多处理器架构已经离我们越来越近了

日期:2016-1-28作者:Jon Toigo

【TechTarget中国原创】长久以来,厂商们在演示产品的时候总会引用到一个词,即“tick-tock”。Tick-tock作为一个专业术语,是用来描述事物在既定时间框架内可以被感知到的发展状态。在获取这样一种状态的过程中,tick-tock将看起来极其无序的技术发展过程以一种相对有序的形式为我们呈现开来,同时对未来的预测又设定了一个大体上的框架。这两者加起来的结果就是,我们对未来的恐惧大大降低了。

我们将要在这篇文章探讨的就是,多核处理器将会开启存储领域的新纪元。

从计算机芯片制造商Intel的角度来看,“tick”部分指的就是对新型微处理器技术的开发或者现有产品的升级。而“tock”则是指技术创新的商业化过程—即新技术在客户范围内进行展开的过程。

Tick—Intel把微电路板中的晶体管数量增加了一倍,同时他们找到了更好的办法来提升处理器的时钟频率。Tock—大批量生产的排列更为紧密、处理速度更快的处理器流入到市场,例如嵌入到服务器、PC、平板、智能手机等产品中。最终的结果就是计算架构在性能和容量上的整体提升—更不用提那些创新厂商在这个过程中收获的丰厚利润了。


摩尔定律


摩尔定律的引入最初是用来描述处理器中晶体管的增长速度。1965年,Intel的联合创始人Gordon E.Moore预测到:集成电路中的晶体管数量每两年就会翻倍—这条假设直到2012年都是准确的。

基于同样的观点,但是版本略微不同的假设在1975年由Intel的主管David House提出:晶体管数量翻倍的同时,CPU的处理速度每18个月也会随之翻倍—这使得芯片不仅仅在排列上更为紧密,每代产品的处理速度都较上一代有两倍的提升。

但是House的假设并没有Moore的那么持久。在2005年,由于发热和其他原因,处理器速度的提升出现了停滞。这也导致芯片制造商从过去的单核设计转向了多核设计。正因如此,晶体管数量翻倍的脚步也得以延续。

多核心的全新TICK-TOCK模型


多核处理器作为全新tick-tock模型已经有一段时间了。年复一年,在同样的模型上,CPU的处理核心数量都在加倍,即使芯片的处理速度并没有太大的提升。芯片上的每个物理核心都是一个单独的CPU,这些核心都在反复进行多线程或者“时间分片”(在多任务处理中,利用足够的速度对单一资源进行分割,进而使得其看起来像是多个并行的进程在同时进行)的过程,这也是单核或者单处理器系统的标志性动作。

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【TechTarget中国原创】长久以来,厂商们在演示产品的时候总会引用到一个词,即“tick-tock”。Tick-tock作为一个专业术语,是用来描述事物在既定时间框架内可以被感知到的发展状态。在获取这样一种状态的过程中,tick-tock将看起来极其无序的技术发展过程以一种相对有序的形式为我们呈现开来,同时对未来的预测又设定了一个大体上的框架。这两者加起来的结果就是,我们对未来的恐惧大大降低了。

我们将要在这篇文章探讨的就是,多核处理器将会开启存储领域的新纪元。

从计算机芯片制造商Intel的角度来看,“tick”部分指的就是对新型微处理器技术的开发或者现有产品的升级。而“tock”则是指技术创新的商业化过程—即新技术在客户范围内进行展开的过程。

Tick—Intel把微电路板中的晶体管数量增加了一倍,同时他们找到了更好的办法来提升处理器的时钟频率。Tock—大批量生产的排列更为紧密、处理速度更快的处理器流入到市场,例如嵌入到服务器、PC、平板、智能手机等产品中。最终的结果就是计算架构在性能和容量上的整体提升—更不用提那些创新厂商在这个过程中收获的丰厚利润了。


摩尔定律


摩尔定律的引入最初是用来描述处理器中晶体管的增长速度。1965年,Intel的联合创始人Gordon E.Moore预测到:集成电路中的晶体管数量每两年就会翻倍—这条假设直到2012年都是准确的。

基于同样的观点,但是版本略微不同的假设在1975年由Intel的主管David House提出:晶体管数量翻倍的同时,CPU的处理速度每18个月也会随之翻倍—这使得芯片不仅仅在排列上更为紧密,每代产品的处理速度都较上一代有两倍的提升。

但是House的假设并没有Moore的那么持久。在2005年,由于发热和其他原因,处理器速度的提升出现了停滞。这也导致芯片制造商从过去的单核设计转向了多核设计。正因如此,晶体管数量翻倍的脚步也得以延续。

多核心的全新TICK-TOCK模型


多核处理器作为全新tick-tock模型已经有一段时间了。年复一年,在同样的模型上,CPU的处理核心数量都在加倍,即使芯片的处理速度并没有太大的提升。芯片上的每个物理核心都是一个单独的CPU,这些核心都在反复进行多线程或者“时间分片”(在多任务处理中,利用足够的速度对单一资源进行分割,进而使得其看起来像是多个并行的进程在同时进行)的过程,这也是单核或者单处理器系统的标志性动作。

线程的引入将一个单独的核心分成两个或者更多的逻辑核心,这就使得进程可以快速的执行,看起来就像并行操作一样。多线程技术加上恒定提升的时钟频率使得单一核心自始至终(达到时钟频率提升的上限)都能得到强有力的支持。

从那时起,我们就见识到了将多个具有多线程的单核CPU嵌入到单独物理芯片上的做法,其目的就在于将逻辑核心数量提升到对外宣称的物理核心数量的两倍。购买一个四核心的处理器,你实际上得到的是八个逻辑核心;而八核心处理器则给你带来16个逻辑核心。

芯片技术差别虽然细微,但是影响甚远


为什么芯片技术上细微的差别会对存储带来巨大的影响?答案很简单:如果我们可以像分配磁盘阵列那样(指定某一部分来执行某一应用的数据存储和获取)随意地对逻辑核心进行指派来执行特定的任务(例如I/O处理),我们就可以对整个计算系统进行具有针对性的优化。如果我们可以分配特定数量的逻辑核心来处理某一指定任务的I/O,那么应用性能的提升潜力将会多出几个数量级。这样做的结果就是,物理服务器上运行的应用或者虚拟机的数量将会得到质的改变。

既然如此,我们为什么还没实现这些技术?其中一个原因,大多数多处理技术的大牛已经不在这个领域发展了。

回首过去(20世纪70年代到90年代早期这段时间),每家技术创新公司都在努力发展多处理器系统。像IBM和Unisys这样的大公司,以及像Encore这样名声相对小些的公司,都拥有自己的团队,从操作系统到主板以及内部线路设计,他们都在致力于寻找一种解决方案使得多个微处理器以一种智能有效的方式运行在同一个系统的内部并且实现负载均衡。然而,随着单核处理器的引入以及PC和服务器(大型PC)逐渐成为市场的主宰,这些大牛们的研究就逐渐被搁置了。

Microsoft从简单的CPU设计中获利,每代Windows OS的革新都对时钟频率和多线程技术进行了充分利用。这么多年以来,芯片技术的提升以及Windows操作系统对其的利用,已经使得tick-tock模型成为了计算技术不断革新的一个标志。

然而,当我们从另一个角度来看待这个问题的时候,计算机技术实际上是被暂时“抛弃”了。业界对于提升系统运行效率似乎并不是很感兴趣,而仅仅是粗暴地提升芯片运行速度和时间分片效率使得机器跑的更快,进而让客户不断地保持对每代芯片和操作系统的购买欲望。VMware只是最近才开始采用时间分片技术以及最低程度上引入多核心架构(他们也开始为多用户提供芯片数量定制功能,进而为虚拟机提供指定的物理核心)。

释放多核心多线程芯片的潜在能力


如果想真正地将多核心处理器和多线程芯片的潜在能力全部释放开来,我们需要先了解下多任务处理以及并行计算的设计初衷。

DataCore Software首先开始重新审视这些概念,其中,公司的联合创始人和董事会主席,Ziya Aral在20世纪80年代在其中起到了领导作用。该公司找到了一种方法,使得服务器上的逻辑核心可以根据客户的需求以及指定的I/O处理进行分配。

他们采用的技术变得越发精细并且最终使得特定的处理器资源可以按照I/O处理的需求进行严格分配。最重要的是,一旦设定好之后,该技术可以对负责I/O负载的多核处理器数量进行自我调节和优化。

DataCore在Storage Performance Council SPC-1的测试结果表明:他们在存储性能上的表现令硬件厂商瞠目结舌,同时其单位I/O的成本开销上还低于目前排名第一的厂商(指那些采用任何现成的存储设备)。

我们即将要进入一个由全新tick-tock模型引导的存储新纪元——影响的范围或许会扩展到整个SAN环境——这些都是基于多处理器架构以及应用在部署了多核处理器系统的工艺技术。

所有那些被认为是过时的东西现在又回来了。


文章选自存储经理人2015年12月刊:Action!视频存储,欢迎下载阅读!