От време на време в презентации на технологични доставчици се чува позоваване на нещо, наречено „тик-так“. Тик-так е термин, описващ възприет модел на събития, които се случват в продължение на определен период от време. При разпознаване на такъв модел „тик-так“ описанието дава поглед в перспектива на привидно голямата бъркотия в технологичния напредък, докато в същото време осигурява и рамка за предсказване на бъдещето. И двете ни карат да смятаме, че бъдещето е по-малко страшно.
Това, което твърдим в тази статия е, че многоядрените процесори биха могли да бъдат следващия „тик-так“ в сториджа.
От гледна точка на производителя на компютърни чипове Intel „тик“ частта на термина включва създаването на нова микропроцесорна технология или подобряване на съществуващата. „Так“ частта е комерсиализацията на тази технологичната иновация, което води до нейното приемане сред потребителите.
Тик: Intel удвоява броя на транзисторите в една микросхема и намира нови и по-добри начини за подобряване на тактовата честота на процесора. Так: По-бързи и с по-голяма плътност чипове стават предмет на масово производство и навлизат на пазара, където те да се вграждат в сървъри, компютри, таблети, смартфони и така нататък. Резултатът е цялостно подобряване на ефективността и капацитета на компютърната инфраструктура – да не говорим за натрупването на огромна печалба за иновативния производител. Тик так.
Законът на Мур
Законът на Мур се цитира, като описващ темпото на „тик“ от гледна точка на увеличаване на броя транзистори в един процесор. През 1965 г. съоснователят на Интел Гордън Е. Мур прогнозира, че броят на транзисторите в една интегрална схема ще се удвоява на всеки две години – една хипотеза, която се оказа вярна до 2012 година.
А малко по-различна версия на същата теза въведе през 1975 г. изпълнителният директор на Интел Дейвид Хаус, който е приел, че удвояването на транзистори ще съвпада с удвояването на скоростта на процесора на около всеки 18 месеца – в резултат чиповете ще са не само по-плътни, но също така и два пъти по-бързи с всяко поколение.
Хипотезата на Хаус се оказа малко по-малко трайна от тази на Мур. През 2005 г. подобренията в скоростта на процесора започнаха да се забавят, поради проблеми с топлината и други фактори. Резултатът е преход на водещите компании за производство на чипове от едноядрени процесорни конструкции към многоядрени процесори. Така че „тик“ на транзисторното удвояване продължи, въпреки че удвояването на тактовата честота остана относително статично.
Многоядрените са новият „тик-так“
Многоядрените процесори са в основата на новото „тик-так“ от известно време насам. Година след година ни се представят процесори, които предлагат удвояване на броя на процесорните ядра на един и същи цокъл, въпреки че скоростта на чиповете не са се увеличава значително или изобщо. Всяко физическа ядрото на чипа е индивидуален централен процесор и всяко ядро включва практиката на многонишковост или „рязане по време“ (това е разделяне на използването на един ресурс между няколко натоварвания с достатъчна скорост, като че ли имаме няколко едновременни процеса), което е отличителен белег на едноядрените или еднопроцесорните системи.
Нишковостта превръща едно ядро в две или повече логически ядра, чиито процеси може да бъдат планирани да се изпълняват толкова бързо, че се симулира едновременна или паралелна обработка. Многонишковостта (мултитрединг) плюс постоянно нарастващите честоти, бяха мощен тик-так в полза на едното ядро, който продължи до достигане на ограниченията в подобряването на честотата.
Многоядрените процесори са базата на новото тик-так от известно време насам. Оттогава сме свидетели на множество многонишкови едноядрени процесори, вградени в един физически чип, така че броят на логическите ядра удвоява посочения брой физически ядра. Купувате четириядрен процесор, а имате осем логически ядра, а осемядреният процесор ви дава 16 логически ядра.
Инженерните нюанси в чиповете са съществени
Защо нюансите в чиповете за съхранение са от значение? Много просто – ако можем да разпределяме логически ядра за изпълнение на конкретни задачи или роли (например обработка на входно-изходни данни) със същата лекота, с която можем да присвоим части от дисков масив за съхранение и извличане на данни на определено приложение, бихме могли да направим някои сериозни оптимизации на цялата изчислителна система. Ако можем да възложим на определен брой логически ядра обработката на входа и изхода на дадено работно натоварване, ще имаме потенциал да ускорим изпълнението на приложението с много порядъци. Това, от своя страна, може да даде възможност за огромна промяна в плътността на приложенията или на виртуалните машини в даден сървър.
Така че, защо не сме го направили все още? Поради една причина, повечето от интелигентните методи за инженеринг на многопроцесорни среди са напуснали преди време игралното поле.
Ако се върнем в по-стари времена (1970 до началото на 1990 г.) всяка иновативна технологична компания работеше усърдно за разработването на многопроцесорни системи. Големи имена като IBM и Unisys, както и по-малки имена като Encore, имаха екипи, работещи, за да разберат всичко – от поддържането на операционни системи до конструкциите на дънните платки и проектирането на свързаността, които ще дадат възможност на множество микропроцесори да се реализират на една и съща система и да си разпределят натоварванията, които им се подават, по интелигентен и ефективен начин. Техните изследвания бяха забравени обаче, когато едноядрените процесори бяха въведени на пазара и настолните компютри и сървъри (по-големи PC-та) станаха доминираща стратегия.
Microsoft се възползва от простите процесори и всяка еволюция на Windows OS капитализираше върху стабилните подобрения в скоростта и многонишковата технология. В действителност, тик-такането на подобренията в чиповете и възприемането на Windows стана в продължение на много години метафора за напредъка на компютърните технологии.
За истинското отключване на потенциалната силата на многоядрените процесори и многонишковите чипове ще трябва да се върнем към проектирането на многопроцесорна обработка и паралелни изчисления.
Друг начин да се мисли за това обаче е, че целите на компютърните науки временно са били изоставени. Индустрията не изглежда ужасно заинтересувана от подобряване ефективността на системите, а само от капитализиране на грубите подобрения в скоростите на чиповете и нарязването по време, за да направи продуктите по-големи и по-бързи, за да продължи да кара потребителите да купуват всяко поколение чипове и операционни системи. VMware е просто най-последната, която използва нарязване на времето и в минимална степен многоядрената архитектура на чиповете (те започват да използват някои възможности на чиповете за паралелно натоварване за специализирани физически ядра на виртуалните машини).
Да отприщим силата на многоядрените, многонишкови чипове
За да отключим наистина потенциалната сила на многоядрените процесори и многонишковите чипове, ще трябва да се върнем към проектите за многопроцесорни паралелни изчисления.
DataCore Software е първата, която преразгледа тези концепции. Неин съосновател и председател на Управителния съвет, Зия Арал, помогна да се положи началото през 1980 г. Компанията е намерила начин да отдели потребителските части на логическите ядра на сървъра и да ги разпредели специално за обработка на вход-изхода на системите за съхранение.
Методът, който те използват, става все по-фин и в крайна сметка ще се даде възможност много специфични процесорни ресурси да се заделят за входно-изходна обработка на отделно натоварване. Най-хубавото е, че след като веднъж възможността бъде установена, тя е адаптивна и сама настройва броя на многоядрените процесори, които се използват, за да се справят с входно-изходните натоварвания.
Според тестовете SPC-1 резултатите са красноречиви: те са далеч напред от тези на хардуерните момчета от гледна точка на ефективността на съхранение, като същевременно са намалили разходите за входно-изходна операция доста под тези на настоящия лидер в ниската цена, използвайки съществуващите устройства за съхранение и начини на взаимна свързаност.
Ние сме на път да влезем в цяла нова ера с напълно нов тик-так в съхранението, а може би и за целия комплекс от сървър, мрежа и сторидж, която ще се основава на многопроцесорна архитектура и инженеринг, прилаган към системите, управлявани от многоядрени процесори.
Всичко старо пак е ново.
Йон Тойго, SearchStorage