松耦合數(shù)據(jù)中心體系架構(gòu)研究綜述①

趙博彥 侯 銳 張乾龍 包云崗 張立新 孟 丹

(*中國(guó)科學(xué)院信息工程研究所 北京 100093) (**中國(guó)科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所 北京 100190) (***中國(guó)科學(xué)院大學(xué) 北京 100049)

0 引 言

大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來帶動(dòng)了數(shù)據(jù)中心的飛速發(fā)展，近年來谷歌、微軟、亞馬遜、阿里巴巴等企業(yè)在全球范圍內(nèi)掀起了建立大規(guī)模數(shù)據(jù)中心的熱潮。相關(guān)數(shù)據(jù)表明，2016年全球數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)規(guī)模已達(dá)到451.9億美元[1]。

現(xiàn)在的主流數(shù)據(jù)中心配置構(gòu)建方案通常選擇主流中高端處理器平臺(tái)，并采用集群架構(gòu)作為整體架構(gòu)。數(shù)據(jù)中心服務(wù)器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要在追求性能的同時(shí)控制成本和能耗。然而，大數(shù)據(jù)的興起為數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)提出了新的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心面臨的挑戰(zhàn)集中在4個(gè)方面：(1)傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心日益嚴(yán)重的過分定制導(dǎo)致成本居高不下；(2)新興的數(shù)據(jù)中心應(yīng)用需求與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心平衡設(shè)計(jì)不匹配；(3)數(shù)據(jù)中心普遍面臨資源利用率較低的問題；(4)現(xiàn)有數(shù)據(jù)中心架構(gòu)很難動(dòng)態(tài)使用空閑資源。

傳統(tǒng)高端處理器的設(shè)計(jì)主要側(cè)重于如何改善單節(jié)點(diǎn)處理器芯片的計(jì)算性能和效率。現(xiàn)有的數(shù)據(jù)中心大多采用商用X86處理器搭建，如Intel的Xeon系列處理器。人們針對(duì)桌面應(yīng)用和高性能應(yīng)用對(duì)這些通用處理器的訪存性能做了大量的優(yōu)化，例如增加訪存總線的位寬、提高前端總線的頻率、優(yōu)化訪存調(diào)度算法等。這些優(yōu)化技術(shù)極大地提高了傳統(tǒng)應(yīng)用的訪存性能。然而，相關(guān)研究表明，新興的數(shù)據(jù)中心應(yīng)用與傳統(tǒng)的桌面應(yīng)用和高性能應(yīng)用有著截然不同的特征[2]。……