211service.com
Netbook-chips Skapa ett moln med låg effekt
Med hjälp av ett kluster av samma processorer som normalt dyker upp i netbooks och liknande mobila enheter har forskare skapat en kraftfull serverarkitektur som drar mindre ström än en glödlampa.
Litet under: Varje nod i den snabba arrayen av wimpy nodes (FAWN) har en enda 500 megahertz AMD Geode-processor, 256 megabyte RAM och ett enda fyra gigabyte compact flash-kort. Det största FAWN-klustret som byggts hittills består av 21 noder.
Arkitekturen, kallad en snabb array av wimpy noder, eller FAWN, erbjuder ett sätt att minska mängden kraft som används av beräkningsinfrastrukturen hos internetjättar som Google, Microsoft, Amazon, eBay, Facebook och andra med en storleksordning. Om förutsägelserna från dess uppfinnare bekräftas kan det ha en betydande inverkan på både resultat och miljöpåverkan från molnberäkning.
Ström står nu för upp till 50 procent av kostnaden för att driva datacenter, och i USA ökar kostnaden per kilowattimme. Även relativa nykomlingar som Facebook använder upp till 1 miljon dollar i månaden i el, och Environmental Protection Agency (EPA) projekterar att datacenter i USA år 2011 skulle kunna använda upp till 100 miljarder kilowattimmar elektricitet, för en total årlig kostnad på 7,4 miljarder dollar, med en uppskattad utsläppseffekt på 59 miljoner ton CO².
FAWN, som beskrivs i en ännu opublicerad tidning av David Andersen och hans team vid Carnegie Mellon University, tar itu med detta problem med en kombination av relativt långsamma processorer (den sort som används i netbooks och andra mobila enheter) och flashminne (den sort som lagrar data i digitalkameror och USB-enheter). Det något kontraintuitiva resultatet är en arkitektur vars prestanda per watt energi är hundra gånger bättre än traditionella servrar, som använder snabbare (men mycket mer energikrävande) processorer och diskbaserad lagring.
FAWN:s exceptionella prestanda är begränsad till vissa typer av problem – slumpmässig åtkomst av små bitar av information – men denna typ av input/output-intensiva uppgifter är precis vad som anstränger den befintliga infrastrukturen hos webbföretag som Facebook.
När du går till Facebook.com har startsidan hundratals individuella dataelement på sig, som översätts till hundratals interna uppslagningar, säger Andersen. Förfrågningar om dessa hundratals element, som inkluderar vänners uppdateringar, antalet meddelanden i en inkorg och mer, lämnas till en specialiserad mjukvara, som kallas memcachad , som lagrar relevant data i RAM. Memcached förhindrar att Facebooks diskbaserade databaser överväldigas av en brandslang med miljontals samtidiga förfrågningar om små bitar av information. Amazon, som har mer eller mindre samma problem som Facebook med sin kundvagn och anpassade rekommendationer, använder en liknande skräddarsydd mjukvara, kallad Dynamo, för att utföra nästan samma funktion.
Ett sätt som FAWN ersätter mjukvara som memcached och Dynamo är genom att erövra vad datavetare kallar minnesväggen, vilket är den enorma skillnaden mellan den hastighet med vilken diskbaserad lagring kan mata data till en CPU och den hastighet med vilken en CPU, som är mycket snabbare, kan tugga igenom den datan. (Andersen påpekar att moderna processorer använder ett enormt antal transistorer som försöker gissa vilken data som kan förväntas, hämtar data i förväg eller cachelagrar den i minnet för att säkerställa att chippet alltid har en jämn tillförsel av bitar att bearbeta.)
Det finns två sätt att ta sig runt minnesväggen: det första är att öka prestanda för ett systems minne, och det andra är helt enkelt att sakta ner dess CPU. FAWN gör båda: flashminne har mycket snabbare slumpmässig åtkomst än diskbaserad lagring, och FAWNs långsammare processorer kräver mindre ström och slösar färre transistorer på att försöka gissa vad som kommer härnäst.
FAWN är sammansatt av många individuella noder, var och en med en enda 500 megahertz AMD Geode-processor (samma chip som användes i den första bärbara datorn med en bärbar dator på 100 $) med 256 megabyte RAM och ett enda fyra gigabyte compact flash-kort. Det största FAWN-klustret som byggts hittills, bestående av 21 noder, drar maximalt 85 watt under verkliga förhållanden.
Varje FAWN-nod utför 364 förfrågningar per sekund per watt, vilket är hundra gånger bättre än vad som kan åstadkommas av ett traditionellt diskbaserat system som arbetar med en input/output-intensiv uppgift, som att samla in alla olika bitar av information som krävs för att visa en Facebook- eller FriendFeed-sida eller ett sökresultat på Google.
Den här typen av prestanda kan ha applikationer utanför datacentret, säger man Steven Swanson , en biträdande professor vid avdelningen för datavetenskap och teknik vid University of California, San Diego. Swansons egen högpresterande, flashminnesbaserade server, kallad Gordon, som för närvarande endast existerar som en simulering, liknar FAWN i sin arkitektur men designades med vetenskapliga tillämpningar såväl som datacenter i åtanke.
Swansons mål är att utnyttja flashminnets unika egenskaper för att hantera problem som för närvarande är omöjliga att lösa med något annat än de mest kraftfulla och dyra superdatorerna på jorden – system med upp till en petabyte RAM. Vi arbetar med San Diego Supercomputing Center om stora genomik- och bioinformatikmönster, säger Swanson. Vi vill göra frågor väldigt snabbt, och om datagraferna inte passar i RAM-minnet blir de väldigt långsamma, vilket innebär att du måste ge upp troheten i simuleringen.
FAWN är rätt riktning att driva, säger Niraj Tolia , en forskare i Exascale Computing Lab vid HP Labs. Dagarna är förbi när vi helt enkelt såg på rå prestanda som ett mått, tillägger han.
För närvarande är FAWN inte lämpligt för CPU-intensiva uppgifter som att bearbeta video, men Andersen säger att framtida iterationer kommer att använda de mer kraftfulla Atom-processorerna (som Swanson också överväger för sitt Gordon-system). Efter att ha designats för netbooks drar dessa kraftfullare processorer samma mängd ström som AMD-kretsarna – cirka fyra watt vardera. Släng in en strömkälla och lite nätverksutrustning så kan du mycket enkelt köra en liten webbplats på en av dessa servrar, och den skulle dra 10 watt, säger Andersen – en tiondel av vad en typisk webbserver drar.
Nästa generation av FAWN är något som Andersen hoppas att de största användarna av datacenter ska undersöka. Jag skulle älska om vi kunde få Facebook eller Google eller Microsoft att börja bygga kluster med det här, säger han.