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I chip per netbook creano un cloud a bassa potenza
Utilizzando un cluster degli stessi processori che normalmente compaiono nei netbook e dispositivi mobili simili, i ricercatori hanno creato una potente architettura server che consuma meno energia di una lampadina.
Piccola meraviglia: Ogni nodo nella fast array of wimpy nodes (FAWN) ha un singolo processore AMD Geode da 500 megahertz, 256 megabyte di RAM e una singola scheda compact flash da quattro gigabyte. Il più grande cluster FAWN costruito fino ad oggi è composto da 21 nodi.
L'architettura, soprannominata una serie veloce di nodi wimpy, o FAWN, offre un modo per ridurre di un ordine di grandezza la quantità di potenza utilizzata dall'infrastruttura computazionale dei giganti di Internet come Google, Microsoft, Amazon, eBay, Facebook e altri. Se le previsioni dei suoi inventori saranno confermate, potrebbe avere un impatto significativo sia sui profitti che sull'impatto ambientale del cloud computing.
L'energia rappresenta ora fino al 50 percento del costo dei data center operativi e negli Stati Uniti il suo costo per kilowattora è in aumento. Anche i nuovi arrivati come Facebook usano fino a $ 1 milione al mese di elettricità e l'Environmental Protection Agency (EPA) prevede che entro il 2011 i data center negli Stati Uniti potrebbero utilizzare fino a 100 miliardi di chilowattora di elettricità, per un totale annuo costo di 7,4 miliardi di dollari, con un impatto sulle emissioni stimato di 59 milioni di tonnellate di CO².
FAWN, che è descritto in un articolo non ancora pubblicato da David Andersen e il suo team alla Carnegie Mellon University, affrontano questo problema con una combinazione di processori relativamente lenti (il tipo utilizzato nei netbook e altri dispositivi mobili) e memoria flash (il tipo che memorizza i dati nelle fotocamere digitali e nelle unità USB). Il risultato un po' controintuitivo è un'architettura le cui prestazioni per watt di energia sono cento volte migliori di quelle dei server tradizionali, che utilizzano processori più veloci (ma molto più affamati di energia) e storage basato su disco.
Le prestazioni eccezionali di FAWN sono limitate a determinati tipi di problemi - accesso casuale a piccoli frammenti di informazioni - ma questo tipo di attività ad alta intensità di input/output è esattamente ciò che mette a dura prova l'infrastruttura esistente di società Web come Facebook.
Quando vai su Facebook.com, la home page contiene centinaia di singoli elementi di dati, che vengono tradotti in centinaia di ricerche interne, afferma Andersen. Le richieste per quelle centinaia di elementi, che includono gli aggiornamenti degli amici, il numero di messaggi in una casella di posta e altro, vengono passate a un software specializzato, chiamato memcached , che memorizza i dati rilevanti nella RAM. Memcached impedisce ai database basati su disco di Facebook di essere sopraffatti da una manichetta antincendio di milioni di richieste simultanee di piccoli blocchi di informazioni. Amazon, che ha più o meno lo stesso problema di Facebook con il suo carrello della spesa e i consigli personalizzati, utilizza un software simile, chiamato Dynamo, per eseguire quasi la stessa funzione.
Un modo in cui FAWN sostituisce software come memcached e Dynamo è conquistando quello che gli informatici chiamano il memory wall, che è l'enorme disparità tra la velocità con cui l'archiviazione basata su disco può fornire dati a una CPU e la velocità con cui una CPU, che è molto più veloce, può masticare quei dati. (Andersen sottolinea che le moderne CPU utilizzano un numero enorme di transistor che cercano di indovinare quali dati aspettarsi, recuperando i dati in anticipo o memorizzandoli nella cache per assicurarsi che il chip abbia sempre una fornitura costante di bit da elaborare.)
Esistono due modi per aggirare il muro della memoria: il primo è aumentare le prestazioni della memoria di un sistema e il secondo è semplicemente rallentare la sua CPU. FAWN fa entrambe le cose: la memoria flash ha un accesso casuale molto più veloce rispetto all'archiviazione basata su disco e i processori più lenti di FAWN richiedono meno energia e sprecano meno transistor cercando di indovinare cosa succederà dopo.
FAWN è composto da molti singoli nodi, ciascuno con un singolo processore AMD Geode da 500 megahertz (lo stesso chip utilizzato nel primo laptop One Laptop Per Child $ 100) con 256 megabyte di RAM e una singola scheda compact flash da quattro gigabyte. Il più grande cluster FAWN costruito fino ad oggi, composto da 21 nodi, assorbe un massimo di 85 watt in condizioni reali.
Ogni nodo FAWN esegue 364 query al secondo per watt, cento volte meglio di quanto possa essere realizzato da un sistema tradizionale basato su disco che lavora su un'attività ad alta intensità di input/output, come la raccolta di tutte le disparate informazioni richieste per visualizzare una pagina Facebook o FriendFeed o un risultato di ricerca di Google.
Questo tipo di prestazioni può avere applicazioni oltre il data center, afferma Steven Swanson , un assistente professore nel dipartimento di informatica e ingegneria dell'Università della California, San Diego. Il server ad alte prestazioni basato sulla memoria flash di Swanson, chiamato Gordon, che attualmente esiste solo come simulazione, è simile a FAWN nella sua architettura, ma è stato progettato pensando alle applicazioni scientifiche e ai data center.
L'obiettivo di Swanson è sfruttare le qualità uniche della memoria flash per gestire problemi che sono attualmente impossibili da affrontare con qualcosa di diverso dai supercomputer più potenti e costosi sulla terra: sistemi con un massimo di un petabyte di RAM. Lavoriamo con il San Diego Supercomputing Center su modelli di genomica e bioinformatica di grandi dimensioni, afferma Swanson. Vogliamo fare query molto velocemente e se i grafici dei dati non si adattano alla RAM, diventano molto lenti, il che significa che devi rinunciare alla fedeltà nella simulazione.
FAWN è la direzione giusta in cui spingere, dice Niraj Tolia , ricercatore presso l'Exascale Computing Lab presso HP Labs. Sono finiti i giorni in cui consideravamo semplicemente le prestazioni grezze come una metrica, aggiunge.
Attualmente, FAWN non è adatto per attività ad alta intensità di CPU come l'elaborazione di video, ma Andersen afferma che le future iterazioni utilizzeranno i processori Atom più potenti (che Swanson sta anche contemplando per il suo sistema Gordon). Essendo stati progettati per i netbook, questi processori più potenti assorbono la stessa quantità di energia dei chip AMD, circa quattro watt ciascuno. Aggiungi un alimentatore e alcune apparecchiature di rete e potresti facilmente eseguire un piccolo sito Web su uno di questi server e assorbirebbe 10 watt, afferma Andersen, un decimo di quello che assorbe un tipico server Web.
La prossima generazione di FAWN è qualcosa che Andersen spera che i maggiori utenti di data center indagheranno. Mi piacerebbe se potessimo convincere Facebook o Google o Microsoft a iniziare a creare cluster con questo, dice.