Un ecosistema de servidores energéticamente eficientes y resistentes a errores que superan los límites de escalado conservadores

Resumen

El crecimiento explosivo de los dispositivos conectados a Internet pronto dará lugar a una avalancha de datos generados, lo que aumentará la demanda de ancho de banda de red, así como la potencia de cálculo para procesar los datos generados. En consecuencia, se necesitan servidores más eficientes desde el punto de vista energético para potenciar los tradicionales centros de datos centralizados en la nube, así como los emergentes centros de datos descentralizados en los bordes de la nube. En este artículo presentamos nuestro enfoque, cuyo objetivo es desarrollar una nueva clase de microservidores, los UniServer, que superan los límites conservadores de escalado energético y de rendimiento mediante la introducción de mecanismos novedosos en todas las capas de la pila de diseño. La idea principal radica en la realización de la heterogeneidad intrínseca del hardware y el desarrollo de mecanismos que expondrán automáticamente las diferentes capacidades únicas de cada hardware. Se emplean esquemas de baja sobrecarga para supervisar y predecir el comportamiento del hardware y comunicarlo al software del sistema. El software del sistema, que incluye una capa de virtualización y gestión de recursos, se encarga de optimizar el funcionamiento del sistema en términos de energía o rendimiento, al tiempo que garantiza un funcionamiento sin interrupciones en los puntos de funcionamiento ampliados. Nuestros resultados de caracterización en un microservidor ARMv8 de 64 bits en un proceso de 28 nm revelan grandes márgenes de voltaje en términos de variación de Vmin entre los 8 núcleos del chip CPU, entre tres chips sigma diferentes y entre diferentes puntos de referencia con el potencial de obtener hasta un 38,8% de ahorro energético. Del mismo modo, las caracterizaciones de la DRAM muestran que la frecuencia de actualización y el voltaje pueden relajarse 35 veces y un 5%, respectivamente, lo que supone un ahorro medio de energía del 23,2%.