打破摩爾定律：谷歌與騰訊的下一代計算平臺選擇是？

谷歌技術(shù)架構(gòu)高級副總裁Urs H?lzle曾在2015年4月對美國媒體表示，谷歌肯定將切換到下1代計算平臺，這就是基于OpenPOWER開放芯片架構(gòu)的服務(wù)器。而谷歌服務(wù)器與存儲系統(tǒng)設(shè)計高級總監(jiān)、OpenPOWER同盟首屆主席Gordon McKean表示，已愈來愈難從現(xiàn)有的X86服務(wù)器中“榨取”更好的性能了。

無獨有偶，與谷歌研發(fā)下1代計算平臺一樣重量級的是中國互聯(lián)網(wǎng)公司的天蝎計劃。在2016年6月22日OpenPOWER中國峰會上，騰訊服務(wù)器平臺架構(gòu)師、天蝎計劃3.0項目經(jīng)理王偉對外流露騰訊已對OpenPOWER服務(wù)器做了較長時間的性能測試并對結(jié)果表示滿意，OpenPOWER也積極參與了下1代天蝎3.0標準與規(guī)范研究。

除谷歌和中國的互聯(lián)網(wǎng)公司外，來自中國的電信公司、大型企業(yè)、服務(wù)器廠商、軟件公司、系統(tǒng)集成商等也紛紜加入了OpenPOWER這1開放芯片架構(gòu)同盟。

OpenPOWER：X86的另外一種選擇

（上圖為IBM院士Bradley McCredie）

2013年8月6日，谷歌、IBM、Tyan、NVIDIA和Mellanox1起創(chuàng)建了后來被稱之為OpenPOWER基金會的組織，這個組織的目的是就把IBM Power服務(wù)器芯片架構(gòu)開放出來，以類似ARM開放移動芯片知識產(chǎn)權(quán)的方式，重新組建1個服務(wù)器芯片產(chǎn)業(yè)。

盡人皆知，OpenPOWER的目標是創(chuàng)建1個圍繞IBM Power處理器架構(gòu)的軟硬件生態(tài)系統(tǒng)，從而提供1個替換英特爾系統(tǒng)方案。Power系列服務(wù)器1向是高端服務(wù)器的代表，但在互聯(lián)網(wǎng)公司全面轉(zhuǎn)向英特爾X86商用服務(wù)器的大趨勢下，IBM選擇從服務(wù)器制造走向芯片設(shè)計。

與英特爾至強服務(wù)器系列芯片不同，IBM Power是基于高端RISC芯片架構(gòu)，天然支持數(shù)據(jù)分析等高性能計算，具有系統(tǒng)更緊湊、效力更高、能耗更低、計算能力更強等特點。目前IBM Power芯片系列已到Power 8版本，將于2017年推出Power 9版本，OpenPOWER則是與之相對應(yīng)的開源版本。

OpenPOWER芯片的獨特的地方在于提供了CAPI、FPGA和NVLink連接3大特性。CAPI即為1致性加速處理器接口總線協(xié)議，與傳統(tǒng)X86架構(gòu)下的PCI總線不同，CAPI讓外部硬件裝備可以直接訪問內(nèi)存而無需通過CPU中轉(zhuǎn)，這樣就可以提升操作系統(tǒng)、中間件和利用軟件的運行速度與性能。更加重要的是，它讓CPU與FPGA芯片更優(yōu)化地協(xié)同工作。

說到FPGA，不能不提到2015年6月1日英特爾宣布以167億美元價格收購全球第2大FPGA生產(chǎn)廠商Altera。FPGA是可編程的芯片，F(xiàn)PGA與CPU及GPU聯(lián)動有助于打破摩爾定律的限制，以低功耗到達更高的計算性能，英特爾也意想到了這1點，正把Altera的FPGA與至強處理器結(jié)合，向大客戶提供高度定制化的芯片。而FPGA全球第1大廠商Xilinx則是OpenPOWER同盟成員，Power 8及以后的架構(gòu)則提供了獨有的面向FPGA優(yōu)化的CAPI。

NVLink是下1代IBM Power 9的最新特性，是IBM與NVDIA等開發(fā)的CPU與GPU和GPU與GPU之間高速大帶寬直連通訊的互連協(xié)議。為何需要CPU與GPU之間的高速通訊？NVIDIA軟件開發(fā)技術(shù)總監(jiān)賴豪杰表示，在人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)等的人工智能計算中，需要在多個計算芯片之間大量數(shù)據(jù)通訊，這就是NVLink的價值。IBM院士Bradley McCredie介紹說，NVLink可將CPU與GPU的數(shù)據(jù)通訊從目前的16GB/s提升到40GB/s。

OpenPOWER開放架構(gòu)為芯片“玩家”開放了從CPU內(nèi)存到硬件主板再到與系統(tǒng)軟件之間的多重核心技術(shù)，讓“玩家”們可以根據(jù)各自的需求定制化自己的服務(wù)器芯片。但是，這還不是OpenPOWER最具吸引力的地方。Bradley介紹說，OpenPOWER最高端芯片的價格僅是英特爾至強最高端芯片E7系列價格的1/3還低，但性能卻優(yōu)于E7系列20%~30%，綜合性價比是E7系列的3倍，而且OpenPOWER也提供包括L/LC等系列在內(nèi)的中低端服務(wù)器芯片。

作為OpenPOWER同盟的中國首個成員，蘇州中晟宏芯信息科技有限公司戰(zhàn)略委員會主任盧義遠表示，實際測試表明20臺Power服務(wù)器相當5倍X86服務(wù)器即100臺服務(wù)器的性能。相比之下，節(jié)儉的占地面積和功耗都非常可觀。隨著大數(shù)據(jù)與云計算爆發(fā)式的增長，盧義遠認為“不超過5年大家就能夠看到X86承當不了這么大范圍的云計算。”

谷歌的選擇

（上圖為谷歌數(shù)據(jù)中心）

2016年4月，谷歌硬件工程主管兼OpenPOWER基金會總監(jiān)Maire Mahony在谷歌云平臺博客中發(fā)表文章稱，谷歌與RackSpace共同開發(fā)了基于IBM Power 9的開放服務(wù)器架構(gòu)，并將向由Facebook等發(fā)起的OCP開源硬件社區(qū)提交，從而進入下1代開放服務(wù)器設(shè)計標準。

Maire稱谷歌對計算能力與計算資源的需求是“無情的”，而且絕不會減速。在2008年的時候，谷歌找到了1萬億個網(wǎng)址，如今這個數(shù)字是60萬億。為了應(yīng)對這個巨大的挑戰(zhàn)，谷歌硬件工程要確保能夠處理異構(gòu)的計算指令集（即不同的CPU芯片），從而取得最好性價比。

成立于1998年的谷歌在全球運維著上千萬臺服務(wù)器，基于摩爾定律的CPU芯片明顯難以滿足這樣龐大范圍服務(wù)器群的需求。摩爾定律總有上限，到了上限以后怎樣辦，這是谷歌工程師從很早之前就開始思考的問題，這也是谷歌會成為OpenPOWER基金會開創(chuàng)成員的緣由。

Power系列服務(wù)器以更小的體積提供了更高的性能，這是小型機處理器架構(gòu)服務(wù)器天然優(yōu)于英特爾處理器架構(gòu)的地方。H?lzle稱常常被問及谷歌是不是斟酌切換到Power架構(gòu)服務(wù)器，而“答案是肯定的”。由于即便是對某1代產(chǎn)品來講，性價比的提升也是接近20%。

谷歌現(xiàn)在多是英特爾服務(wù)器芯片最大的買家，但英特爾至強服務(wù)器芯片設(shè)計其實不對外開放，如果谷歌要從CPU開始向上控制和優(yōu)化全部硬件工程，就必須要有自己的服務(wù)器芯片。IBM選擇開放自己的Power服務(wù)器芯片技術(shù)，這恰好逢迎了谷歌的需求。要知道，谷歌曾研發(fā)了全球性能最強的交換機，緣由是由于市場已有的交換機都不能滿足谷歌的實際需求。

現(xiàn)在，谷歌已在自己的數(shù)據(jù)中心內(nèi)部運行了基于Power 8架構(gòu)的定制化服務(wù)器，谷歌的開發(fā)人員可以根據(jù)自己的需求，在這些服務(wù)器上部署關(guān)鍵型利用。雖然谷歌沒有對外流露這些服務(wù)器的數(shù)量和在上面跑的具體利用，但谷歌對OpenPOWER架構(gòu)芯片的態(tài)度是“All In”。

而且，谷歌還進1步與托管云及云計算技術(shù)廠商RackSpace1起設(shè)計了基于Power 9的下1代服務(wù)器架構(gòu)，Power 9的設(shè)計預(yù)計于2017年正式推出。過去，云數(shù)據(jù)中心被認為是英特爾服務(wù)器芯片的天下，而RackSpace轉(zhuǎn)投OpenPOWER陣營，對英特爾來講將有深遠影響。

騰訊的選擇

（上圖為中國開放數(shù)據(jù)中心發(fā)展歷程）

在國外有谷歌，在國內(nèi)就是BAT。在國外有Facebook等組建的開源硬件項目OCP，在國內(nèi)就有BAT等組建的天蝎計劃（后更名為ODCC中國開放數(shù)據(jù)中心委員會）。

ODCC的前身天蝎計劃是2011年由BAT共同組建的開源硬件服務(wù)器的項目，致力于為中國互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)提供開放開源的數(shù)據(jù)中心服務(wù)器，后來隨著中國電信、中國移動、中國聯(lián)通和中國通訊研究院的加入，在2014年天蝎計劃正式更名為ODCC開放數(shù)據(jù)中心委員會，希望為中國全行業(yè)提供開源開放的服務(wù)器解決方案。

王偉介紹說，截止目前中國大約有23萬臺天蝎服務(wù)器已落地部署，為用戶節(jié)儉了4⑸億元人民幣，同時減少了7.8萬噸大氣碳排放。2015年，天蝎服務(wù)器新部署了3000多個機柜接近10萬多臺服務(wù)器，占中國服務(wù)器市場出貨量的5%，2016年預(yù)計新增4000機柜接近13萬臺服務(wù)，2017年將接近12%的市場占比。

天蝎整機柜能給用戶帶來怎樣的收益？在TCO整體具有本錢方面，能夠給用戶帶來下降10%⑵0%的收益，同時在故障率方面能大幅下降40%左右，而部署效力上能提高10倍以上。如今，天蝎整機柜服務(wù)器不但面向互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)用戶，還已在電信運營商落地利用，未來在面向政府、企業(yè)、高性能計算、高校和金融行業(yè)也能夠找到更好的利用場景。

從2011年到如今，天蝎整機柜已經(jīng)歷了2.5代的發(fā)展。在天蝎1.0的階段，對服務(wù)器硬件架構(gòu)做了1次重構(gòu)，把服務(wù)器的供電子系統(tǒng)和散熱子系統(tǒng)解耦，構(gòu)成機柜級別的統(tǒng)1供電和統(tǒng)1散熱。天蝎2.0對服務(wù)器全部子系統(tǒng)做了更深入的標準化和規(guī)范化，包括機架子系統(tǒng)、供電子系統(tǒng)、散熱子系統(tǒng)、管理子系統(tǒng)和服務(wù)器的節(jié)點子系統(tǒng)等。

2015年ODCC啟動了天蝎3.0的項目研究，目標是希望進1步提高服務(wù)器資源的利用率來下降數(shù)據(jù)中心的能耗。而觸發(fā)天蝎3.0研究的緣由主要有兩個：1是服務(wù)器內(nèi)部各個子系統(tǒng)部件的利用率不1樣，造成了不同工作負載下存在部件子系統(tǒng)的資源浪費；2是服務(wù)器子系統(tǒng)里各個部件的升級換代周期不1樣，造成了服務(wù)器研發(fā)本錢、運維本錢和交付本錢的增加。

天蝎3.0的目標需要對服務(wù)器硬件內(nèi)部更高的可視化與更細的調(diào)劑力度，這就需要類似OpenPOWER的開放硬件架構(gòu)。IBM與OpenPOWER同盟在2015年加入了ODCC同盟，隨后也積極參與了天蝎2.5的標準制定，設(shè)計和開源了1款天蝎服務(wù)器，可提供高達1TB的內(nèi)存，內(nèi)存性能相當于傳統(tǒng)中高端服務(wù)器內(nèi)存性能的兩倍，而OpenPOWER芯片的磁盤IO能力也能將硬盤和硬盤控制性能發(fā)揮到最大化。目前，IBM正參與天蝎3.0的技術(shù)研究和規(guī)范的制定。

據(jù)王偉介紹，騰訊現(xiàn)在有1000PB的數(shù)據(jù)，每天還在產(chǎn)生接近1.8PB的用戶數(shù)據(jù)和系統(tǒng)日志在產(chǎn)生，每天有5.6萬億條進入騰訊系統(tǒng)的消息需要被處理和分析。因此，騰訊需要1個大范圍、高性能的大數(shù)據(jù)處理平臺來處理這些數(shù)據(jù)，為用戶創(chuàng)造更多的價值。

騰訊已進行了長時間的OpenPOWER服務(wù)器性能測試和評估，認為OpenPOWER的多核多線程和高內(nèi)存帶寬等特性非常合適大數(shù)據(jù)等利用場景。另外，OpenPOWER架構(gòu)可以很好地發(fā)揮FPGA與GPU的聯(lián)動性能，在人工智能領(lǐng)域有出色的性能表現(xiàn)。

ODCC的成員與谷歌的選擇非常類似，不管是從突破摩爾定律天花板，還是擺脫英特爾對CPU級的掌控，開源開放的OpenPOWER芯片架構(gòu)都是更好的選擇。IBM OpenPOWER同盟總經(jīng)理Ken King進1步指出，英特爾芯片愈來愈把計算集中到CPU本身處理，這將產(chǎn)生更多的瓶頸。OpenPOWER則把計算分散到內(nèi)存、FPGA、網(wǎng)絡(luò)等多個環(huán)節(jié)，“把計算資源推向數(shù)據(jù)，而不是把數(shù)據(jù)推向計算資源”，這更符合大數(shù)據(jù)實時分析的需求。

中國軍團借力上位

、

（上圖為浪潮電子副總裁李金）

自2013年8月成立OpenPOWER基金會后，也就是IBM公然Power架構(gòu)至今，已接近3年的時間。對這樣1個新的芯片生態(tài)，到現(xiàn)在已吸納了全球24個國家的200多家成員，推出了80多種產(chǎn)品和解決方案，支持POWER+Linux系統(tǒng)的ISV已超過2300家。OpenPOWER生態(tài)正在為數(shù)據(jù)中心帶來1場新的變革。

而OpenPOWER自推出之日起，就遭到了中國產(chǎn)業(yè)界的極大關(guān)注。特別是在國產(chǎn)化大趨勢下，服務(wù)器芯片國產(chǎn)化是國內(nèi)技術(shù)公司的挑戰(zhàn)，而IBM開放Power芯片則無疑是利好消息。IBM大中華區(qū)科技戰(zhàn)略合作總經(jīng)理姜錫岫表示，OpenPOWER在國內(nèi)有30多家成員，觸及芯片、主板、固件、服務(wù)器、操作系統(tǒng)、中間件、云計算、大數(shù)據(jù)及利用等全部產(chǎn)業(yè)鏈的各個環(huán)節(jié)。

在2016 OpenPOWER中國峰會上，浪潮作為國內(nèi)服務(wù)器行業(yè)的重量級廠商也宣布推出首款OpenPOWER服務(wù)器。浪潮電子副總裁李金說，在大數(shù)據(jù)、認知、云計算、互聯(lián)網(wǎng)利用等新興的工作負載上，看到OpenPOWER架構(gòu)有著獨特的性能和技術(shù)優(yōu)勢。浪潮致力于下1代數(shù)據(jù)中心的研究，結(jié)合了OpenPOWER服務(wù)器的多架構(gòu)數(shù)據(jù)中心能更好的滿足用戶的各類需求。

中國移動福建公司大數(shù)據(jù)中心經(jīng)理謝志崇在2016 OpenPOWER中國峰會介紹說，福建移動公司在5年之前就開始嘗摸索索使用Linux On Power技術(shù)服務(wù)器，現(xiàn)已進入大范圍利用，現(xiàn)有200臺節(jié)點服務(wù)器在實際的生產(chǎn)環(huán)境當中運行。從電信運營商的角度來講，1是大范圍的數(shù)據(jù)和用戶數(shù)量要求非常強的處理性能，2是需要有可靠穩(wěn)定的系統(tǒng)來保障業(yè)務(wù)連續(xù)性和系統(tǒng)可用性，基于這兩點綜合測評福建移動選擇了OpenPOWER。

固然，OpenPOWER在中國的推行也不是1帆風(fēng)順。蘇州中太服務(wù)器有限公司是國內(nèi)最早推出基于OpenPOWER開放技術(shù)自主研發(fā)國產(chǎn)服務(wù)器的企業(yè)。2014年蘇州中太率先加入OpenPOWER基金會，2015年推出國內(nèi)首款OpenPOWER架構(gòu)的服務(wù)器產(chǎn)品——RedPower。

蘇州中太董事長王雪松表示，過去1年用戶的反饋表明，RedPower在尋求極致性能和大數(shù)據(jù)利用領(lǐng)域，其優(yōu)勢相較于x86來講尤其凸顯。RedPower能突破x86沒法突破的性能瓶頸，而當面向大數(shù)據(jù)利用定單數(shù)量到達1定范圍（幾百臺以上）時，RedPower積累的性價比極具吸引力。

對OpenPOWER這樣1個不到3年的新生態(tài)，王雪松進1步表示，OpenPOWER走的是1條不同于x86的路，這就要求用戶和服務(wù)器廠商必須迅速同享和吸收1套全新的知識體系。特別是目前市面上有大量的利用系統(tǒng)完全是以x86為藍本優(yōu)化的，如果用戶在購買OpenPOWER產(chǎn)品后并未進行定制優(yōu)化的話，就沒法最大程度發(fā)揮其性能，“經(jīng)過我們的優(yōu)化后，機器性能到達了優(yōu)化前的10倍以上。”

當今，中國服務(wù)器市場競爭已從硬件主導(dǎo)向利用主導(dǎo)過渡，不再單純是單1產(chǎn)品的競爭，而是全方位解決方案的生態(tài)競爭。隨著過去3年，愈來愈多的中國廠商和企業(yè)用戶加入OpenPOWER陣營，接下來就是軟件系統(tǒng)和利用大發(fā)展的3年。斟酌到中國有全球最大的互聯(lián)網(wǎng)公司和電信公司，OpenPOWER生態(tài)有可能在中國最早成熟。

中石化金陵分公司在“1025”期間已把智能制造搬到了基于OpenPOWER的混合云之上，“1035”還準備利用大數(shù)據(jù)、云計算等技術(shù)全面提升金陵石化“兩化”融會的水平，包括企業(yè)感知、協(xié)同、分析能力和數(shù)字化、集成化、模型化、自動化、智能化等方面。這些都是OpenPOWER能夠大顯身手的機會。

在不遠的未來，對計算性能、數(shù)據(jù)交換與通訊能力要求更高的區(qū)塊鏈、人工智能、虛擬現(xiàn)實、物聯(lián)網(wǎng)實時數(shù)據(jù)分析等等，將是激起OpenPOWER生態(tài)大發(fā)展的殺手級利用。

OpenPOWER同盟和基金會的出現(xiàn)恰恰趕了上摩爾定律行將見頂、中國的國產(chǎn)化浪潮、互聯(lián)網(wǎng)公司進入下1個階段、顛覆性新技術(shù)行將范圍化發(fā)展等幾大趨勢。所謂，風(fēng)口上，想不飛也難。（文/寧川）

【更多精彩內(nèi)容 盡在《云科技時期》微信 微信號：CloudTechTime】

生活不易，碼農(nóng)辛苦
如果您覺得本網(wǎng)站對您的學(xué)習(xí)有所幫助,可以手機掃描二維碼進行捐贈