アダプティブコンピューティングの未来：コンポーザブルデータセンター

このブログ投稿は、24年2021月XNUMX日にザイリンクスAdapt：DataCenterで開催されたEVPおよびGMザイリンクスデータセンターグループのSalilRajeの基調講演から抜粋したものです。 サリルの基調講演と業界の専門家による素晴らしいプレゼンテーションをオンデマンドで見るには、次のことができます。 ここでコンテンツを登録して表示します。

私たちのほとんどは、COVID-19のパンデミックによって引き起こされたパラダイムシフトの後も、オンラインビデオ会議を介して同僚と会っています。 おそらく、会議からすべてのコンテンツとフィードをストリーミングするために必要なことについてはあまり考えていません。 しかし、データセンターのオペレーターであれば、ビデオトラフィックの前例のないパンデミックの急増に対処する方法を心配して、過去XNUMX年間あまり眠っていなかったでしょう。

それだけでなく、最近のデータセンターは、ビデオ会議、ストリーミングコンテンツ、オンラインゲーム、eコマースなどの幅広いワークロードからの非構造化データの爆発的な増加に対処する必要があります。 これらのアプリケーションの多くは、レイテンシーに非常に敏感であり、圧縮、暗号化、およびデータベースアーキテクチャーの進化し続ける標準の影響も受けます。

これにより、データセンターはインフラストラクチャをスケールアップして、さまざまな要求の厳しいワークロードのパフォーマンスと遅延の要件を満たすと同時に、コストと電力消費を最小限に抑えるように努めています。 これは非常に困難であることが証明されており、データセンターのオペレーターは現在のアーキテクチャを再考し、本質的によりスケーラブルで効率的な新しい構成を模索する必要があります。

現在、ほとんどのデータセンターには、SSD、CPU、およびアクセラレータを単一のサーバーに組み合わせた、リソースの固定セットを備えたラックがあります。 これにより、コンピューティングとストレージ間の高帯域幅接続が保証されますが、すべてのサーバーでストレージとコンピューティングの比率が固定されているため、リソース使用率の点で非常に非効率的です。 ワークロードはコンピューティングとストレージの異なる組み合わせを必要とするため、未使用のリソースのアイランドが各サーバーに残されます。

構成可能なインフラストラクチャ

リソース使用率の劇的な改善を約束する新しいアーキテクチャが出現しています。 これは「コンポーザブルインフラストラクチャ」として知られています。 構成可能なインフラストラクチャには デカップリング リソースをプールし、どこからでもアクセスできるようにします。 構成可能なインフラストラクチャにより、適切な量のリソースでワークロードをプロビジョニングし、ソフトウェアを介して迅速に再構成できます。

CPU、SSDS、およびアクセラレータのプールがネットワーク化され、標準ベースのプロビジョニングフレームワークによって制御される構成可能なアーキテクチャにより、データセンターのリソース効率が大幅に向上します。 このようなアーキテクチャでは、ワークロードが異なれば、コンピューティング、ストレージ、およびアクセラレーションの要件も異なる可能性があり、それらのリソースは、無駄なハードウェアなしでそれに応じて割り当てられます。 それはすべて理論的には素晴らしいように聞こえますが、実際には、XNUMXつの大きな問題があります。それはレイテンシーです。

レイテンシーチャレンジ

リソースを分解してさらに離すと、CPUとSSD間、またはCPUとアクセラレータ間のネットワークトラフィックが原因で、遅延が増加し、帯域幅が減少します。 ネットワークトラフィックを削減し、効率的な方法でリソースを相互接続する方法がない限り、これは厳しく制限される可能性があります。 ここで、FPGAはレイテンシの課題を解決する上でXNUMXつの主要な役割を果たします。

• FPGAは、最大のパフォーマンスを得るためにワークロードごとにカスタマイズできる適応可能なアクセラレータとして機能します。 
• FPGAは、コンピューティングをデータに近づけることもできるため、レイテンシーを削減し、必要な帯域幅を最小限に抑えることができます。
• FPGAの適応性のあるインテリジェントなファブリックにより、過度の遅延を発生させることなく、リソースを効率的にプールできます。 

適応可能な加速

FPGAベースのコンピューティングアクセラレータの最初の重要な利点は、最近需要が高いワークロードのパフォーマンスが劇的に向上することです。 ライブストリーミングアプリケーションのビデオトランスコーディングのユースケースでは、FPGAソリューションは通常x86 CPUを30倍上回ります。これは、データセンターのオペレーターが同時ストリーム数の大幅な増加に対応するのに役立ちます。 別の例は、ゲノム配列決定の重要な分野です。 最近のザイリンクスゲノミクスのお客様は、FPGAベースのアクセラレータがCPUの90倍の速さで回答を提供し、医学研究者がかつての数分のXNUMXの時間でDNAサンプルをテストできることを発見しました。

コンピューティングをデータに近づける

コンポーザブルデータセンターのFPGAのXNUMXつ目の重要な利点は、静止時でも移動中でも、アダプティブコンピューティングをデータに近づけることができることです。 SmartSSD計算ストレージデバイスで使用されるザイリンクスFPGAは、通常CPUによって実行される高速検索、解析、圧縮、暗号化などの機能を高速化します。 これは、より複雑なタスクのためにCPUの負荷を軽減するのに役立ちますが、CPUとSSD間のトラフィックを削減し、それによって帯域幅の消費を削減し、遅延を削減します。

同様に、FPGAは新しいAlveo SN1000などのSmartNICで使用され、ワイヤスピードのパケット処理、圧縮、暗号化サービス、および特定のデータセンターや顧客のカスタムスイッチング要件に適応する機能により、移動中のデータを高速化します。   

インテリジェントファブリック

FPGA の適応性のあるコンピューティング アクセラレーションと低遅延接続を組み合わせると、コンポーザブル データ センターでさらに一歩前進できます。適応性のあるインテリジェント ファブリックによって相互接続されているアクセラレータのクラスターにコンピューティングの負荷が高いワークロードを割り当てることができ、オンデマンドで高性能のコンピューターを作成できます。

もちろん、コンピューティングアクセラレータ、SmartSSD、およびSmartNICを最適なアクセラレーションアルゴリズムでプログラムし、ワークロードごとに適切な数でプロビジョニングできない場合、これは不可能です。 そのタスクのために、Vitis開発プラットフォームと連携して機能するTensorFlowやFFMPEGなどのドメイン固有の業界フレームワークを活用する包括的なソフトウェアスタックを構築しました。 また、インテリジェントなリソース割り当てを支援するためのRedFishなどの高レベルのプロビジョニングフレームワークの役割もわかります。

未来は今です

コンポーザブルデータセンターの約束はエキサイティングな変化であり、ザイリンクスデバイスとアクセラレータカードは、この新しい効率的なアーキテクチャの重要な構成要素です。 ザイリンクスは、迅速な再構成可能性、低遅延、および変化するワークロードに適応できる柔軟なアーキテクチャを備えており、この進化の主要なプレーヤーとしての地位を確立しています。