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數(shù)據(jù)中心的工作負(fù)載和計算應(yīng)用程序不斷從傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心遷移到超大數(shù)據(jù)中心。根據(jù)Cisco 全球云指數(shù)計算，到 2021 年，94% 云數(shù)據(jù)中心將處理工作負(fù)載和計算實例(圖 1）。雖然許多應(yīng)用程序由大型公共云運營商托管，但許多關(guān)鍵任務(wù)的工作負(fù)荷和計算實例由私人大型數(shù)據(jù)中心托管。預(yù)計從 2016 年到 2021 年，私有超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心將使用 11% 復(fù)合年增長率增長。雖然大型云提供商開發(fā)了定制的框架級系統(tǒng)，但私有云提供商通常使用集成基礎(chǔ)設(shè)施 (CI) 或超融合基礎(chǔ)設(shè)施 (HCI) 系統(tǒng)提高效率，降低管理成本。CI 系統(tǒng)和 HCI 通過自動化系統(tǒng)配置和控制、虛擬化計算、存儲和網(wǎng)絡(luò)操作，系統(tǒng)使私有云提供商能夠大規(guī)模快速部署Spansion代理新系統(tǒng)。向 CI 和 HCI 系統(tǒng)的過渡正在影響半導(dǎo)體片上的系統(tǒng) (SoC) 供應(yīng)商鼓勵他們低延遲存儲服務(wù)器處理器和固態(tài)硬盤 (SSD) 優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)設(shè)計。對 CI 和 HCI 系統(tǒng)的需求促進(jìn)了一種新型 SoC 這些架構(gòu)需要最新的架構(gòu) IP 實施工業(yè)功能 PCI Express (PCIe)、DDR5.緩存一致性，NVMExpress (NVMe) SSD 以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的存儲和最高帶寬。

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圖 1:傳統(tǒng)與云數(shù)據(jù)中心之間的分配 Cisco 工作負(fù)荷和計算實例1

CI 該系統(tǒng)將計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)和管理與相同的解決方案相結(jié)合，而不是作為不同的數(shù)據(jù)中心功能。功能全面的 CI 和 HCI 系統(tǒng)實現(xiàn)了整體管理的自動化 IT 人員可以專注于管理應(yīng)用程序，而不是基礎(chǔ)設(shè)施。機(jī)架級系統(tǒng)的預(yù)集成降低了整體復(fù)雜性，以及集成和運行成本。CI 和 HCI 它可以實現(xiàn)更快的系統(tǒng)部署，更容易的互操作和穩(wěn)定的管理，減少培訓(xùn)和技術(shù)支持的成本。用于施工以滿足效率和性能要求 CI 和 HCI 系統(tǒng)的 SoC 元件(如設(shè)計 IP）優(yōu)化處理、內(nèi)存性能和連接功能。

利用 NVMe SSD 和基于 PCIe 提高加速器的性能

基于服務(wù)器 SSD 可以利用在 PCIe IP 運行在接口上 NVMe 協(xié)議直接連接到服務(wù)器 CPU，還可作為緩存加速器，極快地緩存頻繁訪問的數(shù)據(jù)或熱數(shù)據(jù)。高性能的 NVMe SSD 利用極高效的輸入/輸出操作和低讀取延遲特性 PCIe 不僅提高了服務(wù)器的效率，而且避免了通過外部存儲設(shè)備訪問數(shù)據(jù)的必要性。在 PCIe 為了實現(xiàn)服務(wù)器務(wù)器 NVMe SSD 私有云的高處理量應(yīng)用程序非常適合數(shù)據(jù)庫查詢。

除使用基礎(chǔ)外 PCIe 的 NVMe SSD 加速數(shù)據(jù)庫，CI 和 HCI 系統(tǒng)還使用 PCIe 交換機(jī)架構(gòu)加速人工智能 (AI) 主機(jī)處理器的應(yīng)用。AI 處理器加速后，服務(wù)器需要滿足深度學(xué)習(xí)性能的需要。由于圖 2 所示基于 PCIe 主機(jī)處理器連接到交換機(jī)架構(gòu)帶來的低延遲特性 GPU 基于硬件的加速器可以優(yōu)化深度學(xué)習(xí)算法。基于緩存一致性的應(yīng)用程序 PCI Express 協(xié)議棧構(gòu)建的加速器緩存一致性互聯(lián) (CCIX) 協(xié)議可以高速連接主機(jī)處理器和硬件加速器。當(dāng)前運行速率為 25 Gbps 并迅速提高為 32 Gbps 的 CCIX 在更新內(nèi)存時，需要更新系統(tǒng)中的所有組件，以確保系統(tǒng)實現(xiàn)單個內(nèi)存空間，從而減少復(fù)制需求。CCIX 支持開關(guān)拓?fù)洹⒅苯舆B接和網(wǎng)格連接。

圖 2：基于 PCIe 多主機(jī)交換機(jī)架構(gòu) AI 服務(wù)器

利用高存儲性能優(yōu)化應(yīng)用

集成計算、存儲和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)需要最高性能 DRAM 虛擬應(yīng)用程序可以在主機(jī)處理器上運行。整個行業(yè)都在從 DDR4 DRAM 過渡到新一代 DDR5 和 HBM2 DRAM。DDR5 解決方案可以達(dá)到高達(dá) 4800 Mbps 數(shù)據(jù)運行速率高達(dá)每個 80 多個雙列直插存儲模塊的位寬通道 (DIMM) 連接加快了深度學(xué)習(xí)等功能的工作負(fù)荷。另外，DDR5 還具有可靠性、可用性和可維護(hù)性 (RAS) 該功能包括內(nèi)聯(lián)或邊帶糾錯碼 (ECC)、奇偶校驗和數(shù)據(jù)循環(huán)冗余校驗 (CRC)，旨在縮短系統(tǒng)停機(jī)時間。與 DDR5/4 DRAM 相比，HBM2 它是一種帶寬高、每比特數(shù)據(jù)訪問功耗最低的高效解決方案。SoC 架構(gòu)師將選擇高帶寬應(yīng)用 HBM2 對于大容量應(yīng)用容量應(yīng)用 DDR5、或需要高帶寬 HBM2 和大容量 DDR DRAM 的 AI 這兩種存儲類型結(jié)合加速等應(yīng)用。

簡化數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)

傳統(tǒng)的企業(yè)數(shù)據(jù)中心采用基于樹的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括交換式以太網(wǎng)和 VLAN 標(biāo)記。這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)只定義了連接網(wǎng)絡(luò)的路徑，通常用于處理服務(wù)器之間的南北數(shù)據(jù)流量。私有云數(shù)據(jù)中心使用 CI 和 HCI 該系統(tǒng)采用25個扁平的雙層葉脊結(jié)構(gòu)G、50G、100G 或 200G 以太網(wǎng)鏈路使虛擬化服務(wù)器能夠在許多虛擬機(jī)之間分配工作流。最新 400G 八通道小型可插拔 (OSFP) 多模收發(fā)器(采用 8 條通道 56G PAM-4 PHY IP）通過提供多個 56G 葉脊鏈路幫助數(shù)據(jù)中心實現(xiàn)高達(dá) 400G 以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹Ｐ袠I(yè)正在規(guī)劃 400G 采用以太網(wǎng)系統(tǒng) 112G PAM-4 以太網(wǎng)鏈路過渡，期待過渡 800G 以太網(wǎng)應(yīng)用。

CI 和 HCI 該系統(tǒng)可以使用軟件定義網(wǎng)絡(luò) (SDN) 易于管理網(wǎng)絡(luò)，將控制流與數(shù)據(jù)路徑分離，從而進(jìn)一步簡化數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)。OpenFlow 通用軟件棧為控制整個行業(yè)提供了一致的軟件環(huán)境 CI 和 HCI 系統(tǒng)。SoC 設(shè)計師沒有專利軟件堆棧，而是在整個私有云數(shù)據(jù)中心運行 OpenFlow 管理數(shù)據(jù)使用戶無需實際訪問網(wǎng)絡(luò)的硬件設(shè)備，即可輕松配置網(wǎng)絡(luò)。

總結(jié)

CI 和 HCI 該系統(tǒng)將超大數(shù)據(jù)中心的三個核心方面(計算、存儲和網(wǎng)絡(luò))集成到同一個解決方案中。它們?nèi)〈�了各種經(jīng)常斷開連接的系統(tǒng)和管理工具。隨著企業(yè)數(shù)據(jù)中心向私有云的不斷過渡，服務(wù)器和數(shù)據(jù)中心開始使用虛擬化進(jìn)行集成，以支持在較少的物理服務(wù)器上運行越來越多的工作負(fù)載。利用最新的行業(yè) IP 系統(tǒng)集成架構(gòu)和接口協(xié)議，優(yōu)化低延遲數(shù)據(jù)庫查詢和深度學(xué)習(xí)的應(yīng)用。CI 和 HCI 集成系統(tǒng)硬件時，采用新的優(yōu)化處理器和先進(jìn)的存儲技術(shù) IP、IP 接口、NVMe SSD 加速器與緩存一致性。

為 CI 和 HCI 系統(tǒng)集成處理器 IP、高級存儲器 IP、連接 IP、NVMe 存儲和緩存一致性加速器時，SoC 設(shè)計師需要考慮成本、功耗、性能和開發(fā)進(jìn)度。 3 展示高級 AI 服務(wù)器 SoC，它包括主機(jī)處理器、安全算法、系統(tǒng)內(nèi)存、連接和加速器。

圖 3：AI 加速/服務(wù)器 SoC

Synopsys 通過硅驗證提供品種齊全、質(zhì)量高的產(chǎn)品 IP 幫助設(shè)計師開發(fā)云計算應(yīng)用程序(支持產(chǎn)品組合) CI 和 HCI 系統(tǒng)）的 SoC。Synopsys DesignWare 接口 IP、處理器 IP 和基礎(chǔ) IP 優(yōu)化高性能、低延遲、低功耗，支持 16 nm 至 7 nm FinFET 先進(jìn)的處理技術(shù)。