Регистрация / Вход
Прислать материал

14.579.21.0074

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.579.21.0074
Тематическое направление
Информационно-телекоммуникационные системы
Исполнитель проекта
Открытое акционерное общество "Т-Платформы"
Название доклада
Разработка экспериментального образца микросервера для создания перспективных высокоплотных высокопроизводительных вычислительных систем
Докладчик
Васильев Александр Олегович
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Целями проекта являются:
1. Разработка опережающего научно-технического задела в области создания микросерверных вычислительных систем, обеспечивающих гипермасштабируемость, высокую плотность монтажа и энергоэффективность
2. Разработка ключевых проектно-конструкторских решений микросервера для создания перспективных высокоплотных высокопроизводительных энергоэффективных вычислительных систем
3. Обеспечение практической осуществимости создания критических компонентов новой продукции для внедрения (промышленного освоения) результатов ПНИЭР
4. Реализация функций выполнения вычислительных задач в составе гипермасштабируемых микросерверных вычислительных систем для ЦОД различного уровня и облачных вычислений
5. Обеспечение возможности развертывания на базе микросервера высокоплотных вычислительных систем, объединенных посредством коммуникационной сети стандарта 10 Gigabit Ethernet
Актуальность и новизна исследования
Актуальность проводимых работ заключается в том, что результаты ПНИЭР будут направлены на опережающее формирование экосистемы микросерверных продуктов, важных для национальной экономики, и ориентированы на потребности, с которыми столкнется российское IT-сообщество в ближайшие 5-7 лет.
Описание исследования

В рамках ПНИЭР подлежат разработке следующие составные части Микросервера:

  • унифицированный процессорный модуль;
  • базовая объединительная плата;
  • корпус (БНК первого уровня);
  • ПО Микросервера (см. пояснительную записку ПО Микросервера 643.59592651.501130.0005_81).

Техническими задачами, которые необходимо решить при разработке унифицированного процессорного модуля, являются:

1)анализ и выбор типа ЦП;

2)разработка архитектуры и схемотехники унифицированного процессорного модуля;

3)определение необходимого типа и количества каналов и интерфейсов памяти;

4)определение оптимального состава, типа и количества контроллеров периферийных устройств;

5)разработка топологии печатной платы;

6)разработка коммуникационного интерфейса, предназначенного для связи с внешними устройствами ввода-вывода и/или сопряжения с объединительной платой;

7)расчет и разработка конструкции устройств пассивного охлаждения (радиаторы), предназначенных для отвода тепла от электронных компонентов с высоким тепловыделением;

8)расчет и разработка конструкции механического устройства для установки унифицированного процессорного модуля в базовую объединительную плату.

Техническими задачами, которые необходимо решить при разработке базовой объединительной платы, являются:

1)разработка архитектуры и схемотехники базовой объединительной платы;

2)разработка топологии печатной платы;

3)разработка коммуникационного интерфейса, предназначенного для связи с внешними устройствами ввода-вывода и/или другими Микросерверами.

Техническими задачами, которые необходимо решить при разработке корпуса, являются:

1)разработка конструкции корпуса;

2)расчет конструкции корпуса на прочность и деформации;

3)расчет скоростей и температур охлаждающего воздушного поток

В результате проведенного анализа было выделено три способа реализации Микросервера на базе шасси V-Class:

  • реализация на основе объединительной платы «лезвия» (Blade-In Switch);
  • реализация на основе шасси (Chassis-In Switch);
  • реализация с резервированием на основе шасси (Chassis-In Redundant Switches).

Крайне важной характеристикой микросервера является энергопотребление. В офисном контексте крайне желательна работа без вентилятора и принудительного охлаждения, так как уровень шума резко снижается. В контексте серверного шкафа или зала энергопотребление определяет требования к вентиляции и оказывает решающее влияние на стоимость оснащения, эксплуатации и обслуживания.

При работе микросервера с конфиденциальной информацией важной характеристикой являются возможности защиты данных, в том числе аппаратное ускорение криптографических операций. Хранение конфиденциальных данных на жёстком диске в шифрованном виде существенно снижает требования к физической безопасности микросервера и охране помещения, а значит, и стоимость эксплуатации.

В таблице приведены данные для сравнения различных процессоров.

Таблица - Сравнение микропроцессоров

Характеристика

Байкал-Т

Байкал-М

Эльбрус-4С

Архитектура

MIPS32

ARMv8

Эльбрус (VLIW)

Тактовая частота

1,2 ГГц

1,4 ГГц

800 МГц

Количество ядер

2

8

4

Пиковая производительность

8 Гфлопс

64 Гфлопс

50 Гфлопс (32 разряда, одинарная точность)

Технологический процесс

28 нм

28 нм

65нм

Оперативная память

* DDR v.3 1600 МГц, 32 бит, контроль чётности 8 бит

 

* DDR v.3/4 2133/2400 МГц, 64-bit (без ECC) или 72-bit (с ECC)

* Поддержка двухканального режима

* DDR v.3 1600 МГц 32 бит, контроль чётности 8 бит

* Поддержка трёхканального режима

Аппаратное ускорение криптографии

* Аппаратная реализация блочного шифра по ГОСТ 28147-89

* Доступна через DMA, не занимает ресурсы ядра

* Аппаратная реализация блочного шифра по ГОСТ 28147-89

* Доступна через DMA, не занимает ресурсы ядра

* Пропускная способность 3.2 Гбит/с

* Ключи недоступны ядру процессора

*Аппаратная поддержка криптографии процессором не декларируется

Энергопотребление

* До 5 Вт, включая все сетевые интерфейсы

* Не требует принудительного охлаждения, возможно создание бесшумного микросервера без движущихся частей

* До 30 Вт, включая все сетевые интерфейсы

* 45 Вт, необходим вентилятор

Сравнительный анализ возможных для применения в Микросервере отечественных ЦП показывает, что наиболее оптимальным вариантом для использования является ЦП «Байкал-М». Его основными преимуществами являются: использование наиболее передовых, на сегодняшний день, технологических норм (28 нм), показатели производительности, наиболее полный набор высокопроизводительных интерфейсов, низкое энергопотребление, позволяющее создавать энергоэффективные решения, характеризующиеся высоким соотношением Гфлопс/Вт


.

Результаты исследования
  • Проработаны варианты различных технических решений при разработке конструкции микросервера
  • Проведены оценки по уровню стандартизации и унификации
  • 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

Проработан новый дизайн (5-6U / 40 унифицированных процессорных модулей, плотность 6,67 унифицированных процессорных модулей на 1U) Микросервера, имеющий следующие преимущества по сравнению с «картриджным» дизайном:

  • 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
Практическая значимость исследования
Перспективными сферами применения микросерверов являются:
1. Организация веб-сервера
2. Сеть доставки контента (Content Delivery Networks)
3. Организация потокового вещания (Media Streaming)
4. Хостинг выделенных серверов (Dedicated Hosting / Collocation)
5. Виртуальный хостинг (Virtual Hosting)
6. 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 2016-2017 году