Des processeurs lents pour un cluster performant et à faible consommation

Renaud Bonnet

01net.

le 19/10/2009 à 17h41

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Des chercheurs de l'université de Carnegie Mellon associés à des collègues des laboratoires d'Intel présentent un concept peu commun pour contribuer à créer demain de grandes salles machines à la fois performantes et économes en énergie. Leur modèle expérimental de FAWN (Fast Array of Wimpy Nodes, qu'on pourrait traduire par assemblage performant de nœuds flemmards), se compose de 21 cartes PCEngine Alix 3c2 équipées de mémoire flash et reliées par deux commutateurs Gigabit Ethernet.

A quantité d'énergie équivalente, ce FAWN effectue 10 à 100 fois plus de requêtes sur des opérations simples de stockage (lecture-écriture en mode clé valeur, une technologie utilisée par exemple par le système de stockage interne d'Amazon, Dynamo) qu'un cluster traditionnel composé de serveurs x86 standards et de disques durs magnétiques.

Des composants de base très modestes

La troisième génération du prototype FAWN

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Les cartes PCEngine Alix 3c2 n'ont pourtant rien de la bête de course : processeur AMD Geode LX cadencé à 500 Mhz, 256 Mo de SDRAM à 400 Mhz, une interface Ethernet 100 Mbit et, petite spécificité, une carte CompactFlash Sandisk de 4 Go. Chaque nœud consomme de 3 à 6 W selon son activité. En y ajoutant la consommation des commutateurs, et celle d'un PC à processeur Atom servant de répartiteur de charge, ce prototype FAWN consomme strictement moins de 100 W en pleine activité. Mais parvient à atteindre la performance remarquable de 36 000 lectures aléatoires de 256 octets par seconde à partir d'un jeu de données de 20 Go, soit 364 requêtes par watt par seconde.

En comparaison, un système traditionnel avec un processeur Intel quadricœur Q6700, 2 Go de mémoire vive, et un disque SSD, qui consomme jusque 90 W à pleine charge n'a réalisé que 4 771 opérations de lecture aléatoire de 256 octets par seconde sur le même jeu de données de 20 Go. Son efficacité énergétique plafonne donc à 52 requêtes par watt par seconde.

Des processeurs plus lents associés à de la mémoire flash

Le constat est donc sans appel. Mais pas sans nuances. Le raisonnement des chercheurs repose sur quelques constats aisément compréhensibles. Les systèmes informatiques modernes souffrent du décalage entre leur énorme puissance de traitement exprimée en nombre d'opérations par seconde au niveau du processeur et la lenteur des échanges d'entrées/sorties qui font que ce processeur passe une très grande partie de ses cycles à attendre les données que lui transmet le disque dur. Pour y remédier, d'innombrables niveaux de cache et autres technologies d'optimisation ont vu le jour au cours des ans, qui accélèrent les opérations, au détriment des qualités énergétiques, car les composants employés sont gourmands en électricité.

FAWN prend donc le problème à rebrousse-poil : des processeurs plus lents associés à de la mémoire flash présentent une compromis énergétique bien meilleur que des processeurs très rapides ralentis par leurs opérations d'accès aux données. En l'occurrence moins (de MHz), c'est plus (d'efficacité), d'autant que le couplage de nombreux nœuds à faibles performances au sein d'un cluster associé à un modèle de traitement distribué masque la relative faiblesse de chaque composant pris isolément.

La version 2 du prototype FAWN

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Des cas d'utilisation limités

Attention cependant, comme le précisent les chercheurs, un système FAWN ne présente pas les qualités nécessaires pour exécuter des jeux vidéo de dernière génération, ou des calculs séquentiels complexes. En revanche, pour des problématiques de stockage ponctuelles, ou pour des opérations nécessitant peu de calcul mais de lourdes manipulations de données aisément segmentables en petits fragments, le FAWN et ses nœuds flemmards pourraient constituer une solution d'avenir.

D'ailleurs, NetApp (spécialiste du stockage), Intel, Google, IBM et APC font partie à différents titres des sponsors de cette recherche.