Открытая система и открытая архитектура

Начиная разговор об открытых системах, предварительно следует разобраться, о чем именно пойдет речь. Так, фонд OSI (Open Source Initiatives) своей целью ставит
распространение программного обеспечения с открытой лицензией, т. е. свободно распространяемого ПО с открытым исходным кодом. В то же время, в рамках
свободно распространяемого ПО, существует масса отдельных проектов, в том числе комплекс проектов OpenStack, который может быть использован для создания
инфраструктурных облачных сервисов. В рамках проекта Open Compute, организованного компанией Facebook, развивается набор открытых спецификаций
(http://opencompute.org) для оснащения центров обработки данных, нацеленных на обеспечение максимальной эффективности работы инфраструктуры при минимальных затратах. Среди участников проекта такие компании, как
HP, AMD, VMware, Canonical и Supermicro. Таким образом, когда мы говорим об открытых системах, мы говорим о системах, в которых каждый компонент построен
на основе открытых (доступных для желающих) стандартах и спецификациях. Корпорация IBM в рамках OpenPOWER Foundation предоставляет открытую архитектуру, т. е. аппаратную (серверную) платформу с открытыми
спецификациями.

Собирая материал к этой статье, мы, к своему удивлению, обнаружили, что в русскоязычной прессе отсутствует более-менее детальное описание предпосылок для создания такого феномена в индустрии, как OpenPOWER. На наш взгляд, чтобы понять, насколько он интересен современной ИТ-индустрии, необходимо рассказать о предпосылках его создания.

Краткая предыстория

Итак, начнем по порядку. Сама корпорация IBM указывает три движущие силы, которые привели к созданию OpenPOWER-архитектуры: закон Мура, Google и желание охватить бóльшую часть рынка.

Причем здесь закон Мура[1]? Это известное положение, эмпирически выведенное в 1965-м и уточненное в 1975 г., предсказывает удвоение числа транзисторов на микросхеме каждые два года при их неизменной цене. Тот же Эрл Мур, но уже в 2007 г. заявил, что, очевидно, закон скоро перестанет действовать из-за атомарной природы вещества и ограничения скорости света. И действительно, 16 июля 2015 г. The Wall Street Journal[2], ссылаясь на главу корпорации Intel Брайана Крзэнича, объявила о полугодовой задержке с выходом на рынок следующего поколения процессоров Intel Core Skylake. И это уже не первая такого рода задержка!

С другой стороны, таким компаниям, как Google, сегодня нужны специализированные серверные платформы с открытой архитектурой для внедрения новых сервисов.

Ну и самое, пожалуй, интересное: конечно же, процессоры непосредственно влияют на производительность информационных систем, но кроме ЦПУ есть еще память, системы хранения данных, сети и, наконец, приложения, которые функционируют в этих системах.

Открытое программное обеспечение прочно вошло в нашу жизнь и является наглядным примером живучести открытых систем. Каждый, кто пользуется почтой или работает с Web, порой даже не задумывается, что он использует свободное ПО. Такие проекты, как GNU, FSF и, например, упомянутый OSI, являются сегодня одними из законодателей мод в разработке программного обеспечения.

IBM выбрала здесь интересную стратегию: сделать OpenSource моделью для аппаратной платформы. Таким образом, 13 августа 2013 г. был образован консорциум OpenPower в который кроме IBM вошли Google, NVIDIA, Tyan и Mellanox. В настоящий момент этот консорциум насчитывает уже более 130 компаний, в том числе российских.

Сама корпорация IBM цель консорциума определяет следующим образом: «Создание открытой экосистемы с использованием возможностей архитектуры для обмена опытом и инвестиций для удовлетворения растущих потребностей клиентов и индустрии в целом».

 OpenPOWER: открытая экосистема

Мы не зря указали, что OpenPOWER – это единственная в своем роде платформа.

IBM в рамках консорциума не просто предлагает производить серверы с процессором Power : «голубой гигант» Америки предлагает экосистему, в рамках которой участники консорциума разрабатывают свои продукты.

Несколько слов о том, что является сердцем OpenPOWER, – собственно процессоре IBM Power. Это семейство микрочипов с ограниченным набором команд – RISC. Подобная архитектура позволяет создавать процессоры с пониженным энергопотреблением при прочих равных условиях.

Open Source 1

С точки зрения использования архитектуры RISC IBM – не единственный производитель, использующий эту модель. Архитектура не нова и существует с 80-х гг. прошлого века.

Если рассматривать бизнес-модели, то ближе всего к IBM стоит компания ARM Limited, специализирующаяся на разработке RISC-процессоров. В настоящее время ARM Limited занимается созданием референсных процессорных архитектур и их лицензированием. В числе лицензиатов ARM известные всем имена – Samsung, NVIDIA и Qualcomm. Не секрет, что самое широкое распространение процессоры ARM получили сегодня в различных мобильных устройствах.

Однако в октябре 2013 г. на выставке ARM TechCon в Санта-Кларе (Калифорния, США) сразу две компании – HP и Dell – объявили о выпуске серверов на базе 64-разрядных процессоров ARM A8. А уже в конце сентября 2014 г. Hewlett-Packard представила серверы Moonshot.

Тем не менее, назвать подход ARM открытым все-таки сложно. Компания предлагает производителям лицензию на серверную архитектуру. При этом все, что потом делает производитель, у него и остается.

Есть ли результаты у такой представительной организации, как OpenPOWER Foundation? Безусловно. В этом году OpenPower Foundation представила на конференции OpenPower Summit сразу 14 различных аппаратных решений на базе процессорной архитектуры IBM Power8, включая новый чип для китайского рынка, а также системные платы и готовые серверы (http://openpowerfoundation.org/2015-summit).

Провайдер облачных сервисов Rackspace представил свой прототип системной платы и открытой серверной платформы, сочетающие концепции OpenPower и Open Compute. Новая разработка ориентирована на взаимодействие с сервисами OpenStack и будет применяться в дата-центрах Rackspace.

Google анонсировал свой сервер на платформе Power, а тайваньский производитель Tyan выпустил TYAN TN71-BP012, полностью произведенный в Тайване.

Далее, разработанный в рамках проекта OpenPower компанией PowerCore первый Power-процессор CP1 для китайского рынка будет использоваться провайдером Zoom Netcom в линейке двухпроцессорных серверов RedPower, которые появятся на рынке до конца года. Китайская ChuangHe, также входящая в проект OpenPower, намерена в ближайшее время представить собственный дизайн распределенных систем OpenPower на базе чипа CP1, которые будут выпускаться китайскими брендами.

Для российских компаний сотрудничество с ведущими игроками мировой ИТ-индустрии может стать драйвером для производства систем, которые востребованы и на внутреннем, и на внешнем рынках[3].

Power8: дорого или нет?

Информационные системы, построенные на базе открытых систем, выгодны для всех потребителей. Это понятно, поскольку использование открытых систем снижает стоимость владения, а компоненты системы делает независимыми от производителей.

С другой стороны, для производителей рынок не только становится шире, но и в условиях высокой конкуренции заставляет искать новые бизнес-модели и технические решения.

Open Source 2

IBM сделала удачный процессор. Актуальный в настоящее время Power8 представлен в 2013 г. и выпускается по 22 нм технологии с шестью или 12 ядрами на чип. Каждое ядро исполняет одновременно до восьми потоков. Мощный и вместе с тем имеющий весьма скромное энергопотребление, со встроенной в кристалл поддержкой шины PCIe Gen 3 и ноу-хау IBM – интерфейсом CAPI (Coherent Accelerator Processor Interface), позволяющим использовать специализированные контроллеры и программные ускорители.

Open Source 3

По всем индустриальным стандартам ядро POWER имеет двойное превосходство в производительности по сравнению с x86. Однако все не так однозначно. При снижении в два раза количества серверов в дата-центре мы не только получаем выигрыш по обслуживаемой площади и энергопотреблению, но и, что немаловажно, уменьшаем количество программных лицензий. Таким образом, стоимость систем на базе Power8 при использовании в течение нескольких лет вдвое ниже, чем у аналогичного решения на x86.

Преимущества открытой архитектуры

В отличие от фирменных серверных архитектур открытая архитектура обеспечивает широкие возможности выбора решений на всех уровнях – от аппаратных компонентов до самых популярных операционных систем, средств разработки и приложений.

Что же в итоге получает конечный пользователь?

Ему достается быстрое и уникальное решение непосредственных, иногда совершенно нестандартных задач. Кроме того, пользователь приобретает возможности расширения и масштабирования, перспективного развития путем модернизации и добавления новых функций без необходимости ждать от производителя системы выпуска новых версий программного обеспечения. Например, стандартные версии операционной системы Linux, как Red Hat, так и SUSE, доступны на любой платформе Power Systems. Они представляют собой масштабируемую альтернативу для приложений с открытым исходным кодом и дают свободу выбора и гибкость, обеспечивая возможность отвечать уникальным требованиям конкретного бизнеса. Выбор позволяет располагать множеством вариантов развития и решения задач разработки технологий и интеграции ИТ, а также повышения их эффективности благодаря использованию имеющихся ресурсов и технологии экосистемы.

Сегодняшняя среда мультимедийной информации, больших объемов данных и комплексных устройств требует наличия гибких опций и совместимости с другими отраслевыми продуктами для возможности интеграции текущего набора решений с теми, которые появятся завтра.

Примеры реализации в железе

В Федеральном исследовательском центре «Информатика и управление» Российской академии наук (ФИЦ ИУ РАН) ведутся исследования в области поиска и анализа больших массивов текстов. Когда приходится иметь дело с большими данными, важно выбрать оптимальную серверную конфигурацию с точки зрения соотношения цена/производительность.

Платформа IBM Power8 привлекательна прежде всего своей производительностью. Программное обеспечение, разработанное специалистами ФИЦ ИУ РАН, функционирует на платформе x86 и операционной системе Debian 7. Здесь следует отметить, что первая попытка переноса ПО на платформу Power8 столкнулась с рядом трудностей. Официальный порт powerpc (сборка Debian 7 под архитектуру Power) отличался по своим ключевым характеристикам от предыдущей платформы: разрядность 32 бита и порядок байтов big-endian. Ввиду различий в разрядности некоторые функции программного обеспечения работали нестабильно, а из-за различий в порядке байтов невозможно было создать единую информационную базу и поддерживать обе платформы. С выходом Debian версии 8 ситуация изменилась: появился порт ppc64el, который совпадает с платформой x86 по ключевым характеристикам. Таким образом, в современных условиях миграция кода на платформу Power происходит без каких-либо помех.

После портирования на новую платформу специалисты ФИЦ ИУ РАН провели сравнение производительности ранее используемой платформы x86 и платформы Power на большом массиве текстов (функция полнотекстового семантического поиска системы Exactus Expert). Для тестирования использовались серверы IBM Power S812L и Dell PowerEdge R320 (конфигурация на основе Xeon E5-2470). Эксперимент заключался в подаче большого количества различных поисковых запросов к серверу с замером времени ответа (стандартное нагрузочное тестирование).

В результате платформа Power предсказуемо опередила более слабую платформу x86 по такому параметру, как одновременное количество запросов, почти в три раза! Если же сравнивать платформы по экономическим показателям, то стоимость нескольких серверов x86, необходимых для обеспечения такого же уровня производительности, сопоставима со стоимостью одного сервера корпорации IBM.

Таким образом, можно говорить о хороших перспективах использования платформы Power8 в задачах поиска и анализа больших массивов текстов.

[1] Гордон Эрл Мур – почетный председатель Совета директоров и основатель корпорации Intel, основоположник закона Мура.

[2] http://lenta.ru/news/2015/07/16/intel

[3] Прошу обратить внимание, что мы не ведем речь об импортозамещении. Соотношение импортозамещения и открытых систем – это предмет отдельной статьи.

Поделиться:
Спецпроект

Напряженный трафик или Современные требования к инфраструктуре ЦОД

Подробнее
Спецпроект

Специальный проект "Групповой спутниковый канал для территориально-распределенной сети связи"

Подробнее

Подпишитесь
на нашу рассылку