اڈاپٹیو کمپیوٹنگ کا مستقبل: کمپوز ایبل ڈیٹا سینٹر

یہ بلاگ پوسٹ 24 مارچ 2021 کو Xilinx Adapt: ​​Data Center میں دی گئی سلیل راجے، EVP اور GM Xilinx ڈیٹا سینٹر گروپ کی کلیدی پیشکش سے اقتباس ہے۔ سلیل کے کلیدی نوٹ آن ڈیمانڈ کو دیکھنے کے لیے، صنعت کے ماہرین کی پیشکشوں کی ایک بڑی سلیٹ کے ساتھ، آپ رجسٹر کریں اور یہاں مواد دیکھیں۔

CoVID-19 وبائی امراض کی وجہ سے ہونے والے پیراڈائم شفٹ کے بعد ہم میں سے بیشتر اب بھی آن لائن ویڈیو کانفرنسنگ کے ذریعے اپنے ساتھی کارکنوں سے مل رہے ہیں۔ آپ شاید اس بارے میں زیادہ نہیں سوچ رہے ہوں گے کہ آپ کی میٹنگز کے تمام مواد اور فیڈز کو اسٹریم کرنے میں کیا ضرورت ہے۔ لیکن اگر آپ ڈیٹا سینٹر آپریٹر ہیں تو آپ کو شاید پچھلے ایک سال سے اتنی زیادہ نیند نہیں آ رہی ہو گی کہ ویڈیو ٹریفک میں بے مثال وبائی اضافے کو کیسے سنبھالا جائے۔

صرف یہی نہیں، بلکہ ڈیٹا سینٹرز کو ان دنوں کام کے بوجھ کی ایک وسیع رینج جیسے ویڈیو کانفرنسنگ، اسٹریمنگ مواد، آن لائن گیمنگ، اور ای کامرس سے غیر ساختہ ڈیٹا کے دھماکے سے نمٹنا چاہیے۔ ان میں سے بہت سے ایپلی کیشنز تاخیر کے لیے بہت حساس ہیں اور یہ کمپریشن، انکرپشن، اور ڈیٹا بیس کے فن تعمیر کے لیے ہمیشہ تیار ہوتے معیارات کے تابع ہیں۔

اس نے ڈیٹا سینٹرز کو مختلف قسم کے کام کے بوجھ کی کارکردگی اور تاخیر کی ضروریات کو پورا کرنے کے لیے اپنے بنیادی ڈھانچے کو بڑھانے پر مجبور کیا ہے، جبکہ اسی وقت لاگت اور بجلی کی کھپت کو کم کرنے کی کوشش کر رہے ہیں۔ یہ بہت مشکل ثابت ہو رہا ہے، اور یہ ڈیٹا سینٹر آپریٹرز کو مجبور کر رہا ہے کہ وہ اپنے موجودہ فن تعمیر پر نظر ثانی کریں اور نئی کنفیگریشنز کو دریافت کریں جو فطری طور پر زیادہ قابل توسیع اور موثر ہیں۔

فی الحال، زیادہ تر ڈیٹا سینٹرز میں ایک ہی سرور میں SSDs، CPUs اور Accelerators کو یکجا کرنے والے وسائل کے مقررہ سیٹ کے ساتھ ریک ہیں۔ اگرچہ یہ کمپیوٹ اور سٹوریج کے درمیان ایک اعلی بینڈوتھ کنکشن کو یقینی بناتا ہے، یہ وسائل کے استعمال کے لحاظ سے بہت غیر موثر ہے، کیونکہ ہر سرور میں اسٹوریج اور کمپیوٹ کا ایک مقررہ تناسب ہوتا ہے۔ چونکہ کام کے بوجھ کو کمپیوٹ اور اسٹوریج کے مختلف مرکب کی ضرورت ہوتی ہے، ہر سرور میں غیر استعمال شدہ وسائل کے جزیرے رہ جاتے ہیں۔

کمپوز ایبل انفراسٹرکچر

ایک نیا فن تعمیر ابھر رہا ہے جو وسائل کے استعمال میں ڈرامائی بہتری لانے کا وعدہ کرتا ہے۔ اسے "کمپوز ایبل انفراسٹرکچر" کے نام سے جانا جاتا ہے۔ کمپوز ایبل انفراسٹرکچر شامل ہے۔ فیصلہ کرنا وسائل اور اس کے بجائے انہیں اکٹھا کرنا اور انہیں کہیں سے بھی قابل رسائی بنانا۔ کمپوز ایبل انفراسٹرکچر وسائل کی صحیح مقدار کے ساتھ کام کے بوجھ کی فراہمی اور سافٹ ویئر کے ذریعے تیزی سے دوبارہ ترتیب دینے کے قابل بناتے ہیں۔

CPUs، SSDS، اور ایکسلریٹرز کے تالابوں کے ساتھ ایک کمپوز ایبل فن تعمیر جو ایک ساتھ نیٹ ورک کیا جاتا ہے اور معیارات پر مبنی پروویژننگ فریم ورک کے ذریعے کنٹرول کیا جاتا ہے، ڈیٹا سینٹر کے وسائل کی کارکردگی کو بہت بہتر بنانے کا وعدہ کرتا ہے۔ اس طرح کے فن تعمیر میں، مختلف کام کے بوجھ میں مختلف کمپیوٹ، اسٹوریج، اور ایکسلریشن کے تقاضے ہوسکتے ہیں، اور ان وسائل کو بغیر ضائع کیے ہارڈ ویئر کے اسی کے مطابق تفویض کیا جائے گا۔ یہ سب نظریہ میں بہت اچھا لگتا ہے، لیکن عملی طور پر، ایک بڑا مسئلہ ہے: تاخیر۔

لیٹنسی چیلنج

جیسا کہ آپ وسائل کو الگ کرتے ہیں اور ان کو دور منتقل کرتے ہیں آپ کو CPUs اور SSDs کے درمیان، یا CPUs اور ایکسلریٹرز کے درمیان نیٹ ورک ٹریفک کی وجہ سے زیادہ تاخیر اور کم بینڈوتھ کا سامنا کرنا پڑتا ہے۔ جب تک آپ کے پاس نیٹ ورک ٹریفک کو کم کرنے اور وسائل کو موثر طریقے سے آپس میں جوڑنے کا کوئی طریقہ نہیں ہے، یہ بہت حد تک محدود ہو سکتا ہے۔ اسی جگہ FPGAs تاخیر کے چیلنج کو حل کرنے میں تین اہم کردار ادا کرتے ہیں:

• FPGAs موافقت پذیر ایکسلریٹر کے طور پر کام کرتے ہیں جنہیں زیادہ سے زیادہ کارکردگی کے لیے ہر کام کے بوجھ کے لیے اپنی مرضی کے مطابق بنایا جا سکتا ہے۔ 
• FPGAs کمپیوٹ کو ڈیٹا کے قریب بھی لا سکتے ہیں، اس طرح تاخیر کو کم کرتے ہیں اور مطلوبہ بینڈوتھ کو کم کرتے ہیں۔
• FPGAs کا موافقت پذیر، ذہین تانے بانے ضرورت سے زیادہ تاخیر کیے بغیر وسائل کی موثر جمع کرنے کے قابل بناتا ہے۔ 

قابل اطلاق ایکسلریشن

FPGA پر مبنی کمپیوٹ ایکسلریٹرز کا پہلا اہم فائدہ کام کے بوجھ کے لیے ڈرامائی طور پر بہتر کارکردگی ہے جن کی ان دنوں بہت زیادہ مانگ ہے۔ لائیو سٹریمنگ ایپلی کیشنز کے لیے ویڈیو ٹرانس کوڈنگ کے استعمال کے کیسز میں، FPGA سلوشنز عام طور پر x86 CPUs کو 30x تک پیچھے چھوڑ دیتے ہیں، جو ڈیٹا سینٹر آپریٹرز کو بیک وقت اسٹریمز کی تعداد میں بہت زیادہ اضافے کو پورا کرنے میں مدد کرتا ہے۔ ایک اور مثال جینومک ترتیب کے اہم میدان میں ہے۔ ایک حالیہ Xilinx جینومکس گاہک نے پایا کہ ہمارے FPGA پر مبنی ایکسلریٹر نے CPU کے مقابلے میں 90 گنا زیادہ تیزی سے جواب فراہم کیا، جس سے طبی محققین کو DNA کے نمونوں کی جانچ کرنے میں ایک بار لگے وقت کے کچھ حصے میں مدد ملتی ہے۔

کمپیوٹ کو ڈیٹا کے قریب منتقل کرنا

کمپوز ایبل ڈیٹا سینٹر میں FPGAs کے لیے دوسرا اہم فائدہ یہ ہے کہ قابل موافق کمپیوٹ کو ڈیٹا کے قریب لانے کی صلاحیت ہے، چاہے وہ آرام میں ہو یا حرکت میں۔ SmartSSD کمپیوٹیشنل سٹوریج ڈیوائسز میں استعمال ہونے والے Xilinx FPGAs تیز رفتار تلاش، تجزیہ، کمپریشن، اور انکرپشن جیسے افعال کو تیز کرتے ہیں، جو عام طور پر ایک CPU کے ذریعے انجام دیا جاتا ہے۔ یہ زیادہ پیچیدہ کاموں کے لیے CPU کو آف لوڈ کرنے میں مدد کرتا ہے لیکن CPU اور SSDs کے درمیان ٹریفک کو بھی کم کرتا ہے، اس طرح بینڈوتھ کی کھپت میں کمی اور تاخیر کو کم کرتی ہے۔

اسی طرح، ہمارے FPGAs کو اب ہمارے نئے Alveo SN1000 جیسے SmartNICs میں استعمال کیا جاتا ہے تاکہ وائر اسپیڈ پیکٹ پروسیسنگ، کمپریشن، اور کرپٹو سروسز کے ساتھ ساتھ کسی خاص ڈیٹا سینٹر یا گاہک کے لیے اپنی مرضی کے مطابق سوئچنگ کی ضروریات کو اپنانے کی صلاحیت کے ساتھ ڈیٹا کو تیز کیا جا سکے۔   

ذہین فیبرک

When you combine an FPGA’s adaptable compute acceleration with low-latency connectivity, you can go a step further in the composable data center.  You can assign a compute-heavy workload to a cluster of accelerators that are interconnected by an adaptable intelligent fabric - creating a high-performance computer on demand.

بلاشبہ، اس میں سے کوئی بھی ممکن نہیں ہے اگر آپ کمپیوٹ ایکسلریٹر، SmartSSDs اور SmartNICs کو بہترین ایکسلریشن الگورتھم کے ساتھ پروگرام نہیں کر سکتے، اور پھر انہیں ہر کام کے بوجھ کے لیے صحیح تعداد میں فراہم کر سکتے ہیں۔ اس کام کے لیے، ہم نے ایک جامع سافٹ ویئر اسٹیک بنایا ہے جو کہ ڈومین کے لیے مخصوص صنعت کے فریم ورک جیسے TensorFlow اور FFMPEG کا فائدہ اٹھاتا ہے، جو ہمارے Vitis ترقیاتی پلیٹ فارم کے ساتھ مل کر کام کرتے ہیں۔ ہم ذہین وسائل کی تقسیم میں مدد کرنے کے لیے RedFish جیسے اعلیٰ سطح کے پروویژننگ فریم ورک کا بھی کردار دیکھتے ہیں۔

مستقبل اب ہے

کمپوز ایبل ڈیٹا سینٹر کا وعدہ ایک دلچسپ تبدیلی ہے اور Xilinx ڈیوائسز اور ایکسلریٹر کارڈ اس نئے موثر فن تعمیر کے کلیدی تعمیراتی بلاکس ہیں۔ تیزی سے دوبارہ ترتیب دینے، کم تاخیر، اور ایک لچکدار فن تعمیر کے ساتھ جو کام کے بوجھ کو بدلنے کے لیے ڈھال سکتا ہے، Xilinx اس ارتقاء میں ایک اہم کھلاڑی بننے کے لیے اچھی پوزیشن میں ہے۔