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利用Gen-Z实现内存共享和低延迟

2020-09-29 Gary Hilson 阅读:
Gen-Z本身的主要技术优势是能够将DRAM和非易失性存储器及未来的持久性存储技术结合起来,它还使用一种高带宽、低延迟和高效的协议来简化软硬件设计,降低了解决方案的成本和复杂性。

不要与人口学中的千禧世代搞混了,Gen-Z是一种语义存储(memory-semantic)体系架构,它已经发展到了一定程度,需要更好地定义来适应更大规模的规范与标准,例如在数据中心越来越受欢迎的成熟NVM Express和新兴Compute Express Link(CXL)协议。C4Gednc

Gen-Z使用语义存储通信,以最小开销在不同组件的内存之间传送数据,它不仅使存储器件互连,也使处理器和加速器互连,加速器可以减轻CPU的处理压力,越来越受到存储和人工智能等应用的青睐。Gen-Z在资源供应和共享方面更灵活、响应更快,当应用所需资源发生变化时,可以重新配置系统。C4Gednc

与许多体系架构一样,在支持和增强现有系统方面,Gen-Z会尽量使其达到平衡,同时还可以创建新的体系架构。Gen-Z架构强调要弄清谁在做什么。研究机构Coughlin and Associates的总裁Thomas Coughlin说:“这个问题令人困扰,很多事情他们可能都在做重复工作,如果能互通有无,搞清谁在做什么和如何做,并且一起去做,那就太好了。”C4Gednc

Gen-Z之所以能成为主流,一个重要原因就是可以支持不同类型标准化设备的互操作性,其他体系架构(如CXL)的支持者也认同协作的重要性。C4Gednc

“人们采用不同的方式创建网络及包含各种要素(如联网、存储和计算,以及加速器)的架构,我们认为所有这些方式之间的关系都需要讨论清楚。”Coughlin说,“如何使所有这一切协同工作?如何创建最佳的网络和架构,使它们尽可能以有效的方式在本地和远程工作?对NVMe over Fabric与Gen-Z进行区分只是其中的一个例子。”C4Gednc

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图1:Gen-Z架构的开发重点是通过下一代器件(如持久性内存)的透明集成实现持续的性能提升,并通过组合式存储器和加速器来充分利用DRAM。(图片来源:Gen-Z联盟)C4Gednc

Gen-Z联盟声称,Gen-Z本身的主要技术优势是能够将DRAM和非易失性存储器及未来的持久性存储技术结合起来,它还使用一种高带宽、低延迟和高效的协议来简化软硬件设计,降低了解决方案的成本和复杂性。与任何新的体系架构一样,Gen-Z的目标是在不降低系统性能的情况下可以灵活扩展,同时保持设计兼容性,以集成到现有平台并与任何必需的软件兼容。C4Gednc

“为实现这一架构,大家必须合作,因此Gen-Z联盟与OpenFabrics联盟(OFA)签署了合作意向书(MOU)。”Gen-Z联盟主席Paul Grun表示,合作对双方都有利。Gen-Z需要在整个架构拓扑上实现类似存储的语义,帮助Gen-Z实现分布式存储架构;OFA的目标则是加速OFA的发展并推进新结构的采用,以形成良好的网络生态系统。“很明显,Gen-Z是下一代架构。”他接着说,但OFA不是标准机构,而是开发者。“我们为他们提供所需的软件来加速架构的开发和采用。”C4Gednc

架构所采用的先进软件可以是任何适合当前和未来高性能计算、云服务和企业级数据中心的API及相关软件,在需要高效联网、超低延迟、更快的存储连接、可扩展并行计算和云服务的场景中使用。Grun说,OFA与具体的架构和供应商无关,它主要关注作为OpenFabrics接口(OFI)一部分的用户模式API(称为libfabricAPI),并对需要公共管理框架的组合式异构网络进行网络管理。C4Gednc

Grun提到,最近宣布的合作意向书拟定,OFA将为Gen-Z提供libfabric程序,使支持libfabric的任何应用或中间件都能轻松使用Gen-Z功能,OFA同时还将研究对libfabric API进行增强的可能性。Gen-Z将是首个用于管理组合式网络的解决方案,这一方案使用DMTF的Redfish标准,由管理框架、“抽象”的架构管理器和特定架构的插件组成。C4Gednc

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图2:Gen-Z可以集成到处理器中,而不会影响传统的存储控制器。例如,DDR存储控制器仍将独立为处理器的一部分地址空间提供服务,Gen-Z则将独立为另一部分服务。(图片来源:Gen-Z联盟)C4Gednc

Bowman说,有一些器件,如存储器、高速GPU等,在任何现有的架构上都不能很好地工作,而是需要适合自己的高速率、低延迟安全架构,Gen-Z则反映了这些器件对行业标准架构的需求。他说:“我们发现DDR接口的引脚太多了,希望能够实现一些器件民主,避免所有事务都必须由主机CPU处理。”C4Gednc

Bowman说,作为一种语义存储协议,Gen-Z可通过GPU、AI器件或FPGA等加速器(而非CPU)简单地读写存储空间并获取信息,同时还可以访问本地存储器和Gen-Z上的存储器。“这样,不同的器件就可以共享内存——内存可以分配给器件,也可以由多个器件共享。”C4Gednc

Gen-Z联盟称Gen-Z架构在连接器件和共享内存时表现出极低的延迟,但是速率不如直连到内存快。“从我们的一个演示可以看出,与Gen-Z连接的存储器件延迟降低了5倍,可与一些最快的NVMe器件通信。”他说,目前有两种方法连接到Gen-Z。一种方法是在端点设备中使用本机接口,另一种方法是采用直连到Gen-Z接口的FPGA。C4Gednc

当然,Gen-Z不仅需要适应OFA的发展,也要配合其他架构(如刚起步的CXL和成熟的NVMe over Fabric)的进步。但是正如Grun所指出的,由一家公司来开发其中任何一种架构的成本都太高。如同不应再将存储器和联网分开考虑,所有这些架构也都需要关联在一起。“我认为它就像一张拥有很多重要织线的大挂毯。”C4Gednc

(原文刊登于EETimes美国版,参考链接:Gen-Z Seeks to Share Memory, Lower Latencies,由Jenny Liao编译。)C4Gednc

本文为《电子技术设计》2020年10月刊杂志文章,版权所有,禁止转载。免费杂志订阅申请点击这里C4Gednc

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Gary Hilson
EE Times特约编辑。Gary Hilson是一位自由撰稿人和编辑,曾为北美地区的印刷和电子出版物撰写过大量稿件。 他感兴趣的领域包括软件、企业级和网络技术、基础研究和教育市场,以及可持续交通系统和社会新闻。 他的文章发表于Network Computing,InformationWeek,Computing Canada,Computer Dealer News,Toronto Business Times,Strategy Magazine和Ottawa Citizen。
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