Maskinen (datorarkitektur)

The Machine är namnet på en experimentell dator tillverkad av Hewlett Packard . Den skapades som en del av ett forskningsprojekt för att utveckla en ny typ av datorarkitektur för servrar. Designen fokuserade på en "minnescentrerad datoranvändning"-arkitektur, där NVRAM ersatte traditionellt DRAM och diskar i minneshierarkin . NVRAM var byteadresserbar och kunde nås från vilken CPU som helst via en fotonisk sammankoppling . Målet med projektet var att bygga och utvärdera denna nya design.

Hårdvaruöversikt

Maskinen var ett datorkluster med många individuella noder kopplade över ett minnestyg. Tygförbindelsen använde VCSEL -baserad kiselfotonik med ett anpassat chip som kallas X1. Tillgång till minne är olikformig och kan innehålla flera hopp . Maskinen var tänkt att vara en dator i rackskala initialt med 80 processorer och 320 TB tyganslutet minne, med potential för skalning till fler höljen upp till 32 ZB. Det fabriksanslutna minnet är inte cachekoherent och kräver programvara för att vara medveten om denna egenskap. Eftersom traditionella lås behöver cachekoherens, lades hårdvara till bryggorna för att utföra atomoperationer på den nivån. Varje nod har också en begränsad mängd lokalt privat cache-koherent minne (256 GB). Lagring och beräkning på varje nod hade helt separata kraftdomäner.

Ett logiskt diagram som visar en enda nod i maskinen. Dussintals noder är sammankopplade med hjälp av bakplanet. Den ursprungliga prototypen innehöll DRAM, med det slutliga målet att ersättas med mer NVRAM.

Hela tygminnet i The Machine är för stort för att mappas in i en processors virtuella adressutrymme (som var 48-bitars brett). Det behövs ett sätt att mappa fönster från det tyganslutna minnet till processorminnet. Därför går kommunikationen mellan varje nod SoC och minnespoolen genom en FPGA -baserad "Z-bridge"-komponent som hanterar minnesmapping av den lokala SoC:en till det fabriksanslutna minnet. Z-bryggan hanterar två olika sorters adresser: 53-bitars logiska Z-adresser och 75-bitars Z-adresser, vilket möjliggör adressering av 8PB respektive 32ZB. Varje Z-brygga innehöll också en brandvägg för att upprätthålla åtkomstkontroll. Interconnect-protokollet har utvecklats internt och känt som Next Generation Memory Interconnect (NGMI). Detta protokoll utvecklades till den öppna Gen-Z -standarden. Z-bryggan ansluter till SoC med PCIe, vilket undviker stora mjukvaruförändringar.

En halv rack- prototyp av maskinen presenterades på HPE Discover i London 2016. Varje nod innehöll ARMv8-A- baserade Broadcom / Cavium ThunderX2 SoCs. Totalt fanns det 40 32-kärniga SoCs. På grund av otillgänglighet av adekvat memristor-baserat NVRAM eller fasförändringsminne använde prototypen 160 TB batteristödd DRAM . Trots detta bakslag sa mjukvaruarkitekten Keith Packard att detta "kan användas för att bevisa de andra delarna av designen innan du byter". Enligt The Register stötte HPE:s partnerskap med SK Hynix för att utveckla memristor -baserat NVRAM på finansierings- och riktningsproblem och de arbetade med Sandisk om Resistive RAM ( ReRAM ) för The Machine. Enligt The Next Platform övervägde HPE att byta till Intel Optane DIMMs "när produktionskvantiteter av finns tillgängliga på marknaden".

The Next Platform uppskattade att rackprototypen skulle förbruka 24 kW till 36 kW ström.

Programöversikt

Två stora programvaruprojekt skapades för maskinen. En experimentell version av Linux som heter Linux++ med alla nödvändiga förbättringar för att konfigurera hårdvaran och arbeta med traditionella programmeringsmodeller. Detta inkluderade bryggkonfiguration, åtkomstkontroll och kartläggning med DAX-delsystemet. Parallellt tillkännagavs ett nytt operativsystem (OS) kallat Carbon som skulle utformas från första principer för att dra full nytta av en NVRAM-baserad dator.

Primära arbetsbelastningar för The Machine inkluderade en minnesdatabas , Hadoop -programvara och realtidsanalys av big data . HPE hävdade att en minnesdriven datordesign som The Machine kunde "förbättra hastigheterna med upp till 8000x jämfört med konventionella system".

I prototypsystemet organiserades systemets tyganslutna minne av en "top of rack"-hanteringsserverkomponent kallad The Librarian. Bibliotekarien delade upp minnet i "hyllor" med 8GB "böcker", och hårdvaruskydd kunde konfigureras på bokgränser. En finkornig 64KB "häfte" stöddes också.

Mappningen av minne hanteras av operativsystemet, medan åtkomstkontrollerna för minnet konfigureras av hanteringsinfrastrukturen för The Machine-systemet som helhet. Programvaran måste vara medveten om att minnesläsningar av tyganslutna minne kan ha synkrona fel medan skrivningar kan ha asynkrona fel. På Linux-systemet, när ett minnesfel inträffar, används SIGBUS- operativsystemets signal.

Förändringar av programmeringsmodeller och datastrukturer undersöktes också, inklusive ändringar av trådbibliotek och heapdatastrukturer för att vara motståndskraftiga med icke-flyktiga minnesfellägen.

Historia

Några år efter HP:s återupptäckt av Memristor skapade HPs nyutnämnde CTO, Martin Fink, ett HP Labs- projekt för att bygga ett datorsystem baserat på memristor för att ta itu med nedgången i Moores lag . Han tillkännagav projektet vid HP:s Discover-evenemang sommaren 2014. Några av idéerna till The Machine kom också från Dragonhawk- systemdesigner. Tre fjärdedelar av HP Labs 200 anställda var fokuserade på maskinens hårdvara och mjukvara.

På tal med Bloomberg säger HP att de kommer att kommersialisera The Machine inom några år, "eller falla på ansiktet när de försöker."

Kirk Bresniker tjänstgjorde som chefsarkitekt och Keith Packard anställdes för att arbeta med Linux-förbättringarna. Bdale Garbee anställdes för att hantera utveckling av öppen källkod.

2015 separerade Hewlett-Packard i två separata företag, HP Inc och Hewlett Packard Enterprise (HPE), med The Machine-projektet tilldelat det senare.

I slutet av 2016 gick Martin Fink i pension som HPE CTO. Finks avgångsmeddelande sade också att Hewlett Packard Labs personal skulle flyttas till produktgruppen Enterprise för att "anpassa vårt FoU-arbete på The Machine med verksamheten".

I början av 2017 hade Hewlett Packard Labs en bild som sa att projektets mål var "att visa framsteg, inte utveckla produkter" och att de skulle "samarbeta för att leverera differentierande maskinvärde till befintliga arkitekturer såväl som störande arkitekturer". BleepingComputer sa "Med andra ord, The Machine är inte längre en produkt i sig. Istället kommer den att tillhandahålla teknologier som kommer att användas i andra HPE-produkter framöver." HPE omstrukturerade sin rena FoU-organisation och placerade den i produktgruppen. Yahoo! Finans rapporterade att maskinens prototyp "förblir år borta från att vara kommersiellt tillgänglig".

Under 2018 uppgav HPE att projektet hade nått det stadium att det behövde kommersiella applikationer från kunder i nästa steg av sin utveckling.