Ein energieeffizientes und fehlerresistentes Server-Ökosystem, das konservative Skalierungsgrenzen überschreitet

Abstrakt

Das explosionsartige Wachstum der mit dem Internet verbundenen Geräte wird bald zu einer Flut von Daten führen, die den Bedarf an Netzbandbreite und Rechenleistung zur Verarbeitung der erzeugten Daten erhöhen. Folglich besteht ein Bedarf an energieeffizienteren Servern, um sowohl traditionelle zentralisierte Cloud-Rechenzentren als auch neu entstehende dezentralisierte Rechenzentren an den Rändern der Cloud zu unterstützen. In diesem Beitrag stellen wir unseren Ansatz vor, der darauf abzielt, eine neue Klasse von Mikro-Servern - die UniServer - zu entwickeln, die die konservativen Grenzen der Energie- und Leistungsskalierung durch die Einführung neuartiger Mechanismen auf allen Ebenen des Design-Stacks überschreiten. Die Hauptidee liegt in der Realisierung der intrinsischen Hardware-Heterogenität und der Entwicklung von Mechanismen, die automatisch die einzigartigen unterschiedlichen Fähigkeiten jeder Hardware aufdecken. Mit geringem Aufwand wird das Verhalten der Hardware überwacht, vorhergesagt und an die Systemsoftware weitergegeben. Die Systemsoftware, einschließlich einer Virtualisierungs- und Ressourcenverwaltungsschicht, ist für die Optimierung des Systembetriebs in Bezug auf Energie oder Leistung verantwortlich und garantiert gleichzeitig einen unterbrechungsfreien Betrieb unter den erweiterten Betriebspunkten. Unsere Charakterisierungsergebnisse auf einem 64-Bit-ARMv8-Mikroserver im 28-nm-Prozess zeigen große Spannungsspannen in Form von Vmin-Variationen zwischen den 8 Kernen des CPU-Chips, zwischen drei verschiedenen Sigma-Chips und zwischen verschiedenen Benchmarks mit dem Potenzial, bis zu 38,8 % Energieeinsparungen zu erzielen. Ähnlich zeigen die DRAM-Charakterisierungen, dass die Aktualisierungsrate und die Spannung um das 35-fache bzw. um 5 % gesenkt werden können, was im Durchschnitt zu 23,2 % Energieeinsparungen führt.