摩爾時代和摩爾定律（後摩爾定律時代的計算力破局）

2023-10-07 12:06:16

2019-11-02 09:01 陳彥靈

萬物互聯、人工智慧等技術的成熟正在重構我們的生活方式，數據將以前所未有的速度累積增長，今後的智能設備數量會越來越多，體積越來越小，重量越來越輕。相應的，通過物聯網，這些設備會把各式各樣的數據源源不斷地傳輸到後端的數據中心，數據來源的多樣性、格式的複雜性和語義的不確定性，都將導致後端的計算量越來越大，對計算力的要求也越來越高。

當摩爾定律逐漸失效

過去的半個世紀，得益於半導體晶片產業飛速發展，在摩爾定律的驅動下，計算力一直保持著大跨度的發展。1956年，英特爾創始人戈登·摩爾提出，集成電路的集成度每兩年會翻一番，後這個周期縮短到18個月，微處理器的性能每隔18個月提高1倍。

然而，矽晶片已逼近物理和經濟成本上的極限，各界紛紛預測，摩爾定律在不久的將來面臨失效，半導體工藝升級帶來的計算性能的提升不能再像以前那麼快了，每一代製程工藝的研發和成熟需要的時間將越來越長。製程發展減緩，新的替代材料和計算方式還未成熟，想要追求更高的計算力，可以從兩個方向發展。

一個方向是向內，藉助伺服器系統架構的優化，打破數據讀取瓶頸，從而提升單機計算力。當前，伺服器普遍採用的是馮諾依曼架構，即計算和存儲分離，而CPU的處理速度和數據的讀取速度卻無法匹配。縱觀整個計算史，處理最緩慢的一部分就是從硬碟獲取數據，很多處理性能都浪費在了等待數據到達上，數據存取問題成為目前提升計算速度的第一大難題。

另一個方向是向外，橫向堆積更多的計算單元，提升數據中心的整體計算力。計算單元的堆積意味著數據中心內的伺服器設備越來越多，數據中心規模越來越大，但是這又會帶來功耗、散熱和運維管理的挑戰。根據市場調研機構Synergy Research發布的數顯示，全球伺服器保有量超過5萬臺的超大規模數據中心現在2018年超過430座，這個數量還將繼續增。而且，傳統的數據中心多採用分布式架構，設備間的互連網絡帶寬遠低於板內和設備內的互連帶寬，並且網絡協議複雜、層次眾多，協議的轉換和處理佔用了大量系統資源，導致業務系統擴展性受到嚴重限制，數據中心面臨網絡性能瓶頸。

融合架構或成破局點

如果按照傳統的計算模式和數據中心運作方式，始終無法打破摩爾定律式微帶來的計算力困局，想要滿足業務快速發展，提升計算力，需要一場由內而外的技術架構變革。我們必須重新定義計算、存儲和網絡設備之間的關係，重新定位軟硬體資源的價值，走一條融合架構的道路。

在硬體層面，將計算、存儲、網絡分別整合為相應的資源池，使得不同設備之間的同類資源可以任意重組，在軟體層面動態感知業務的資源需求，利用硬體的重組能力，動態分配和組合資源，滿足各類應用需求。數據中心最終達到CPU、內存等所有硬體資源的完全解耦池化，可以任意組合，根據業務需求智能分配，實現真正意義上的「數據中心即計算機」。

浪潮早在2014年就提出了融合架構的戰略，強調硬體重構 軟體定義，浪潮的伺服器平臺經過多年的演進，也已進入到融合架構3.0階段。在硬體重構上，通過數據中心內部如矽光互聯，Nvlink等高速物理互連技術，實現包括x86、Power、國產晶片、GPU異構計算晶片的融合，實現NVMe，SSD，HDD等異構存儲介質的融合，真正實現計算、存儲資源的深度池化。軟體定義方面，在可重構的硬體資源池基礎上，通過靈活的組織，將不同的資源池組成專業的伺服器、存儲、網絡系統，並實現資源的高效管理和調度，軟體定義下一步將向著規模化，智能化方向發展。

硬體重構導向開放計算

網際網路行業的快速發展，讓網際網路巨頭公司紛紛建設自己的數據中心，谷歌、亞馬遜、微軟、騰訊、百度和阿里成為全球超大規模數據中心的主要擁有者。他們在硬體採購上更傾向於硬體重構，選擇集成度高、模塊化、定製化的伺服器，這就導致傳統的機架式伺服器、刀片式伺服器被逐漸拋棄，以整機櫃伺服器為代表的新一代雲伺服器成為超大規模數據中心的主流選擇。

整機櫃伺服器本質上是一個數據中心顆粒，而不是傳統的計算設備，整機櫃伺服器通過硬體重構，統一集成了計算、網絡、存儲以及散熱、供電、管理等模塊，具有完備的數據中心功能，而且一體化設計、一體化部署，部署密度提升1-3倍，能源效率在90%以上，相比之下更大地提升了部署速度，傳統機架式設備的日部署量約為幾百臺，而整機櫃的日部署量能達到上萬臺，浪潮整機櫃伺服器SR在百度數據中心的部署速度曾達到驚人的1萬節點/日。

當硬體廠商和網際網路巨頭對硬體重構的探索越來越多時，業界對數據中心硬體開源的呼聲也越來越強。軟體層面解決不了的問題必須通過硬體重構來實現，可是硬體的升級迭代比軟體要難得多，一般來說一代產品研發周期要18個月到3年，建立開源數據中心的硬體生態系統，讓所有的參與者，包括CSP、解決方案和設備提供商，將自己在數據中心方面的創新貢獻出來，共同推動數據中心的優化，提升效率，節約能耗，降低成本等，才能更好地解決超大規模數據中心帶來的難題，提升計算力。

浪潮，開放計算的踐行者

當下，全球範圍內已經形成了三個影響力最大的開放計算組織：2011年由Facebook、英特爾等企業聯合成立的OCP;2012年由BAT和三大運營商發起的ODCC，其前身是天蠍計劃;2016年LinkedIn推出的OPEN19，他們的目標都是打造開源數據中心硬體生態系統，改變數據中心架構設計和硬體採購方式。

浪潮是OCP、ODCC、OPEN19三大開放計算組織的核心成員，積極參與其中，從貢獻IP、參與開發標準，到主導標準制定，在開放硬體社區中的參與度越來越高，符合ODCC標準的SR整機櫃伺服器在中國整機櫃市場佔有率超過60%，貢獻了首批基於Open19 標準的伺服器、第一款OCP標準基於Intel Skylake平臺的主板、第一款Olympus四路伺服器。同時，浪潮還參與了OCP OAM項目，牽頭成立了OpenRMC項目，開發完成了全球第一個基於OCP標準的整機櫃管理架構。

當摩爾定律失效，CPU性能提升放緩，計算力增長式微，而雲計算、大數據、物聯網、邊緣計算、人工智慧等技術的進一步成熟產生的海量數據又加大了對後端數據中心計算力的需求，事實證明，融合架構和開放計算成為破解當前計算力困局的有效之路。開放計算讓身處行業之中的終端用戶、IT基礎設施提供商、生產企業、服務企業之間建立起了一種前所未有的緊密關聯，開始擁有了一個統一的技術和應用標準，大家不再是各自為戰，在困境中單獨摸索，而是共同應對，突破創新。(浪潮伺服器產品部副總經理 陳彥靈)

作者簡介：

陳彥靈，畢業於西安交通大學計算機科學與技術專業，現任浪潮伺服器產品部副總經理。國家科技進步一等獎獲得者，個人申報並受理專利46項，已獲得授權專利23項，授權發明專利8項。2015年承擔山東省重大專項融合架構雲伺服器研發及產業化通過驗收。參與制定的《8路(含)以上伺服器功能基本要求》國家標準於2017年11月1號發布。

責編：王楠

版權作品，未經環球網 huanqiu.com 書面授權，嚴禁轉載，違者將被追究法律責任。