DOME MicroDataCenter

microDataCenter 32-vägs bärare
fullt befolkat DOME microDataCenter som visas på SC17, Denver, nov 2017, innehållande 24 server och 8 FPGA-kort, 10 GbE switch, lagring, ström och kylning - bilden visar hälften av 2U-rackenheten

Ett microDataCenter innehåller beräkning, lagring, ström, kylning och nätverk i en mycket liten volym, ibland även kallad "DataCenter-in-a-box". Termen har använts för att beskriva olika inkarnationer av denna idé under de senaste 20 åren. I slutet av 2017 visades en mycket tätt integrerad version på SuperComputing-konferensen 2017: DOME microDataCenter. Nyckelfunktioner är dess varmvattenkylning, helt solid-state och att den är byggd med endast råvarukomponenter och standarder.

DOME-projekt

DOME är ett holländskt statligt finansierat projekt mellan IBM och ASTRON i form av ett offentlig-privat partnerskap för att utveckla tekniska färdplaner riktade mot Square Kilometer Array (SKA), världens största planerade radioteleskop . Den kommer att byggas i Australien och Sydafrika under slutet av 2010-talet och början av 2020-talet. Ett av de 7 DOME-projekten är MicroDataCenter (tidigare kallat Microservs ) som är små, billiga och beräkningseffektiva.

Målet för MicroDataCenter är möjligheten att användas både nära SKA-antennerna för att göra tidig bearbetning av data, och inuti mycket större superdatorer som kommer att göra big data- analysen. Dessa servrar kan användas i mycket stort antal och på miljömässigt extrema platser som i öknar där antennerna kommer att finnas och inte bara i kylda datacenter.

En vanlig missuppfattning är att mikroservrar endast erbjuder låg prestanda. Detta orsakas av att de första mikroservrarna är baserade på Atoms eller tidiga 32-bitars ARM-kärnor. Målet med DOME MicroDataCenter-projektet är att leverera hög prestanda till låg kostnad och låg effekt. En viktig egenskap hos ett MicroDataCenter är dess förpackning: mycket liten formfaktor som tillåter korta kommunikationsavstånd. Detta är baserat på att använda mikroservrar , eliminera alla onödiga komponenter genom att integrera så mycket som möjligt från den traditionella beräkningsservern till en enda SoC (Server på ett chip). En mikroserver kommer inte att leverera högsta möjliga entrådiga prestanda, istället erbjuder den en energioptimerad designpunkt vid medelhög levererad prestanda. Under 2015 börjar flera högpresterande SoCs dyka upp på marknaden, i slutet av 2016 finns ett bredare urval tillgängligt, som Qualcomms Hydra.

På servernivå erbjuder det 28 nm T4240-baserade mikroserverkortet dubbelt så mycket operationer per Joule jämfört med en energioptimerad 22 nm Finfet XEON-E3 1230Lv3-baserad server, samtidigt som det levererar 40 % mer sammanlagd prestanda. Jämförelsen är på serverkort och inte på chipnivå.

Design

År 2012 började ett team på IBM Research Zürich under ledning av Ronald P. Luijten sträva efter en mycket beräkningstät och energieffektiv 64-bitars datordesign baserad på råvarukomponenter som kör Linux . En system-on-chip- design (SoC) där de flesta nödvändiga komponenterna skulle passa på ett enda chip skulle passa dessa mål bäst, och en definition av "mikroserver" dök upp där i huvudsak ett komplett moderkort (förutom RAM-minne, startflash och strömomvandlingskretsar) skulle passa på chipet. ARM- , x86- och Power ISA - baserade lösningar undersöktes och en lösning baserad på Freescales Power ISA-baserade P5020 / fyrkärniga P5040 -processor kom överst vid beslutstillfället 2012.

Konceptet liknar IBMs Blue Gene- superdatorer men DOME-mikroservern är designad kring hyllan komponenter och kommer att köra standardoperativsystem och protokoll, för att hålla utvecklings- och komponentkostnaderna nere.

Den kompletta mikroservern är baserad på samma formfaktor som standard FB-DIMM- sockel. Tanken är att få plats med 128 av dessa beräkningskort i en 19" rack 2U-låda tillsammans med nätverksväxel för extern lagring och kommunikation. Kylning kommer att tillhandahållas via Aquasars varmvattenkylningslösning som pionjärer av SuperMUC- superdatorn i Tyskland.

Designen av den första prototypen släpptes till DOME-användargemenskapen den 3 juli 2014. P5040 SoC-chippet, 16 GB DRAM och några kontrollchips (som PSoC 3 från Cypress som används för övervakning, felsökning och uppstart ) omfattar en komplett beräkningsnod med de fysiska måtten 133×55 mm. Kortets stift används för en SATA , fem Gbit och två 10 Gbit Ethernet- portar, ett SD-kortgränssnitt , ett USB 2 -gränssnitt och ström. Beräkningskortet fungerar inom ett 35 W effektkuvert med utrymme på upp till 70 W. Materialförteckningen är cirka 500 USD för den enda prototypen.

I slutet av 2013 valdes en ny SoC för den andra prototypen. Freescales nyare T4240 med 12 kärnor/hela 24 trådar är betydligt kraftfullare och fungerar inom en effekt som är jämförbar med P5040 vid 43W TDP. Detta nya mikroserverkort erbjuder 24 GB DRAM och drivs såväl som kyls från kopparvärmespredaren. Den byggs och valideras för den större utbyggnaden i hela 2U-lådan i början av 2017. För att stödja inbyggd 10 GbE-signalering ersattes DIMM-kontakten med SPD08-kontakten.

I slutet av 2016 slutfördes produktionsversionen av det T4240-baserade mikroserverkortet. Med samma formfaktor och samma anslutning (och därmed pluggkompatibel) färdigställdes ett andra serverprototypkort baserat på NXP (tidigare Freescale) LS2088A SoC (med 8 A72 ARMv8-kärnor) ungefär samtidigt.

Historia

microDataCenter produktionsversion
32-vägs bärare med 24 T4240ZMS-servrar och 8 FPGA-kort

Den minsta formfaktormikrodatacentertekniken togs fram av DOMEs mikroserverteam i Zürich. Datorn består av flera mikroservrar och nätverket består av minst en mikroswitchmodul. Den första livedemon av ett 8-vägs prototypsystem baserat på P5040ZMS utfördes på Supercomputing 2015 som en del av den nya teknologin, följt av en livedemo på CeBIT i mars 2016. 8 Way HPL demonstrerades på CeBIT, därav namnet 'LinPack -i-skokartong'.

Under 2017 avslutade teamet den produktionsklara versionen som innehåller 64 T4240ZMS-servrar, två 10/40 GbE-switchar, lagring, ström och kylning i en 2U-rackenhet. Bilden längst ner till höger visar 32-vägshållaren (hälften av 2U-rackenheten) fylld med 24 T4240ZMS-servrar, 8 FPGA-kort, switch, lagringskraft och kylning. Denna teknik ökar densiteten 20 gånger jämfört med traditionellt paketerad datacenterteknik samtidigt som den levererar samma sammanlagda prestanda. Detta uppnås genom en ny top-down design som minimerar antalet komponenter, använder en SoC istället för traditionell CPU och tät förpackning som möjliggörs genom användning av varmvattenkylning.

Framtida

Ett nystartat företag - fortfarande i smygläge - håller på att skaffa en tekniklicens från IBM för att lansera tekniken 1H 2018.

Tyvärr kunde startupföretaget inte få såddfinansiering för att starta produktisering. Detta projekt, inklusive alla resurser, har lagts i malpåse och Ronald drog sig tillbaka från forskningslabbet i Zürich. (augusti 2020)