IPU和CXL如何提高數據中心的電源效率？

DPU、IPU 和 CXL 技術有可能顯著提高數據中心的能效。

數據處理單元 (DPU)、基礎設施處理單元 (IPU) 和 Compute Express Link (CXL) 技術可從服務器 CPU 卸載交換和網絡任務，具有顯著提高數據中心能效的潛力。事實上，美國國家可再生能源實驗室 (NREL）認為，使用此類技術并專注于降低功率的企業可以實現約 33% 的效率提高。

使用新的網絡技術提高電源效率

去年，出現了幾項新技術，重新審視了數據中心的功耗。雖然采用了不同的方法，但這些解決方案都試圖通過從 CPU中卸載交換和網絡工作來提高能源效率，就像 GPU 和基于硬件的加密減少 CPU 的負載（從而降低整體功耗）一樣。以下是一些值得關注的主要進展：

什么是數據處理單元 (DPU)？

數據處理單元 (DPU) 是一項相對較新的技術，可將處理密集型任務從 CPU 卸載到服務器中的單獨卡上。從本質上講，DPU 是一種微型板載服務器，針對網絡、存儲和管理任務進行了高度優化。（服務器上的通用 CPU 從未設計用于這些類型的密集型數據中心工作負載，并且經常會使服務器陷入困境。）

DPU 能產生什么影響？“在 DPU 中使用硬件加速來卸載處理密集型任務可以大大降低功耗，從而提高效率或在某些情況下減少服務器、更高效的數據中心，并通過減少電力消耗和減少成本來顯著節省成本?！盳K Research 的創始人兼首席分析師Zeus Kerravala 說。

DPU 可以節省多少功率？提供英偉達BlueField DPU的英偉達的一份報告估計，卸載網絡、存儲和管理任務可以將服務器功耗降低多達 30%。此外，該報告還指出，隨著服務器負載的增加，節電量也會增加，對于擁有 10000 臺服務器的大型數據中心，在服務器的 3 年使用壽命內，可以節省 500 萬美元的電費。在冷卻、供電、機架空間和服務器資源成本方面將會有額外的節省。

什么是基礎設施處理單元 (IPU)？

虛擬交換、安全和存儲等基礎設施服務會占用大量 CPU 周期?；A設施處理單元 (IPU) 可加速這些任務，釋放 CPU 內核以提高應用程序性能并降低功耗。

去年，英特爾和谷歌云推出了一款代號為 Mount Evans 的聯合設計芯片，旨在讓數據中心更加安全和高效。該芯片接管了 CPU 為網絡打包數據的工作。它還在可能共享 CPU 的不同應用程序和用戶之間提供更好的安全性。

根據英特爾的定義，IPU 是一種具有強化加速器和以太網連接的高級網絡設備。它使用緊密耦合的專用可編程內核來加速和管理基礎設施功能。IPU 在使用軟件定義網絡 (SDN) 和日益復雜的管理軟件的現代計算環境中特別有效。這些解決方案結合在一起會耗盡計算資源。英特爾估計，在某些高度虛擬化的環境中，網絡可以消耗主機 CPU 周期的 30% 。

什么是計算快速鏈路 (CXL)？

Compute Express Link(CXL) 是一種開放互連標準，用于在主機（例如處理器）和設備（例如硬件加速器或智能 NIC）之間實現高效、一致的內存訪問。該標準旨在解決所謂的馮諾依曼瓶頸問題，其中計算速度受限于 CPU 從存儲器中檢索指令和數據的速率。

CXL 以多種方式解決了這個問題。它采用了一種新的方法來在多個計算節點之間進行內存訪問和共享。它允許內存和加速器分解，使數據中心完全由軟件定義。

池中的某些內存設備可以允許在多個主機之間共享內存，這為應用程序提供了新的機會和可能性，可以在適當的位置讀取、修改和寫入數據，而無需通過網絡在節點之間移動數據或傳遞消息。多臺主機映射和使用數據的能力可以提高基礎設施資源利用率。

CXL 有多重要？“CXL 技術可能會顯著影響未來的服務器架構，”Omdia 云和數據中心研究實踐分析師 Aaron Lewis 說。具體來說，CXL 可以在滿足容量和帶寬要求的同時降低服務器中的內存成本。

Lewis 還指出，很大一部分主板區域用于內存。通過 CXL 內存分解，內存資源可以像存儲驅動器或物理外形的 PCIe 卡一樣處理。這可能會使服務器計算更加密集，并且主要受熱因素限制，而不是缺乏主板空間。

為什么 DPU、IPU 和 CXL 技術很重要

幾十年來，企業一直關注運行其數據中心和 IT 運營的日益增長的電力需求。隨著計算和存儲需求的增長，能源消耗也在增長。具有更強大 CPU 的服務器直接使用更多電力。更快的處理器產生的熱量需要越來越多的冷卻，從而增加了電力負荷。

為了解決這些問題，已經嘗試了各種能效解決方案，通過將一些計算和安全任務卸載到針對特定任務優化的協處理器（例如 GPU 或基于硬件的加密器）來解決這個問題。

除了使用 GPU，企業還使用虛擬化和節能實踐來顯著改善數據中心的功耗。因此，電源使用效率 (PUE) 這一描述計算機數據中心使用能源效率的標準指標下降了。（這是一件好事。）它從 2007 年的平均 2.5 左右下降到 2011 年的 1.98。這一下降是通過使用電源優化技術實現的，包括通過虛擬化最大化工作負載、改進冷卻和其他舉措。

不幸的是，這些用于降低數據中心電源效率的方法在十年內幾乎沒有改善，因為 PUE 比率變化很小。研究表明數據中心的 PUE 值范圍很廣，但目前的總體平均值約為 1.8。

最近，注意力已經轉移到降低開關和網絡工作的功率需求上。美國國家可再生能源實驗室 (NREL）認為，使用此類技術并專注于降低功耗的企業可以實現約 33% 的電源效率提升。

審核編輯：劉清