده های بهینه-بر اساس مسیرهای داده قابل تنظیم و مبتنی بر FPGA را با CPU های قابل برنامه ریزی نرم افزاری ترکیب می کنند که به طور ایمن عملکردهای زیرساختی را در مرکز داده تسریع و مدیریت می کند. این معماری ترکیبی IPU مدیریت شبکه را با سرعت سخت افزار با انعطاف پذیری نرم افزار مورد نیاز برای پیاده سازی راحت تر عملکردهای صفحه کنترل را امکان پذیر می کند.

برنامه ریزی هر دو مسیر داده های سخت افزاری با استفاده از منابع داخلی FPGA و سطح کنترل نرم افزاری که به همراه سیستم عامل زیرساخت روی پردازنده IPU روی پردازنده اجرا می شود ، این IPU ها را قدرتمند می کند. IPU ها با SmartNIC متفاوت هستند زیرا به عنوان یک نقطه کنترل امن و مستقل عمل می کنند که مستقیماً به حجم کار مشتریان دسترسی ندارد.

IPU و SmartNIC های آینده اینتل

اینتل اعلام کرد که در حال راه اندازی IPU های اضافی بر اساس پردازنده های پیشرفته تر ، FPGA و حتی ASIC های یکپارچه می‌باشد. در روز معماری اینتل این هفته ، ما دو IPU جدید (Mount Evans و Oak Springs Canyon) و پلت فرم توسعه شتاب Intel N6000 (کد قبلی Arrow Creek) را اعلام کردیم. به عنوان دنباله ای بر بستر موفق Big Spring Canyon ، Oak Springs Canyon (OSC) یک پلتفرم مبتنی بر IntelPG Agilex ™ FPGA است که در حال حاضر صنعت FPGA را در عملکرد ، مصرف برق و بهره وری حجم کار پیشرو می کند. OSC که با سرورهای مبتنی بر پردازنده های Intel Xeon کار می کند ، شتاب زیرساخت های مورد نیاز برای تخلیه بارهای 2x100G را ارائه می دهد. OSC دارای یک اکوسیستم نرم افزاری غنی است که برای CPU های Intel® بهینه شده است از جمله Intel Open FPGA Stack - یک مقیاس پذیر ، زیرساخت نرم افزاری و سخت افزاری قابل دسترس که شرکا و مشتریان را قادر می سازد تا راه حل های سفارشی ایجاد کنند.  توانایی ها و ویژگی های OSC برای پاسخگویی به نیازهای استقرار CSP موج بعدی که از شبکه های 100G استفاده می کند ، هماهنگ است.

توسعه دیگر Intel ، پلت فرم توسعه شتاب Intel N6000 (قبلاً کد Arrow Creek نامیده می شود) ، یک پلت فرم توسعه شبکه شتاب‌دهنده مبتنی بر FPGA SmartNIC 100GbE (ADP) است. این کارت بر اساس موفقیت کارت شتاب قابل برنامه ریزی Intel® FPGA (Intel® FPGA PAC) N3000 است که در حال حاضر در مراکز داده ای که توسط برخی از ارائه دهندگان خدمات ارتباطی برتر جهان (CoSP) اداره می شود ، مستقر شده است. این پلتفرم توسعه Intel N6000 Acceleration Development جدید بر اساس Intel Agilex FPGA و Intel® Ethernet Controller E810 است. این برنامه برای استفاده با سرورهای مبتنی بر اینتل طراحی شده است و از چندین نوع وظیفه زیرساختی پشتیبانی می کند تا به ارائه دهندگان تلفن کمک کند تا بارهای مختلف کاری مانند Juniper Contrail ، OVS و SRv6 را تسریع کنند.

اینتل اولین IPU مبتنی بر ASIC را معرفی کرد که با همکاری CSP بزرگ و با نام رمز Mount Evans طراحی شده است. IPU مونت ایوانز بر اساس بهترین موتور پردازش بسته در کلاس ، که در ASIC استفاده شده است ، ساخته شده است. این ASIC از بسیاری از موارد استفاده موجود - از جمله بارگیری vSwitch ، فایروال ها و مسیریابی مجازی - پشتیبانی می کند ، در حالی که فضای قابل توجهی برای موارد استفاده بعدی فراهم می کند. IPU Mount Evans دستگاه های NVMe را با نرخ IOPS بسیار بالا با افزایش و گسترش کنترلر Intel® Optane ™ NVMe تقلید می کند. همان سیستم عامل زیرساخت اینتل که بر روی IPU های مبتنی بر FPGA کار می کند ، در Mount Evans نیز اجرا می شود.

نوآوری های فناوری اضافی در IPU Mount Evans یک پروتکل حمل و نقل قابل اعتماد نسل بعدی است که با شریک CSP ما برای حل مشکل تأخیر در شبکه های با ضرر و شتاب دهنده های پیشرفته رمزنگاری و فشرده سازی اینتل همکاری کرده است.

جمع بندی:

IPU یک عنصر استراتژیک در استراتژی ابری اینتل است. ما معتقدیم که مجموعه نمونه IPU ما زیرساخت مشترکی را فراهم می کند که به مشتریان ابر ما این امکان را می دهد تا از منابع محاسبه عمومی ، XPU و منابع شتابدهی خود در معماری های مرکز داده های ناهمگن در آینده نزدیک به طور کامل استفاده کنند.

ترکیب این قابلیت ها کاملاً با روندهای جاری در توسعه خدمات میکرو مطابقت دارد و فرصتی منحصر به فرد برای ایجاد زیرساخت های بهینه و مبتنی بر عملکرد ارائه می دهد که با اجزای شبکه سخت افزاری با سرعت بالا و چارچوب های نرم افزاری رایج مطابقت دارد. IPU این امکان را به CSP ها می دهد تا در معماری مرکز داده تجدید نظر کنند ، ابر را تسریع بخشند و خدمات درآمدزایی بیشتری-برنامه های مستاجر که در ماشین های مجازی اجرا می شوند-در هر CPU سرور در مرکز داده ، میزبانی کنند. با توجه به توانایی آن در افزایش عملکرد ، کاهش هزینه و ارائه معماری مرکز داده ابری بهتر ، ما فکر می کنیم IPU به یک جزء استراتژیک از طراحی های مرکز داده های آینده تبدیل خواهد شد. از همراهی شما با پارتاکو سپاسگذاریم. اگر انتقاد یا پیشنهادی در مورد این مقاله داشتید از طریق بخش نظرات می‌توانید با ما در میان بگذارید.