Aceleradores en el centro de datos: lo verde está de moda - Calendae | Informática, Electrónica, CMS, Ciberseguridad

Aceleradores en el centro de datos: lo verde está de moda

Hola, un placer verte por aquí. Te habla Simón Sánchez y en el día de hoy hablaremos sobre Aceleradores en el centro de datos: lo verde está de moda

En el centro de datos, la búsqueda de un mayor rendimiento mientras se mantienen bajo control los problemas de energía, refrigeración y espacio presenta un desafío importante para las empresas. Según un informe reciente de la Agencia de Protección Ambiental, el consumo de energía en los centros de datos se duplicó entre 2000 y 2006 y ahora representa alrededor del 1,5 por ciento del consumo de electricidad de EE. UU. Al enfrentarse a un conjunto de desafíos cada vez más complejo, los administradores de centros de datos pueden hacer bien en considerar los aceleradores de hardware como un medio para lograr un mayor rendimiento de las aplicaciones, en menos espacio y con menos energía.

Los aceleradores ofrecen a los científicos, ingenieros y analistas una forma de descargar secciones de aplicaciones de computación intensiva a los coprocesadores diseñados para realizar un subconjunto de las funciones de un procesador genérico, pero ejecutarlas a velocidades más altas, lo que proporciona grandes avances en el rendimiento. Además, estos procesadores informáticos especializados consumen menos energía y recursos de refrigeración, lo que reduce drásticamente el espacio en el centro de datos.

«Los aceleradores pueden ayudar a satisfacer la necesidad de un mayor rendimiento con un uso más eficiente de la energía y el espacio, a la vez que ahorran recursos del centro de datos», dice Glenn Lupton, jefe del equipo de ingeniería del programa HP Accelerator.

Pregunta: Hay muchos aceleradores en el mercado hoy. ¿Puede darnos un desglose por tipo?

Lupton: Uno de los aceleradores más comunes actualmente en uso son las GPU (unidades de procesamiento de gráficos), procesadores altamente paralelos capaces de alcanzar cientos de gigaflops por segundo originalmente diseñados para acelerar aplicaciones gráficas, pero ahora incluyen características especiales para computación paralela de alto rendimiento. La competencia entre los proveedores de GPU por la participación de mercado en el mercado de los juegos gráficos para computadoras personales (PC) ha impulsado los avances tecnológicos en las tarjetas gráficas. Los investigadores han estado estudiando su uso para la informática de alto rendimiento durante varios años con éxito en muchas áreas con implementaciones a gran escala a partir de este año. Tanto AMD como NVIDIA tienOnlines de productos especializadas para la informática de alto rendimiento, sobre todo NVIDIA Tesla y AMD Stream. Las matrices de puertas programables de campo (FPGA) se han utilizado para implementar circuitos de propósito especial. Ahora se aplican a problemas informáticos de alto rendimiento. Los circuitos integrados de aplicaciones específicas (ASIC) proporcionan silicio personalizado para acelerar la informática de alto rendimiento.

Pregunta: ¿Cuáles son los beneficios de los aceleradores basados ​​en GPU?

Lupton: En teoría, las últimas GPU NVIDIA Tesla pueden ofrecer hasta un teraflop de rendimiento en una sola GPU. En 2U de espacio en rack, puede instalar un servidor de doble núcleo de 1U y una caja de GPU de 1U con 4 GPU, lo que potencialmente ofrece más de 4 teraflops en 2U.

Las GPU ofrecen una gran potencia informática por la cantidad de espacio en rack que ocupan, pero las GPU aprovechan los servidores host que pueden proporcionar más ranuras PCI Express de ancho de banda alto. No muchos servidores pueden cumplir con estos requisitos. La combinación del servidor HP DL160G5 1U y NVIDIA Tesla S870 y su secuela, el Tesla S1070, es una excelente combinación de servidor con GPU, y los clientes pueden emparejar uno o dos DL160 con el S870, según la proporción de GPU a CPU. necesario para una aplicación.

Los proveedores de GPU, NVIDIA y AMD / ATI, proporcionan herramientas de programación y bibliotecas para sus productos específicos. Una alternativa, RapidMind, proporciona un producto para programar GPU y objetivos de múltiples núcleos.

Pregunta: ¿Qué ofrecen los aceleradores ASIC personalizados?

Lupton: Los ASIC pueden proporcionar aceleración de aplicaciones sin afectar los requisitos de energía, refrigeración o espacio. Los aceleradores Advance e710 y e720 de ClearSpeed ​​ofrecen picos de 64 bits de 96 gigaflops, rendimiento de doble precisión, corrección de errores ECC, no requieren espacio adicional y consumen un mínimo de energía adicional, aproximadamente 25 vatios. ClearSpeed ​​midió un aumento del rendimiento de más del 50% en los servidores blade HP BladeSystem c-Class que ejecutan Linpack. Las bibliotecas ClearSpeed ​​pueden mejorar el rendimiento de las aplicaciones sin cambios en las aplicaciones y sus tarjetas encajan en las ranuras PCI Express de los servidores que de otro modo no se utilizarían. La tarjeta ClearSpeed ​​Advance e720 está disponible en los servidores HP BladeSystem c-Class y la e710 encaja en las ranuras PCI Express 8x estándar de los servidores de montaje en bastidor HP ProLiant.

Pregunta: ¿Qué pasa con los FPGA?

Lupton: Los FPGA permiten a los desarrolladores crear circuitos personalizados adaptados al núcleo computacional de una aplicación en particular. Logran un rendimiento a través del paralelismo y la canalización frente a una alta velocidad de reloj. Esto les permite ofrecer un alto rendimiento por vatio. Sin embargo, es mucho más difícil implementar una solución en una FPGA que en una GPU o ASIC, especialmente si eres un ingeniero de software. Pero esta es un área que está recibiendo mucha atención ahora, y varias empresas como Mitrionics están trabajando para facilitar esta tarea. Mitrionics ofrece un entorno de desarrollo y procesador que transforma los FPGA en aceleradores útiles sin requerir habilidades de diseño electrónico.

Los FPGA se pueden agregar a un servidor de varias maneras: más comúnmente, en una ranura PCI Express o un zócalo de procesador. Al reemplazar un módulo FPGA con un procesador, puede mejorar el rendimiento de la aplicación mientras consume menos energía.

HP trabaja con varios proveedores de FPGA para garantizar que los clientes puedan obtener la solución adecuada para su problema. Por ejemplo, HP está trabajando con XtremeData, Inc. (XDI) para módulos en zócalo para zócalos de CPU, Nallatech para módulos PCI Express y Celoxica para módulos de ranura HTX.

Pregunta: ¿Qué aplicaciones son las más adecuadas para aceleradores?

Lupton: Hay un par de características de la aplicación que generalmente se aceleran bien. El núcleo de procesamiento de la aplicación debe representar una parte significativa del tiempo total de ejecución de la aplicación. Una mejora 10 veces superior al 10-20% del tiempo de ejecución de la aplicación probablemente no valdrá la pena el esfuerzo de migrar al acelerador. El cálculo debe realizar muchos cálculos utilizando una cantidad relativamente pequeña de datos. Si el cálculo afecta a una gran cantidad de datos, la obtención de datos desde y hacia el acelerador será un cuello de botella y no obtendrá ningún beneficio del rendimiento del acelerador. Y, por supuesto, debe tener una solución al problema que se pueda paralelizar, ya que los aceleradores dependen del paralelismo para su rendimiento.

Pregunta: ¿dónde funciona la aceleración?

Lupton: El uso de aceleradores se encuentra en varias etapas que van desde la investigación hasta el uso comercial. En general, se encuentran en las primeras etapas de adopción con una serie de productos para el usuario final que llegan al mercado y se ponen en producción sistemas acelerados.

Las organizaciones de servicios financieros utilizan aceleradores en la fijación de precios de opciones, el modelado de riesgos y otras funciones de cálculo intensivo donde el tiempo es esencial. Las biociencias usan aceleradores para secuenciación genética, química computacional, dinámica molecular y descubrimiento de fármacos. Las agencias gubernamentales de todo el mundo han utilizado aceleradores para búsquedas y criptografía. Además, la industria del petróleo y el gas utiliza aceleradores para el análisis y procesamiento de datos sísmicos mediante la migración en tiempo inverso para obtener imágenes de las estructuras geológicas del subsuelo en la exploración petrolera mientras buscan localizar nuevas reservas de energía. Los fabricantes de equipos médicos buscan aceleradores para las modalidades de imágenes médicas, como la tomografía axial computarizada (TAC), la resonancia magnética (IRM) y el diagnóstico por ultrasonido. La industria de la automatización del diseño electrónico también ha comenzado a utilizar aceleradores y herramientas técnicas, como MATLAB para cálculos numéricos y gráficos, y LabView, que utiliza un lenguaje de programación gráfico para crear programas en forma de diagrama de bloques. Finalmente, los tiempos de transcodificación de video se pueden reducir significativamente mediante la aceleración.

Pregunta: ¿Dónde están los mayores problemas con los aceleradores en la actualidad?

Lupton: Debido a que hay tantas opciones y tan pocas cosas en común en cómo se desarrolla para diferentes aceleradores, se requiere una investigación exhaustiva antes de que una empresa se comprometa a utilizar un acelerador. Una investigación debe incluir un puerto de kernel de cómputo en el acelerador de destino, una tarea que puede variar desde un mes o dos hasta más de un año, dependiendo de la curva de aprendizaje de la tecnología, la complejidad del problema y la dificultad del esfuerzo de paralelización y puesta a punto.

Otro problema es que la tecnología está cambiando rápidamente. Los factores que influyen en su elección e incluso su conjunto de proveedores evolucionarán incluso mientras se realiza una investigación. Algunos de los riesgos se pueden mitigar al comprender los éxitos recientes en la portabilidad de problemas similares y conocer la hoja de ruta del proveedor del acelerador y los productos de software relacionados.

Pero no siempre es necesario abordar el problema de esta manera. Los aceleradores son ofrecidos por proveedores externos que incorporan aceleradores en paquetes y dispositivos de hardware / software que abordan una amplia variedad de problemas. Estos «dispositivos» se pueden implementar con mucho menos riesgo y mucho más rápido que una solución personalizada. Otras empresas ofrecen servicios de desarrollo para una variedad de aceleradores para que pueda subcontratar el trabajo.

Si bien existen desafíos, si puede usar aceleradores para acelerar su tiempo para encontrar una solución reduciendo o al menos manteniendo sus límites actuales de energía y espacio, ayudará a su resultado final y huella de carbono. Si no se mantiene actualizado con lo que está sucediendo en el espacio del acelerador, corre el riesgo de que su competencia dé un salto.

Pregunta: ¿Qué está haciendo HP para habilitar las soluciones de acelerador?

Lupton: HP estableció el programa Accelerator basado en estándares abiertos y asociaciones industriales con aceleradores. El objetivo del programa es garantizar que los aceleradores de terceros funcionen con HP BladeSystem y servidores ProLiant montados en bastidor, y brindar servicio y soporte al cliente cuando adopten tecnologías de aceleración. Nuestro equipo de aceleradores asesora a los clientes sobre la elección de la tecnología de aceleración adecuada para sus aplicaciones, teniendo en cuenta los requisitos de energía, refrigeración y espacio.

«Los aceleradores pueden ofrecer aumentos de velocidad significativos para las aplicaciones, pero no sin una inversión en reprogramación», dijo Kent Koeninger, gerente de marketing de tecnología y productos. «El programa HP Accelerator ofrece asesoramiento, pruebas y evaluaciones comparativas de expertos sobre cómo utilizar los aceleradores, qué aplicaciones pueden funcionar mejor y qué técnicas están resultando útiles en este campo en rápido crecimiento».

Pregunta: ¿Cómo podrían encajar los aceleradores en la computación en la nube en el futuro?

Koeninger: Estamos experimentando con aceleradores para un acceso a la base de datos significativamente más rápido utilizando menos energía y menos servidores. También vemos promesas de aceleradores que podrían mejorar las tasas de transacciones web en servidores de múltiples núcleos. Las búsquedas XML y la criptografía también son excelentes candidatos para la aplicación.

Pregunta: ¿Dónde pueden las personas obtener más información sobre el programa HP Accelerator?

Koeninger: www.hp.com/go/accelerators.

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