下一代计算机架构登场！惠普展示以存储为核心的 “the Machine” 原型机

编者按：HPE 宣布成功研制“基于存储的计算架构”（Memory-Driven Computing）。它颠覆了以往 把 CPU 作为计算机核心的惯例，而采取多个处理器共用中央存储集群的运行模式。虽然 HPE 声称该架构有极广的适用性，但它主要是为大型数据中心所设计，尤其是对物联网大数据的分析、处理。另外，HPE 并没有打算向服务器市场推出基于全新架构的产品，这次的发布会更像是一个广告——为 HPE 使用新技术的的各类企业产品做推广，尤其是 HPE 的持久存储和尚在开发中的非易失性存储产品。将来，新的计算架构是否会颠覆企业服务器市场？我们拭目以待。

众所周知，今天的电脑，是以 CPU 作为核心，内存和硬盘存储作为辅助。这其实是 1940 年代“计算机之父”约翰·冯·诺依曼设计的系统架构，距今已超过 60 年。

计算机巨头 HPE（惠普企业）认为，革新计算机系统架构的时机正在成熟。

本月 28 日， HPE 宣布，已成功开发出下一代计算机架构：基于存储的计算。这是一个把存储，而非处理器，作为计算机运算核心的概念。HPE 认为，它能带来数个量级的计算性能和效率提升。

注：HPE（惠普企业）全称为“Hewlett Packard Enterprise”，为原惠普公司企业业务部，现已独立拆分。

动图演示：从传统以 CPU 为核心的计算架构到基于存储的计算架构

如图所示，采用传统架构的大型数据中心，大量工作被浪费在系统之间数据的传输。而在基于存储的计算架构中，多个 SoC 共享中央存储集群，极大提高传输数据的效率。

作为对“基于存储的计算”的概念验证，HPE 还展示了采用新一代计算架构的原型机：

研究人员正在组装“the Machine”原型机的核心部件

“The Machine”原型机组装完成

原型机的每一个 SoC 有独立 DRAM（系统内存），但通过光子通讯共享 2 到 4TB 的“持久存储”（persistent memory）。所有处理器能通过光纤维，在其他节点（nodes）上连接持久存储。这构成了一个容量巨大、可按字节寻址的中央存储集群。该公司没有透露 CPU 信息，但外媒猜测，它可能使用了 64 位 ARM v8-A 或英特尔 X86 处理器。

HPE 用这台原型机展示了：

• 计算节点与被系统共享的 Fabric-Attached Memory 存储集群连接。

• 一个经过优化的、基于 Linus 的操作系统在 SOC 芯片上运转。

• 计算机的光通讯设备，包括新的 X1 光子模块能连接上网并正常运转。

• 新的软件编程工具，能对富余的持久存储空间加以利用。

HPE 表示，这个新的计算架构能够按照 HPE 工程师们的设计，让各个基础模块协同运转。

“The Machine”项目

据美国高德纳公司预计：到 2020 年，世界物联网设备将达到 208 亿台，这会生成前所未有的海量数据。届时，数据增长的速度，会大大高于现有计算架构对数据进行处理、存储和加密的速度。

这要求数据中心和服务器，把数据处理性能提高到一个前所未有的新水平。而在摩尔定律已失效的情况下，在现有计算架构上实现这一目标显得不切实际。这便是 HPE “the Machine”项目的初衷：为数据中心和超算系统开发下一代高性能计算架构。

“the Machine”的项目 logo

上文中的原型机，便是诞生于“the Machine”项目。HPE 声明，“基于存储的计算”会颠覆已成为老古董的、以 CPU 为核心的计算机架构。因此，它将成为计算机发展史上的“关键里程碑”。

HPE 副总经理 Antonio Neri 说：“‘The Machine’是 HPE 迄今为止规模最大、最复杂的研究项目。用这个原型机，我们展示了“基于存储的计算”的前景，并为相关创新打开了大门。我们的客户和整个计算行业，都将在这项创新中受益。我们会继续研究能颠覆现有游戏规则的黑科技。”

在项目的设计阶段，模拟程序就预测，新架构的运行速度将比现有计算系统高“数个数量级”。现在，HPE 在现有的计算机硬件上测试了新的软件编程工具，并证明根据在不同工作情况下，理论上能达到最高 8000 倍的运算速度。

基于存储计算架构在不同任务下的运算速度。其中，在内存计算能达到现有技术的 15 倍， 海量图形推理 100 倍，近似物搜索 300 倍，金融模型运算 8000 倍。

用更多节点和存储扩展原型机的配置之后， HPE 预计仍能达到相似倍数的性能提升。

“The Machine”项目更多地关注于百万兆级运算（exascale computing）。百万兆级运算是高性能计算（High Performance Computing）一个快速发展的领域，它致力于开发出，性能比现有云计算平台高几个数量级的计算机设备。

除了传说中的性能，HPE 基于存储的计算架构还拥有极为理想的扩展性。从迷你物联网设备到百万兆级运算设备，该架构都可以应用。这使它成为，处理高性能计算和数据密集任务的理想平台，包括大数据分析。

新架构的商业化

HPE 已经决定，不会推出采用新架构的完整计算机系统。 这很可能是由于成本的限制。他们推出这台“the Machine”原型机也不是为了打造产品，而是向世界展示该项目的进展。在很长一段时间内，这台原型机会是世界上唯一一台基于存储计算架构的计算机。

但是，“the Machine”项目开发出的这一系列技术，将会被分拆应用于 HPE 的各项独立产品中。这些技术可被分为四类：1.非易失性存储 （NVM，Non-Volatile Memory） 2. 光纤维 3. 软件生态系统 4. 安全。其中，非易失性存储产品和生态系统尤为重要。

非易失性存储 

HPE 正努力把可按字节编址的（byte-addressable）非易失性存储产品带到市场，该公司计划最早在 2018/2019 年实现。它的目的是把 DRAM 的性能与传统存储产品大容量、持久的特点相结合。利用“The Machine”的项目成果，HPE 已经开发出了持久内存，这是开发出可按字节编址的非易失性存储产品的关键一步。该公司已经在 ProLiant DL360 和 DL380 Gen9 服务器上发布了 HPE 持久内存。

以下为 HPE 非易失性存储产品的路线图：

• ·现在：ProLiant设备将引入持久性内存以供各应用程序使用，这部分内存由DRAM及闪存混合构成。

• 2016年 – 2017年:采用经过改进的DRAM持久性内存。

• 2018年 – 2019年:为软件提供速度低于RAM但成本更为低廉的真正非易失性内存(简称NVM)。

• 2020年及之后: NVM技术将被应用于多个产品类别当中。

生态系统

HPE 已经为基于存储计算架构的软件开发做了很多工作。今年，HPE 发布了与 Hortonworks 和 Spark 在新架构上软件开发的合作。在今年 6 月，HPE 在 Github 发布了，帮助开发者熟悉新架构软件开发的代码包。该公司准备在明年，把这些代码用于已有的硬件上。HPE 将最早在 2018/2019 年， 开始把下一代分析工具和应用程序整合入新系统。他们计划在未来几年中，把生态系统的技术和标准整合入一整套的产品当中。

该公司表示，他们会尽快把基于存储计算架构的各项附属技术商业化，推出各项衍生产品。

via  hpe， the register

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