La máquina (arquitectura de computadoras)

La Máquina es una computadora experimental fabricada por Hewlett Packard Enterprise . Fue creada como parte de un proyecto de investigación para desarrollar un nuevo tipo de arquitectura de computadora para servidores. El diseño se centró en una arquitectura de "computación centrada en la memoria", donde la NVRAM reemplazó a la DRAM y los discos tradicionales en la jerarquía de memoria . La NVRAM era direccionable por byte y se podía acceder a ella desde cualquier CPU a través de una interconexión fotónica . ^{[ 1 ] [ 2 ]} El objetivo del proyecto era construir y evaluar este nuevo diseño.

La Máquina era un clúster de computadoras con muchos nodos individuales conectados a través de una estructura de memoria. La interconexión de la estructura utilizaba fotónica de silicio basada en VCSEL con un chip personalizado llamado X1. ^{[ 3 ]} El acceso a la memoria no es uniforme y puede incluir múltiples saltos . La Máquina fue concebida inicialmente como una computadora a escala de rack con 80 procesadores y 320 TB de memoria conectada a la estructura, con potencial para escalar a más gabinetes de hasta 32 ZB. ^{[ 4 ] [ 5 ]} La memoria conectada a la estructura no es coherente con la caché y requiere que el software sea consciente de esta propiedad. ^{[ 4 ]} Dado que los bloqueos tradicionales necesitan coherencia de caché, se agregó hardware a los puentes para realizar operaciones atómicas a ese nivel. ^{[ 4 ]} Cada nodo también tiene una cantidad limitada de memoria local privada coherente con la caché (256 GB). ^{[ 6 ] [ 4 ]} El almacenamiento y el procesamiento en cada nodo tenían dominios de energía completamente separados. ^{[ 4 ]}

La memoria conectada a la estructura de The Machine es demasiado grande para ser mapeada en el espacio de direcciones virtuales de un procesador (que era de 48 bits de ancho ^{[ 4 ]} ). Se necesita una forma de mapear ventanas de la memoria conectada a la estructura en la memoria del procesador. Por lo tanto, la comunicación entre cada SoC de nodo y el grupo de memoria pasa por un componente "puente Z" basado en FPGA que gestiona el mapeo de memoria del SoC local a la memoria conectada a la estructura. ^{[ 4 ]} El puente Z maneja dos tipos diferentes de direcciones: direcciones lógicas Z de 53 bits y direcciones Z de 75 bits, que permiten direccionar 8PB y 32ZB respectivamente. ^{[ 4 ]} Cada puente Z también contenía un cortafuegos para aplicar el control de acceso. ^{[ 7 ]} El protocolo de interconexión fue desarrollado internamente y se conoce como Next Generation Memory Interconnect (NGMI). ^{[ 4 ]} Este protocolo evolucionó hasta convertirse en el estándar abierto Gen-Z . ^{[ 8 ] [ 9 ]} El puente Z se conecta al SoC mediante PCIe, evitando cambios importantes de software. ^{[ 9 ]}

Un prototipo de medio rack de la máquina fue presentado en HPE Discover en Londres en 2016. ^{[ 10 ]} Cada nodo contenía SoCs Broadcom / Cavium ThunderX2 basados ​​en ARMv8-A . ^{[ 11 ] [ 12 ] [ 3 ]} En total había 40 SoCs de 32 núcleos. ^{[ 13 ]} Debido a la falta de disponibilidad de NVRAM basada en memristores o memoria de cambio de fase adecuada , el prototipo utilizó 160 TB de DRAM con respaldo de batería . ^{[ 14 ] [ 12 ] [ 15 ]} A pesar de este contratiempo, el arquitecto de software Keith Packard dijo que esto "puede usarse para probar las otras partes del diseño antes de cambiar". ^{[ 4 ]} Según The Register , la asociación de HPE con SK Hynix para desarrollar NVRAM basada en memristores se topó con problemas de financiación y dirección y estaban trabajando con Sandisk en RAM resistiva ( ReRAM ) para The Machine. ^{[ 16 ]} Según The Next Platform, HPE consideró cambiar a los DIMM Intel Optane "cuando haya cantidades de producción disponibles en el mercado". ^{[ 9 ]}

Next Platform estimó que el prototipo de rack consumiría entre 24  kW y 36  kW de potencia. ^{[ 9 ]}

Se crearon dos proyectos de software importantes para la Máquina. ^{[ 17 ]} Una versión experimental de Linux llamada Linux++ ^{[ 18 ]} con todas las mejoras necesarias para configurar el hardware y trabajar con modelos de programación tradicionales. ^{[ 19 ]} Esto incluía la configuración del puente, el control de acceso y el mapeo mediante el subsistema DAX. Paralelamente, se anunció un nuevo sistema operativo (SO) llamado Carbon ^{[ 20 ] [ 21 ]} que se diseñaría desde cero para aprovechar al máximo una computadora basada en NVRAM. ^{[ 22 ] [ 23 ] [ 24 ]}

Las cargas de trabajo principales para The Machine incluían bases de datos en memoria , software estilo Hadoop y análisis de big data en tiempo real . ^{[ 25 ] [ 26 ]} HPE afirmó que un diseño de computación basado en memoria como The Machine podría "mejorar las velocidades hasta 8000 veces en comparación con los sistemas convencionales". ^{[ 27 ]}

En el sistema prototipo, la memoria conectada al tejido del sistema estaba organizada por un componente de servidor de gestión "en la parte superior del rack" llamado The Librarian. ^{[ 4 ] [ 28 ]} The Librarian dividía la memoria en "estantes" de "libros" de 8 GB, y se podían configurar protecciones de hardware en los límites de los libros. ^{[ 4 ]} También se admitía un "booklet" de grano fino de 64 KB. ^{[ 4 ]}

El mapeo de la memoria lo gestiona el sistema operativo, mientras que los controles de acceso a la memoria los configura la infraestructura de gestión del sistema The Machine en su conjunto. ^{[ 4 ]} El software debe tener en cuenta que las lecturas de memoria conectadas a la estructura pueden presentar errores síncronos, mientras que las escrituras pueden presentar errores asíncronos. En el sistema Linux, cuando se produce un error de memoria, se utiliza la señal SIGBUS del sistema operativo. ^{[ 4 ]}

También se exploraron cambios en el modelo de programación y la estructura de datos , incluyendo cambios en las bibliotecas de subprocesos y las estructuras de datos del montón para que fueran resistentes a los modos de fallo de la memoria no volátil. ^{[ 29 ] [ 30 ] [ 31 ] [ 32 ] [ 33 ]}

Unos años después del redescubrimiento del memristor por parte de HP , ^{[ 34 ]} el recién nombrado CTO de HP, Martin Fink, creó un proyecto de HP Labs para construir un sistema informático basado en memristores para abordar la ralentización de la ley de Moore . Anunció el proyecto en el evento Discover de HP en el verano de 2014. ^{[ 35 ]} Algunas de las ideas de The Machine también provenían de los diseños del sistema Dragonhawk . ^{[ 4 ] [ 36 ]} Tres cuartas partes de los 200 empleados de HP Labs se centraron en el hardware y el software de la máquina. ^{[ 22 ]}

En declaraciones a Bloomberg , HP afirma que comercializará The Machine en pocos años, “o fracasará estrepitosamente en el intento”. ^{[ 35 ]}

Kirk Bresniker se desempeñó como arquitecto jefe, y Keith Packard fue contratado para trabajar en las mejoras de Linux. ^{[ 37 ] [ 7 ]} Bdale Garbee fue contratado para gestionar el desarrollo de código abierto. ^{[ 38 ]}

En 2015, Hewlett-Packard se dividió en dos empresas separadas, HP Inc y Hewlett Packard Enterprise (HPE), y el proyecto The Machine fue asignado a esta última. ^{[ 39 ]}

A finales de 2016, Martin Fink se jubiló como CTO de HPE. ^{[ 40 ]} El anuncio de jubilación de Fink también decía que el personal de Hewlett Packard Labs se trasladaría al grupo de productos empresariales para "alinear nuestro trabajo de I+D en The Machine con el negocio". ^{[ 41 ] [ 42 ]}

A principios de 2017, Hewlett Packard Labs tenía una diapositiva que decía que el objetivo del proyecto era “demostrar progreso, no desarrollar productos” y que “colaborarían para brindar un valor diferencial de Machine en arquitecturas existentes, así como en arquitecturas disruptivas”. ^{[ 43 ]} BleepingComputer dijo: “En otras palabras, The Machine ya no es un producto por derecho propio. En cambio, proporcionará tecnologías que se utilizarán en otros productos de HPE en el futuro”. HPE reestructuró su organización pura de I+D y la colocó en el grupo de productos. ^{[ 44 ]} Yahoo! Finance informó que el prototipo de Machine “aún está a años de estar disponible comercialmente”. ^{[ 45 ]}

En 2018, HPE declaró que el proyecto había alcanzado la etapa en la que necesitaba aplicaciones comerciales de los clientes en el siguiente paso de su evolución. ^{[ 46 ]}