云計算聯手大數據雙輪驅動IT技術變革

　　近年，隨著云計算Cloud Computing的崛起，智能終端的普及以及與嵌入式系統所帶來的大數據Big Data浪潮，有許多業內人士認為，與這些應用發展有關的是儲存、網絡等硬件廠商，或是數據分析的軟件廠商，但實際上，每臺電腦、手機、服務器或儲存裝置同時間所能處理的數據量，也和本身的執行性能是否夠強大有關。

　　而作為處理器制造商的Intel，今年8月在泰國曼谷舉辦的Cloud Summit 2012，也針對上述兩個趨勢，發表了看法，并通過過去各項統計數據，分析數據中心未來將面臨的瓶頸。

　　數據大量的成長，未來面臨PB等級的數據運算

　　Intel亞太區暨中國數據中心與網絡系統事業群總經理Jason Fedder表示，目前全世界包括計算機、手機與平板計算機等，共有超過10億個裝置，隨著這些裝置的增加，也帶來數據應用的爆炸性成長，例如網絡傳輸的數據量劇增，儲存的需求也大幅度成長。

　　根據該公司的統計與預測，到了2016年，不論是網絡、儲存設備、工作站，或是高效能運算等環境的處理器，都會比2011年的需求量高出一倍，并且對穩定性與效能的要求都更高。

　　以汽車制造商BMW為例，他們在2010年所要管理的，是9萬5千名員工的計算機，到了2012年，卻要面臨著1百萬、甚至1千萬輛車用計算機的聯機，而且這些計算機都內建多種傳感器，搜集行車過程的各種資料，因此后端數據中心的分析、運算能力，以及能源的需求，都面臨著巨大的挑戰。

　　Intel 2015年的云端愿景

　　在Intel Cloud Summit 2012的活動中，Intel提出了2015年的云端愿景，其中包括自動化Automated、客戶端感知Client Aware、聯合作業Federated等3大要素。

　　另外，Jason Fedder在活動中提出了Intel在2015年的云計算應用愿景，包括可減少IT人員管理工作的自動化Automated、自動判別客戶端裝置的感知能力Client Aware，以及可跨越公有云與私有云的聯合作業Federated。

　　其中，客戶端感應可以自動判別使用戶所使用的裝置與數據類型，包括手機、平板、筆電，以及行車計算機等;聯合作業則是將數據先在私有云內匯整，最后才在公有云發布供使用存取，而自動化則讓IT人員可以更專注在創新的服務上，而不會浪費在系統的管理上。

　　儲存與運算的數據大幅度成長，需要更高運算效能

　　拜儲存技術成長所賜，現階段在個人計算機上常見的儲存容量是以GB、TB為計算單位，一些企業甚至可能會有多達數千TB的硬盤容量，也就是PB等級的數據量，而數據量大幅度成長的同時，若想分析這些數據，方法也和過往不同。

　　就傳統的分析方式而言，常見的作法都是定期處理，而且是有特定目的或方向，因此偶爾才會面臨大量復雜數據處理的需求;而在當前大數據的時代下，我們要做到的是實時的數據分析。同時，因為數據類型來源不只是傳統計算機與設備，還有各種智能型手機，以及不同的感測裝置，例如車用計算機的GPS定位信息、駕駛行車的各種數據，或是道路影像系統的分析等。因此，目前系統可搜集的數據源，都與過往有很大的差異，而且數據型態往往含有大量非結構化的內容，因此在這些數據的處理上，與傳統的作法如數據庫和數據倉儲應用顯然有很大差異。

　　為了因應如此大量的數據運算，現今的處理器在運算效能的提升上，已經陸續采用相當多的技術，其中最顯而易見的作法就是內建多核心的技術。

　　在過去，處理器都僅內建單一核心，一切的運算都是由這個核心來執行，而Intel在2005年推出了第一款雙核心的Xeon處理器，將處理器從單核心推向多核心，而這對運算效能的改進，就好比增加人手一般。

　　原本單顆核心的架構，同一時間只能做一個運算，完成之后才能進行下一個，處理器若要加快指令周期，就只能仰賴頻率速度的提升。但是，在相同頻率的條件下，如果處理器可同時進行多個運算，在效能上就有機會大幅度成長。

　　以Intel目前新一代的服務器等級處理器Xeon E5系列，所配備的核心數量最多可到8個之多，加上可搭配他們自己發展的超線程技術，從操作系統的角度來看，在一臺單路服務器上，最多則能夠運用16個核心，如果是2路服務器，則能夠擁有32個運算核心。

　　在處理器的頻率速度方面，目前普遍都在2GHz到3GHz之間，最高的基礎頻率速為3.3GHz，透過Turbo Boost技術所自動超頻的頻率則達3.5GHz，這樣的高頻率規格，也讓計算機或服務器運算的速度提升許多。這樣的技術不只是用作自動提升頻率，還可讓閑置的處理器核心關閉運作，待有運算需求時再提升或重新啟動，以減少處理器的電力損耗。

　　此外，隨著處理器自身內建的核心越來越多，頻率沒有減少的情況下，，系統的耗電量并沒有因此提升，這主要是受益于處理器制程技術的提升。

　　以目前的技術來看，Xeon系列處理器上一代是45奈米制程，目前則是全面演進到32奈米，而且這些處理器的熱設計功耗最低僅有60瓦，最高則有135瓦，和過去相比，當時的處理器核心數較少，且熱設計功耗相當，甚至較高的情況下相比，目前的處理器等于擁有更佳的運算效率，整體耗電量又可減少許多。除此之外，新一代處理器不斷加強與周邊裝置的連接速度與帶寬，這也帶動另一層面的效能提升。

　　藉由核心增加、讓它們自動依照使用情況來調整運作狀態，讓單處理器的運用，達到相當于多顆處理器的效能，再加上頻率速度的提升，以及制程技術的改進，現在我們對于處理器的使用，是足以面對如此大量運算數據的增加，而且耗電量不會因此提升。

　　高效能處理器在各種設備上普及

　　根據Intel的統計與預測，到2016年的時候，不論是網絡、儲存設備、工作站或是高效能運算等環境的處理器，都會比2011年的需求量高出一倍，并且勢必對穩定性與效能的要求都更高。

　　最近幾年來，我們看到不只是服務器采用x86架構的處理器，有越來越多原本搭配專屬處理器的設備開始跟進采用，例如儲存設備與網絡設備。例如2007年時，Xeon系列處理器僅使用在服務器等級產品上，但現在已經有不少儲存設備與網絡設備，也都開始用這系列處理器。

　　另一方面，目前全球的移動設備與個人計算機數量都呈大幅度的增加，甚至各種內建計算機的裝置數量，都快速成長，而這些裝置基本上都隨時處于聯機的狀態，也就是隨時都有數據傳輸的需求，因此各個數據中心所要處理的數據量、網絡帶寬越來越高。而對于一般人的日常生活而言，我們接下來所要面臨的是更無所不在的e化應用，這將會是所謂的智能城市。我們在日本NEC Solution Fair中所看到的智慧城市應用，以及IBM過去幾年所提出的Smart City，都是基于相同的概念。

　　智慧城市的概念，就是生活中，隨時隨地都會存在著內建感測接收與發送，或是計算機與手機等裝置。例如具有車用計算機的汽機車、可透過攝影機分析觀眾性別年齡的信息廣告牌，或是能自動分析交通路況的監視器等。

　　隨著這些包含傳統計算機、各式移動設備、感測與記錄裝置的計算機普遍受到應用，連帶所產生的數據量非常龐大，而這就是接下來將面臨的大數據趨勢。

　　事實上，大數據的沖擊并不只是挑戰后端系統的負荷能力、軟件功能和儲存空間耗用，或是只和IT人所熟悉的基礎架構虛擬化技術有關，它和上述的連網裝置大量應用也是密不可分的。因此在這樣的條件下，不論裝置是實體、虛擬，是固定位置或持續移動，在接收、發送與處理這些數據的時候，也都必須透過處理器來運算與處理，因此能否因應這些沖擊，也與處理器的能耐有關。

　　用處理器建立智慧城市的運算基礎

　　在現在的生活中，因為移動設備普及，加上行車計算機、交通監視器與空氣質量偵測裝置等，各種充斥在生活中的感測裝置，讓我們生活中隨時都有大量的數據在傳送，而Intel認為，只要在這些不同的情境中，選擇適當的與合適的處理器，就可以兼顧效能與節能，因此他們的處理器從熱設計功耗僅有6瓦的Atom，到高達150瓦的高效能Xeon處理器都有，就是為了讓各種不同等級的應用，都有合適的處理器選擇。

　　不同規模、屬性的產品，因應運算需求

　　面對大數據、虛擬化，以及節能等趨勢，目前Intel除了透過處理器提升來提高效能、降低耗電，還企圖結合網絡、安全防護、儲存裝置，以同時達到提升速度、減低數據傳輸的瓶頸，以及能源的高使用率等目標。

　　以服務器平臺為例子，Intel Xeon系列的處理器，分成可適用于8路、4路、2路與單路服務器架構的產品;同時，他們也有耗電量僅6瓦，研發代號為Centerton的Atom處理器，主打入門級服務器、NAS與微型服務器;另外，Intel還有17瓦的Ivy Bridge筆電等級處理器。

　　藉由提供不同等級的處理器，用戶或系統廠商可以使用符合環境規模與運算效能需求的產品，以減少無謂的電力消耗，并提供適當的運算效能，而非被迫搭配高效能、高功耗的產品。

　　此外，針對高效能運算HPC環境，Intel也預計在今年底推出采用MIC架構Many Integrated Core Architecture的新一代Xeon Phi處理器，將內建超過50組的運算核心。

　　為了提高安全與效率，現階段Intel也在部分處理器內，開始大量采用受信任執行技術Trusted Execution Technology，TXT與可信賴執行模塊Trusted Platform Module，TPM，藉由硬件內建的防護技術，提高惡意軟件的防護效果。

　　這幾年來，Xeon處理器所陸續支持的多種傳輸規格，在實際應用上，也可望承載云計算與大數據帶來的執行需求。

　　這些技術所帶來的性能提升，主要跟I/O存取相關。例如，可減低運算延遲的整合式I/OIntegrated I/O，以及較上一代規格提供2倍I/O帶寬的PCIe 3.0接口、超高速的以太網絡接口10GbE，都是為了提供更快的執行速度，并降低運算與數據傳輸瓶頸的各種規格。

　　其他Intel處理器內建的功能部分，也有助于大數據的處理與云計算的應用，像是Intel虛擬化技術VT，以及相關的周邊裝置直接存取技術VT-d、VT-C，這些都是Intel在許多處理器產品上所支持的指令集，可將原本需要透過軟件執行的處理，直接由處理器來運算或協調，縮短實際執行過程。

　　開放數據中心聯盟的云端發展成熟度模型

　　針對云端發展的開放數據中心聯盟Open Data Center Alliance，ODCA預計，到了2013年左右，用戶與應用程序開發者都會開始將SaaS從原本單純的提供軟件服務，開始轉移到復合型態，并預計到了2015年，都會開始使用混合型態，而最終都會變成結合公有云與私有云的聯合作業模式。

　　配置I/O帶寬更大的內部傳輸接口：PCIe 3.0

　　處理器擁有高速運算效能的同時，還必須與周邊裝置有高速的傳輸信道，這些裝置包括網絡卡、光纖適配卡，或是工作站的專業繪圖卡，而目前Intel在新一代的處理器中，都支持PCIe 3.0接口，透過最高雙向8GB/s的數據傳輸規格，在處理器與網絡、磁盤或專業繪圖卡之間的I/O訪問速度可提升。

　　除了支持PCIe 3.0的高速傳輸規格之外，目前新一代的服務器處理器在本身與周邊裝置的傳輸接口上，都配置了5個PCIe ×8傳輸通道。

　　就像處理器支持的內存一樣，在支持高速傳輸的同時，通道數量也增加，讓采用這些處理器的服務器，可安裝更多支持高速傳輸的裝置，不會受制于接口帶寬，而無法發揮這些裝置該有的效能。

　　提高內存頻率與信道數，增進系統存取能力

　　在大數據與云計算應用趨勢的沖擊下，有許多應用軟件的執行，都采用In-Memory的作法，包括In-Memory Database、In-Memory Analytic等，系統對于內存的速度與容量要求都越來越高。

　　目前Intel新一代處理器都內建4個內存信道，比以往的3信道還多，而內存信道數量較多的意義，就在于處理器和內存之間的存取可同時擁有多條管道可同時傳送數據。

　　目前最新的Intel Xeon系列處理器，所支持的DDR3內存頻率包括800、1066、1333與1600MHz等，以目前最高的頻率1600MHz的內存而言，換算起來的內存帶寬約為12GB/s，再加上它們支持4信道的規格，也就是讓處理器與內存之間擁有4條數據傳輸管線，而這種大帶寬與多通道的設計，更有效發揮高頻率與多核心處理器的潛能。

　　另一方面，在支持的內存容量方面，目前新一代的Xeon E5系列處理器可支持的內存容量高達768GB，比起前一代支持的最高288GB還要大，而Xeon E7系列處理器甚至可支持到2TB，這對大數據處理或是大量虛擬機的應用，都相當有利。

來源：比特網

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