Um ecossistema servidor eficiente em termos energéticos e resistente a erros que excede os limites conservadores de escala

Abstrato

O crescimento explosivo de dispositivos ligados à Internet resultará em breve numa inundação de dados gerados, o que aumentará a procura de largura de banda da rede, bem como a capacidade de processamento dos dados gerados. Consequentemente, há uma necessidade de servidores mais eficientes em termos energéticos para capacitar os tradicionais centralizadores de dados da Nuvem, bem como os descentralizados emergentes nos Edges da Nuvem. Neste artigo, apresentamos a nossa abordagem, que visa desenvolver uma nova classe de micro-servidores - o UniServer - que excedem os limites conservadores de energia e desempenho, introduzindo novos mecanismos em todas as camadas da pilha de design. A ideia principal reside na realização da heterogeneidade intrínseca do hardware e no desenvolvimento de mecanismos que exponham automaticamente as capacidades variáveis únicas de cada hardware. São utilizados esquemas de despesas gerais baixas para monitorizar e prever o comportamento do hardware e relatá-lo ao software do sistema. O software do sistema incluindo uma camada de virtualização e gestão de recursos é responsável pela optimização do funcionamento do sistema em termos de energia ou desempenho, garantindo ao mesmo tempo um funcionamento sem interrupções sob os pontos de funcionamento alargados. Os nossos resultados de caracterização num micro-servidor ARMv8 de 64 bits em processo de 28nm revelam grandes margens de tensão em termos de variação Vmin entre os 8 núcleos do chip da CPU, entre três chips sigma diferentes, e entre diferentes pontos de referência com potencial para obter até 38,8% de poupança de energia. Da mesma forma, as caracterizações DRAM mostram que a taxa de actualização e a tensão podem ser relaxadas em 35x e 5%, respectivamente, levando a uma poupança de energia de 23,2% em média.