Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка экспериментального образца микросервера для создания перспективных высокоплотных высокопроизводительных вычислительных систем

Номер контракта: 14.579.21.0074

Руководитель: Березко Александр Евгеньевич

Должность руководителя: Руководитель проектов

Докладчик: Васильев Александр Олегович, Руководитель проектов

Аннотация скачать
Постер скачать
Презентация скачать
Ключевые слова:
микросервер, центральный процессор, процессорный модуль, высокопроизводительные вычисления, вычислительная система, центр обработки данных, облачные вычисления, суперкомпьютерный комплекс

Цель проекта:
Целью работы является разработка масштабируемого, высокоплотного, энергоэффективного, интегрированного микросервера на базе унифицированного процессорного модуля, совместимого с перспективными отечественными микропроцессорами. Разрабатываемый Микросервер предназначен для построения высокопроизводительных, работающих в широком диапазоне нагрузок, высокоплотных энергоэффективных микросерверных вычислительных систем, ориентированных на функционирование в центрах обработки данных (ЦОД) различного уровня и для исполнения массово параллельных вычислительных задач в составе высокопроизводительных гипермасштабируемых микросерверных вычислительных систем для ЦОД различного уровня. Микросервер предназначен для использования в составе высоконагруженных вычислительных систем для ЦОД и облачных вычислений и будет обеспечивать развертывание на его базе высокоплотных вычислительных систем, объединенных посредством коммуникационной сети стандарта 10 Gigabit Ethernet.

Основные планируемые результаты проекта:
Основными результатами ПНИЭР будут являться ключевые проектно-конструкторские и программные решения микросервера для создания перспективных высокоплотных высокопроизводительных вычислительных систем с уровнем отработки, обеспечивающим практическую осуществимость создания критических компонентов новой продукции для внедрения (промышленного освоения) результатов ПНИЭР.
Ожидаемые результаты ПНИЭР будут представлены в:
1) технической документации, которая будет включать эскизную (рабочую) конструкторскую и программную документацию
2) отчетах о патентных исследованиях
3) полученных охраноспособных и зарегистрированных РИД
4) экспериментальном образце микросервера, разработанном в полном соответствии с требованиями технического задания и прошедшем предварительные и приемочные испытания.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
В состав микросервера будут включены не менее 4 унифицированных процессорных модуля (УПМ).
УПМ будет обеспечивать работоспособность следующего ПО:
1) Гипервизор KVM;
2) Web-серверы Apache, Nginx и среду программирования PHP;
3) СУБД MySQL;
4) комплекс средств поддержки облачных вычислений OpenStack.
УПМ будет построен на базе перспективного энергоэффективного отечественного микропроцессора типа «Эльбрус» производства ЗАО МЦСТ, или типа «Байкал» производства ОАО «Байкал Электроникс» (СнК)
Габаритные размеры УПМ не будут превышать 320 x 120 мм.
Базовая объединительная плата будет предоставлять доступ к средствам удалённого управления и мониторинга УПМ на базе технологии Gigabit Ethernet или IPMB
Базовая объединительная плата будет обеспечивать подключение к ней не менее 4 УПМ.
Микросервер будет обеспечивать плотность размещения не менее 40 унифицированных процессорных модулей на 5-6U следующим образом:
Микросервер будет реализован по типу «блэйд-сервер» и будет иметь совместимость с перспективными БНК второго уровня размера 5U или 6U;
Будет обеспечена возможность установки в БНК второго уровня не менее пяти Микросерверов.
Потребляемая мощность УПМ в рабочем режиме согласно предварительным расчетам будет составлять не более 42 Вт.
Энергоэффективность УПМ согласно предварительным расчетам будет составлять не менее 1,5 ГФлопс/Вт.
Подключение УПМ к базовой объединительной плате микросервера и отключение от нее будут осуществляться с использованием стандартного инструмента.
Для внедрения ожидаемых результатов ПНИЭР запланировано выполнение следующих работ:
1. проведение в течение 1 года необходимого объёма опытно-конструкторских работ по теме «Разработка микросервера для создания перспективных высокоплотных высокопроизводительных вычислительных систем» на основе проведенных ПНИЭР (2017 г.);
2. подготовка и освоение производства/внедрения новой технологии путем создания нового производства / модернизация существующего, производство на территории Российской Федерации (2018 г.).
Вышеперечисленные работы будут производиться с привлечением материально-сырьевых и финансовых ресурсов, кадров необходимой квалификации, производственных мощностей и инфраструктуры Индустриального партнера – «Объединенной приборостроительной корпорации». «Объединенная приборостроительная корпорация» — российская государственная корпорация, созданная в марте 2014 года в составе Государственной корпорации «Ростех» (ранее – «Ростехнологии») как специализированная управляющая компания, под эгидой которой объединены научные и производственные структуры радиоэлектронной промышленности России.
Стратегическая цель корпорации − организация высокотехнологичного производства конкурентной продукции в области систем и средств связи, автоматизированных систем управления, радиоэлектронной безопасности и роботизированных комплексов, отвечающих потребностям вооруженных сил и других специальных формирований, а также конкурентоспособной продукции гражданского и двойного назначения, обладающей высоким экспортным потенциалом.


Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Перспективными сферами применения микросерверов являются:
Организация веб-сервера
Сеть доставки контента (Content Delivery Networks)
Организация потокового вещания (Media Streaming)
Хостинг выделенных серверов (Dedicated Hosting / Collocation)
Виртуальный хостинг (Virtual Hosting)
Облачные вычисления (Cloud Computing)
Активное развитие виртуализации, «облаков» и стремительный рост числа пользовательских устройств, появление «интернета вещей» формирует необходимость в повышении плотности серверных вычислений, ускорении обработки данных, обеспечении их сохранности и доступности. Все это является залогом того, что серверный сегмент, равно как и сегмент СХД, имеет хорошие перспективы для микросерверов в будущем.
На микросерверы будет приходиться до 7 процентов серверных поставок по объему в 2016 году
Особенностями микросерверов, разрабатываемых в рамках данных прикладных научных исследований и разработок, являются:
1. Высокая плотность: 8+ / Unit
2. Экономичные процессоры: десятки Ватт TDP
3. Выделенные коммуникации: несколько традиционных сетевых портов на каждом «лезвии»
4. Опциональное централизованное управление или только индивидуальное, уровня сервера.
5. Относительная независимость компонентов: требуется только централизованное питание и охлаждение
6. Конфигурируемость и расширяемость: стандартные карты расширения, мезанины, больший объём RAM

Текущие результаты проекта:
Проработаны варианты различных технических решений при разработке конструкции микросервера,
Проведены оценки по уровню стандартизации и унификации
Был выполнен расчет показателей технологичности микросервера
Выполнены необходимые расчеты, в том числе подтверждающие технико-экономические показатели, установленные техническим заданием
Разработан проект бизнес-плана и проведены другие работы, обозначенные в ведомости исполнения ПНИЭР
Параметры, определяющие конкурентоспособность разрабатываемого Микросервера:
универсальность, возможность использования во множестве различных вычислительных систем, в том числе и перспективных.
Было предложено отойти от разработки узкоспециализированного продукта типа «модульная микросерверная платформа» на базе трех слабо унифицированных сложных электронных устройств в пользу выделения и максимальной унификации ключевого компонента конструкции Микросервера – системной платы процессорного модуля, в результате чего будет создан продукт типа «многофункциональная модульная микросерверная платформа»
Старый дизайн (картриджная конструкция) Микросервера:
«Плюсы»:
высокая плотность (количество УПМ в расчете на 1U);
простота и экономичность кабельной инфраструктуры.
«Минусы»:
ограниченная расширяемость и конфигурируемость ключевого компонента – системной платы УПМ;
ограниченная утилизация интерфейсов 10 Gigabit Ethernet ЦП;
низкий уровень унификации и трудоемкость интеграции ключевого компонента конструкции Микросервера (системной платы УПМ) в продукты иного класса и назначения;
разработка, производство и поддержка специализированной тестовой оснастки;
совокупная высокая стоимость единицы изделия и соотношение стоимость / сервер * U.
Новый дизайн (5-6U / 40 унифицированных процессорных модулей, плотность 6,67 унифицированных процессорных модулей на 1U) Микросервера:
«Плюсы»:
гибкость конфигурирования и широкие возможности расширения ключевого компонента конструкции Микросервера – системной платы УПМ;
возможность создания различных по функциональности исполнений Микросервера в составе продукта типа «модульная микросерверная платформа»;
высокий уровень унификации ключевого компонента конструкции Микросервера (системной платы УПМ) при создании / интеграции в продукты иного класса и назначения;
общая экономичность решения и низкая зависимость от прочих компонентов;
большая свобода в выборе перспективных ЦП и совокупная низкая стоимость единицы изделия и соотношение стоимость / сервер * U.
«Минусы»:
сравнительно низкая плотность (количество унифицированных процессорных модулей в расчете на 1U);
большое количество внешних кабельных соединений
В настоящее время проводится работы в рамках этапа "Технический проект", включающие в себя работы по разработке и обоснованию конструктивных (программных) решений Микросервера и его составных частей, которые будут обеспечивать показатели надежности, унификации и стандартизации, установленные техническим заданием.