云計算聯(lián)手大數(shù)據(jù)雙輪驅(qū)動IT技術(shù)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(tǒng)所帶來的大數(shù)據(jù)Big Data浪潮，有許多業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，與這些應(yīng)用發(fā)展有關(guān)的是儲存、網(wǎng)絡(luò)等硬件廠商，或是數(shù)據(jù)分析的軟件廠商，但實際上，每臺電腦、手機、服務(wù)器或儲存裝置同時間所能處理的數(shù)據(jù)量，也和本身的執(zhí)行性能是否夠強大有關(guān)。

　　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(fā)表了看法，并通過過去各項統(tǒng)計數(shù)據(jù)，分析數(shù)據(jù)中心未來將面臨的瓶頸。

　　數(shù)據(jù)大量的成長，未來面臨PB等級的數(shù)據(jù)運算

　　Intel亞太區(qū)暨中國數(shù)據(jù)中心與網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)事業(yè)群總經(jīng)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(shù)據(jù)應(yīng)用的爆炸性成長，例如網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量劇增，儲存的需求也大幅度成長。

　　根據(jù)該公司的統(tǒng)計與預(yù)測，到了2016年，不論是網(wǎng)絡(luò)、儲存設(shè)備、工作站，或是高效能運算等環(huán)境的處理器，都會比2011年的需求量高出一倍，并且對穩(wěn)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(lián)機，而且這些計算機都內(nèi)建多種傳感器，搜集行車過程的各種資料，因此后端數(shù)據(jù)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(zhàn)。

　　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(lián)合作業(yè)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(yīng)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(lián)合作業(yè)Federated。

　　其中，客戶端感應(yīng)可以自動判別使用戶所使用的裝置與數(shù)據(jù)類型，包括手機、平板、筆電，以及行車計算機等;聯(lián)合作業(yè)則是將數(shù)據(jù)先在私有云內(nèi)匯整，最后才在公有云發(fā)布供使用存取，而自動化則讓IT人員可以更專注在創(chuàng)新的服務(wù)上，而不會浪費在系統(tǒng)的管理上。

　　儲存與運算的數(shù)據(jù)大幅度成長，需要更高運算效能

　　拜儲存技術(shù)成長所賜，現(xiàn)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(yè)甚至可能會有多達數(shù)千TB的硬盤容量，也就是PB等級的數(shù)據(jù)量，而數(shù)據(jù)量大幅度成長的同時，若想分析這些數(shù)據(jù)，方法也和過往不同。

　　就傳統(tǒng)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(fù)雜數(shù)據(jù)處理的需求;而在當(dāng)前大數(shù)據(jù)的時代下，我們要做到的是實時的數(shù)據(jù)分析。同時，因為數(shù)據(jù)類型來源不只是傳統(tǒng)計算機與設(shè)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(shù)據(jù)，或是道路影像系統(tǒng)的分析等。因此，目前系統(tǒng)可搜集的數(shù)據(jù)源，都與過往有很大的差異，而且數(shù)據(jù)型態(tài)往往含有大量非結(jié)構(gòu)化的內(nèi)容，因此在這些數(shù)據(jù)的處理上，與傳統(tǒng)的作法如數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)倉儲應(yīng)用顯然有很大差異。

　　為了因應(yīng)如此大量的數(shù)據(jù)運算，現(xiàn)今的處理器在運算效能的提升上，已經(jīng)陸續(xù)采用相當(dāng)多的技術(shù)，其中最顯而易見的作法就是內(nèi)建多核心的技術(shù)。

　　在過去，處理器都僅內(nèi)建單一核心，一切的運算都是由這個核心來執(zhí)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(gòu)，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(wù)器等級處理器Xeon E5系列，所配備的核心數(shù)量最多可到8個之多，加上可搭配他們自己發(fā)展的超線程技術(shù)，從操作系統(tǒng)的角度來看，在一臺單路服務(wù)器上，最多則能夠運用16個核心，如果是2路服務(wù)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(chǔ)頻率速為3.3GHz，透過Turbo Boost技術(shù)所自動超頻的頻率則達3.5GHz，這樣的高頻率規(guī)格，也讓計算機或服務(wù)器運算的速度提升許多。這樣的技術(shù)不只是用作自動提升頻率，還可讓閑置的處理器核心關(guān)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(nèi)建的核心越來越多，頻率沒有減少的情況下，，系統(tǒng)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(shù)的提升。

　　以目前的技術(shù)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(shè)計功耗最低僅有60瓦，最高則有135瓦，和過去相比，當(dāng)時的處理器核心數(shù)較少，且熱設(shè)計功耗相當(dāng)，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(diào)整運作狀態(tài)，讓單處理器的運用，達到相當(dāng)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(shù)的改進，現(xiàn)在我們對于處理器的使用，是足以面對如此大量運算數(shù)據(jù)的增加，而且耗電量不會因此提升。

　　高效能處理器在各種設(shè)備上普及

　　根據(jù)Intel的統(tǒng)計與預(yù)測，到2016年的時候，不論是網(wǎng)絡(luò)、儲存設(shè)備、工作站或是高效能運算等環(huán)境的處理器，都會比2011年的需求量高出一倍，并且勢必對穩(wěn)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(wù)器采用x86架構(gòu)的處理器，有越來越多原本搭配專屬處理器的設(shè)備開始跟進采用，例如儲存設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。例如2007年時，Xeon系列處理器僅使用在服務(wù)器等級產(chǎn)品上，但現(xiàn)在已經(jīng)有不少儲存設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，也都開始用這系列處理器。

　　另一方面，目前全球的移動設(shè)備與個人計算機數(shù)量都呈大幅度的增加，甚至各種內(nèi)建計算機的裝置數(shù)量，都快速成長，而這些裝置基本上都隨時處于聯(lián)機的狀態(tài)，也就是隨時都有數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨?，因此各個數(shù)據(jù)中心所要處理的數(shù)據(jù)量、網(wǎng)絡(luò)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(yīng)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(yīng)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(nèi)建感測接收與發(fā)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(jiān)視器等。

　　隨著這些包含傳統(tǒng)計算機、各式移動設(shè)備、感測與記錄裝置的計算機普遍受到應(yīng)用，連帶所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量非常龐大，而這就是接下來將面臨的大數(shù)據(jù)趨勢。

　　事實上，大數(shù)據(jù)的沖擊并不只是挑戰(zhàn)后端系統(tǒng)的負(fù)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(chǔ)架構(gòu)虛擬化技術(shù)有關(guān)，它和上述的連網(wǎng)裝置大量應(yīng)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(xù)移動，在接收、發(fā)送與處理這些數(shù)據(jù)的時候，也都必須透過處理器來運算與處理，因此能否因應(yīng)這些沖擊，也與處理器的能耐有關(guān)。

　　用處理器建立智慧城市的運算基礎(chǔ)

　　在現(xiàn)在的生活中，因為移動設(shè)備普及，加上行車計算機、交通監(jiān)視器與空氣質(zhì)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(shù)據(jù)在傳送，而Intel認(rèn)為，只要在這些不同的情境中，選擇適當(dāng)?shù)呐c合適的處理器，就可以兼顧效能與節(jié)能，因此他們的處理器從熱設(shè)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(yīng)用，都有合適的處理器選擇。

　　不同規(guī)模、屬性的產(chǎn)品，因應(yīng)運算需求

　　面對大數(shù)據(jù)、虛擬化，以及節(jié)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(jié)合網(wǎng)絡(luò)、安全防護、儲存裝置，以同時達到提升速度、減低數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠款i，以及能源的高使用率等目標(biāo)。

　　以服務(wù)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(wù)器架構(gòu)的產(chǎn)品;同時，他們也有耗電量僅6瓦，研發(fā)代號為Centerton的Atom處理器，主打入門級服務(wù)器、NAS與微型服務(wù)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(tǒng)廠商可以使用符合環(huán)境規(guī)模與運算效能需求的產(chǎn)品，以減少無謂的電力消耗，并提供適當(dāng)?shù)倪\算效能，而非被迫搭配高效能、高功耗的產(chǎn)品。

　　此外，針對高效能運算HPC環(huán)境，Intel也預(yù)計在今年底推出采用MIC架構(gòu)Many Integrated Core Architecture的新一代Xeon Phi處理器，將內(nèi)建超過50組的運算核心。

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

　　這幾年來，Xeon處理器所陸續(xù)支持的多種傳輸規(guī)格，在實際應(yīng)用上，也可望承載云計算與大數(shù)據(jù)帶來的執(zhí)行需求。

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

　　其他Intel處理器內(nèi)建的功能部分，也有助于大數(shù)據(jù)的處理與云計算的應(yīng)用，像是Intel虛擬化技術(shù)VT，以及相關(guān)的周邊裝置直接存取技術(shù)VT-d、VT-C，這些都是Intel在許多處理器產(chǎn)品上所支持的指令集，可將原本需要透過軟件執(zhí)行的處理，直接由處理器來運算或協(xié)調(diào)，縮短實際執(zhí)行過程。

　　開放數(shù)據(jù)中心聯(lián)盟的云端發(fā)展成熟度模型

　　針對云端發(fā)展的開放數(shù)據(jù)中心聯(lián)盟Open Data Center Alliance，ODCA預(yù)計，到了2013年左右，用戶與應(yīng)用程序開發(fā)者都會開始將SaaS從原本單純的提供軟件服務(wù)，開始轉(zhuǎn)移到復(fù)合型態(tài)，并預(yù)計到了2015年，都會開始使用混合型態(tài)，而最終都會變成結(jié)合公有云與私有云的聯(lián)合作業(yè)模式。

　　配置I/O帶寬更大的內(nèi)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(wǎng)絡(luò)卡、光纖適配卡，或是工作站的專業(yè)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(shù)據(jù)傳輸規(guī)格，在處理器與網(wǎng)絡(luò)、磁盤或?qū)I(yè)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(guī)格之外，目前新一代的服務(wù)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(nèi)存一樣，在支持高速傳輸?shù)耐瑫r，通道數(shù)量也增加，讓采用這些處理器的服務(wù)器，可安裝更多支持高速傳輸?shù)难b置，不會受制于接口帶寬，而無法發(fā)揮這些裝置該有的效能。

　　提高內(nèi)存頻率與信道數(shù)，增進系統(tǒng)存取能力

　　在大數(shù)據(jù)與云計算應(yīng)用趨勢的沖擊下，有許多應(yīng)用軟件的執(zhí)行，都采用In-Memory的作法，包括In-Memory Database、In-Memory Analytic等，系統(tǒng)對于內(nèi)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(nèi)建4個內(nèi)存信道，比以往的3信道還多，而內(nèi)存信道數(shù)量較多的意義，就在于處理器和內(nèi)存之間的存取可同時擁有多條管道可同時傳送數(shù)據(jù)。

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

　　另一方面，在支持的內(nèi)存容量方面，目前新一代的Xeon E5系列處理器可支持的內(nèi)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(shù)據(jù)處理或是大量虛擬機的應(yīng)用，都相當(dāng)有利。

來源：比特網(wǎng)

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