计算机世界记者 邹大斌 在一个典型的IT架构中，CPU是无可争议的核心，无论是计算、存储和网络都经由CPU来统一调度。这种集中式的架构中带来了管理的方便性，但CPU很容易成为性能瓶颈，而另一方面网络和存储设备却“空有一身力气无处发挥”，特别是在计算密集型的HPC领域，这一问题更为突出。 有办法解决这个问题吗？答案是肯定的，这就是Mellanox所倡导的联合设计（Co-design）。联合设计其核心目的就是要改变原来集中式、以CPU为核心的工作方式，而让各个部件协同来共同分担工作负荷。比如，让网卡也像CPU一样成为核心部件之一，来分担原来由CPU承担的通讯功能，从而让CPU只专注于计算。 “联合设计就是要让IT架构中更多的硬件具有智能，比如网卡、交换机、存储，甚至网线。现在的网线就是一个简单的传接媒介，将来网线也会变得智能。通过一种任务卸载的方式，让很多组件共同协同完成一个任务，从而使得整个系统的性能达到一个更高的层次。” Mellanox市场部副总裁Gilad Shainer告诉计算机世界记者。 Gilad Shainer说，一直以来，各种设备商都太专注于提升自己产品的性能，现在这种方式遇到了瓶颈，到了该换种方式来解决问题的时候。他解释说，如果设定十年前网络延迟和软件都是100微秒，到今天，网络延迟已经降低到了1微秒，而软件延迟还在10微秒的水平。与十年前相比，硬件快了100倍，而软件优化只是快了10倍而已。而更难的是，接下来无论我们硬件再怎么样去优化，基本上达到物理极限了，同时，整个应用程序性能提升也是微乎其微了，因为软件负荷就是这么大。这个时候通过联合设计，也就是通过软硬件结合，就可以让整体延迟都到进一步的下降。 这里用一个具体的实例来解释可能更容易懂。所幸Mellanox 所提的联合设计并不是一个完全的概念，这几年Mellanox的产品也正在走联合设计的路数，其推出的很多产品也真正体现出了联合设计的好处。比如，Mellanox联合GPU等合作伙伴推出的GPU-Direct技术，允许GPU能够直接访问Mellanox的网卡，这样网卡就能够直接去发送FDR GPU的内容，而需要CPU的介入——这也正是“GPU-Direct”这个名称的由来。这就是硬件与硬件之间协同设计的结果，它让数据在硬件与硬件之间走了更短的路径，分担了CPU的任务，从而改进了整个系统的性能。类似的还有RDMA、SR-IOV，以及一些集群式通讯的卸载（Connective offload）等，由于借助网卡来实现了上述功能，从而大大下降了CPU的负担。 Gilad Shainer介绍说，这种协同设计还可以体现为硬件与软件、软件与软件等多个层次，这些方面Mellanox也都做了大量的探索和卓有成效的工作。以软件之间协同为例，Mellanox牵头成立了一个叫OPEN UCX的协会。这是一个联盟组织的性质，它是由公司、国家实验室和大学组成。这里面的软件是这些机构把自己最优秀的程序贡献出来，从而共同来创建一个适合HPC更好性能的软件组合。 “将来不仅仅是网卡，交换机上也会有更多的智能单元，这样交换机也会和网卡一样成为协同处理器。过去只想到GPU之类的协同处理器，现在网卡、交换机也可叫协同处理器，因为它们有了智能的大脑，就会很智能地处理很多通讯。而一旦CPU、网卡、交换机整体配合起来以后，对应用程序的性能就会有一个大幅的提升。”Gilad Shainer表示。 值得一提的是，联合设计还有望让虚拟化在HPC领域一试身手。众所周知，由于对计算性能的影响，HPC基本不考虑虚拟化，从而也无法享受到虚拟化的诸多好处，比如，故障隔离和系统快速回复等。而协同设计使得CPU负担得以减轻，从而使得虚拟化技术得以在HPC领域得到应用。 采访中Gilad Shainer还透露，Mellanox很快就会有一些突破性的技术和产品发布。对此让我们拭目以待！
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