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利用 IP 整合云計算基礎設施

（2024年11月23日更新）

數據中心的工作負載和計算應用程序不斷從傳統數據中心遷移到超大數據中心。根據Cisco 全球云指數計算，到 2021 年，94% 云數據中心將處理工作負載和計算實例(圖 1）。雖然許多應用程序由大型公共云運營商托管，但許多關鍵任務的工作負荷和計算實例由私人大型數據中心托管。預計從 2016 年到 2021 年，私有超大規模數據中心將使用 11% 復合年增長率增長。雖然大型云提供商開發了定制的框架級系統，但私有云提供商通常使用集成基礎設施 (CI) 或超融合基礎設施 (HCI) 系統提高效率，降低管理成本。CI 系統和 HCI 通過自動化系統配置和控制、虛擬化計算、存儲和網絡操作，系統使私有云提供商能夠大規�？焖俨渴�Spansion代理新系統。向 CI 和 HCI 系統的過渡正在影響半導體片上的系統 (SoC) 供應商鼓勵他們低延遲存儲服務器處理器和固態硬盤 (SSD) 優化網絡交換機設計。對 CI 和 HCI 系統的需求促進了一種新型 SoC 這些架構需要最新的架構 IP 實施工業功能 PCI Express (PCIe)、DDR5.緩存一致性，NVMExpress (NVMe) SSD 以太網網絡的存儲和最高帶寬。

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圖 1:傳統與云數據中心之間的分配 Cisco 工作負荷和計算實例1

CI 該系統將計算、存儲、網絡和管理與相同的解決方案相結合，而不是作為不同的數據中心功能。功能全面的 CI 和 HCI 系統實現了整體管理的自動化 IT 人員可以專注于管理應用程序，而不是基礎設施。機架級系統的預集成降低了整體復雜性，以及集成和運行成本。CI 和 HCI 它可以實現更快的系統部署，更容易的互操作和穩定的管理，減少培訓和技術支持的成本。用于施工以滿足效率和性能要求 CI 和 HCI 系統的 SoC 元件(如設計 IP）優化處理、內存性能和連接功能。

利用 NVMe SSD 和基于 PCIe 提高加速器的性能

基于服務器 SSD 可以利用在 PCIe IP 運行在接口上 NVMe 協議直接連接到服務器 CPU，還可作為緩存加速器，極快地緩存頻繁訪問的數據或熱數據。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 不僅提高了服務器的效率，而且避免了通過外部存儲設備訪問數據的必要性。在 PCIe 為了實現服務器務器 NVMe SSD 私有云的高處理量應用程序非常適合數據庫查詢。

除使用基礎外 PCIe 的 NVMe SSD 加速數據庫，CI 和 HCI 系統還使用 PCIe 交換機架構加速人工智能 (AI) 主機處理器的應用。AI 處理器加速后，服務器需要滿足深度學習性能的需要。由于圖 2 所示基于 PCIe 主機處理器連接到交換機架構帶來的低延遲特性 GPU 基于硬件的加速器可以優化深度學習算法�；诰彺嬉恢滦缘膽贸绦� PCI Express 協議棧構建的加速器緩存一致性互聯 (CCIX) 協議可以高速連接主機處理器和硬件加速器。當前運行速率為 25 Gbps 并迅速提高為 32 Gbps 的 CCIX 在更新內存時，需要更新系統中的所有組件，以確保系統實現單個內存空間，從而減少復制需求。CCIX 支持開關拓撲、直接連接和網格連接。

圖 2：基于 PCIe 多主機交換機架構 AI 服務器

利用高存儲性能優化應用

集成計算、存儲和網絡系統需要最高性能 DRAM 虛擬應用程序可以在主機處理器上運行。整個行業都在從 DDR4 DRAM 過渡到新一代 DDR5 和 HBM2 DRAM。DDR5 解決方案可以達到高達 4800 Mbps 數據運行速率高達每個 80 多個雙列直插存儲模塊的位寬通道 (DIMM) 連接加快了深度學習等功能的工作負荷。另外，DDR5 還具有可靠性、可用性和可維護性 (RAS) 該功能包括內聯或邊帶糾錯碼 (ECC)、奇偶校驗和數據循環冗余校驗 (CRC)，旨在縮短系統停機時間。與 DDR5/4 DRAM 相比，HBM2 它是一種帶寬高、每比特數據訪問功耗最低的高效解決方案。SoC 架構師將選擇高帶寬應用 HBM2 對于大容量應用容量應用 DDR5、或需要高帶寬 HBM2 和大容量 DDR DRAM 的 AI 這兩種存儲類型結合加速等應用。

簡化數據中心網絡

傳統的企業數據中心采用基于樹的網絡拓撲結構，包括交換式以太網和 VLAN 標記。這種拓撲結構只定義了連接網絡的路徑，通常用于處理服務器之間的南北數據流量。私有云數據中心使用 CI 和 HCI 該系統采用25個扁平的雙層葉脊結構G、50G、100G 或 200G 以太網鏈路使虛擬化服務器能夠在許多虛擬機之間分配工作流。最新 400G 八通道小型可插拔 (OSFP) 多模收發器(采用 8 條通道 56G PAM-4 PHY IP）通過提供多個 56G 葉脊鏈路幫助數據中心實現高達 400G 以太網網絡拓撲。行業正在規劃 400G 采用以太網系統 112G PAM-4 以太網鏈路過渡，期待過渡 800G 以太網應用。

CI 和 HCI 該系統可以使用軟件定義網絡 (SDN) 易于管理網絡，將控制流與數據路徑分離，從而進一步簡化數據中心網絡。OpenFlow 通用軟件棧為控制整個行業提供了一致的軟件環境 CI 和 HCI 系統。SoC 設計師沒有專利軟件堆棧，而是在整個私有云數據中心運行 OpenFlow 管理數據使用戶無需實際訪問網絡的硬件設備，即可輕松配置網絡。

總結

CI 和 HCI 該系統將超大數據中心的三個核心方面(計算、存儲和網絡)集成到同一個解決方案中。它們取代了各種經常斷開連接的系統和管理工具。隨著企業數據中心向私有云的不斷過渡，服務器和數據中心開始使用虛擬化進行集成，以支持在較少的物理服務器上運行越來越多的工作負載。利用最新的行業 IP 系統集成架構和接口協議，優化低延遲數據庫查詢和深度學習的應用。CI 和 HCI 集成系統硬件時，采用新的優化處理器和先進的存儲技術 IP、IP 接口、NVMe SSD 加速器與緩存一致性。

為 CI 和 HCI 系統集成處理器 IP、高級存儲器 IP、連接 IP、NVMe 存儲和緩存一致性加速器時，SoC 設計師需要考慮成本、功耗、性能和開發進度。 3 展示高級 AI 服務器 SoC，它包括主機處理器、安全算法、系統內存、連接和加速器。

圖 3：AI 加速/服務器 SoC

Synopsys 通過硅驗證提供品種齊全、質量高的產品 IP 幫助設計師開發云計算應用程序(支持產品組合) CI 和 HCI 系統）的 SoC。Synopsys DesignWare 接口 IP、處理器 IP 和基礎 IP 優化高性能、低延遲、低功耗，支持 16 nm 至 7 nm FinFET 先進的處理技術。