開放計(jì)算項(xiàng)目實(shí)用指南

Peter Sayer

開放計(jì)算項(xiàng)目（OCP）在2011年啟動(dòng)，F(xiàn)acebook在當(dāng)時(shí)公布了一些其自制服務(wù)器的設(shè)計(jì)，這些服務(wù)器旨在讓Facebook的數(shù)據(jù)中心更為高效地運(yùn)行。

Facebook希望其他的公司能夠采用和修改他們的最初設(shè)計(jì)，在降低成本的同時(shí)提升質(zhì)量。他們確實(shí)做到了：針對(duì)開放計(jì)算項(xiàng)目設(shè)計(jì)的硬件銷售額在2017年達(dá)到了12億美元，這一銷售額是上一年度的兩倍，預(yù)計(jì)到2021年有望達(dá)到60億美元。

在IHS Markit的評(píng)估中，這些數(shù)字排除了OCP委員會(huì)成員Facebook、英特爾、Rackspace、微軟和高盛在硬件方面的開支。上述這些公司均在一定程度上使用OCP。這部分的開支仍然只占數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)總體市場(chǎng)的一小部分。據(jù)Gartner預(yù)測(cè)，整個(gè)市場(chǎng)在2017年達(dá)到1780億美元。雖然Gartner預(yù)測(cè)整個(gè)市場(chǎng)到2019年將進(jìn)入停滯期，但HIS預(yù)測(cè)OCP部分將以每年59%的速度增長。

部署OCP的原因

當(dāng)Facebook為他們位于俄勒岡州普賴恩維爾的首個(gè)專用數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)硬件時(shí)，他們希望能夠在能源、材料和資金這三個(gè)方面實(shí)現(xiàn)節(jié)約。

通過降低能源供應(yīng)損耗和將服務(wù)器設(shè)計(jì)的更高，F(xiàn)acebook有效地提升了能源效率。服務(wù)器設(shè)計(jì)的更高可以為更大且更為高效的散熱片留出空間，這也意味著可以使用直徑更大的風(fēng)扇，從而只需要很少的電力就可以讓更多的空氣流動(dòng)起來。

通過取消無用的面板、涂裝、標(biāo)志、不需要的擴(kuò)展插槽和組件（如視頻卡，甚至是安裝螺釘），每臺(tái)服務(wù)器節(jié)省了超過6磅重的材料。

由于不用為未消耗的電力或未使用的部件付錢，這勢(shì)必會(huì)降低成本。另外，它們還節(jié)約了勞動(dòng)力：沒有了安裝螺釘，拆裝服務(wù)器都非常便捷；標(biāo)準(zhǔn)化節(jié)約了處理備件的時(shí)間，整個(gè)系統(tǒng)可以更為迅速地部署。

部署OCP面臨的障礙

在2018年的開支研究中，IHS Markit認(rèn)為OCP硬件部署主要面臨三大障礙，分別為：安全、貨源和整合。

向所有人公布OCP硬件制造規(guī)范的一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)是任何人都可以制造。這導(dǎo)致別有用心的人在交付前會(huì)篡改它們，并且誰也不會(huì)知道。換句話說，供應(yīng)鏈的安全是一個(gè)很大的問題。

安全

在2018年3月于美國圣何塞召開的OCP峰會(huì)上，OCP領(lǐng)袖們表示，他們正在通過創(chuàng)建新的安全項(xiàng)目（Security Project）來解決供應(yīng)鏈安全問題。新的安全項(xiàng)目重點(diǎn)是制定一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的硬件接口和協(xié)議，以確保啟動(dòng)代碼的完整性。

微軟已經(jīng)貢獻(xiàn)了他們的Project Cerberus。Project Cerberus為符合《NIST 800-192平臺(tái)固件防災(zāi)指南》的主板固件的硬件信任根。

他們以此為基礎(chǔ)還計(jì)劃開發(fā)安全固件API、針對(duì)專用安全硬件的開源固件、安全的固件配置方法，以及能夠核實(shí)所有易變存儲(chǔ)（包括BIOS、微控制器和復(fù)雜可編程邏輯器件CPLD的閃存）和確保安全的工具。在這方面，正在接收OCP硬件的企業(yè)能夠確保收到的硬件只能運(yùn)行他們希望運(yùn)行的固件。

該項(xiàng)目的主管并不擔(dān)心新的硬件，相反他們正在考慮的是二手設(shè)備。為了確保轉(zhuǎn)售市場(chǎng)的安全，他們將考慮提供可以將硬件從不安全或不受信狀態(tài)恢復(fù)過來工具和能夠追蹤和修改硬件所有權(quán)的工具。

軟硬件整合

將硬件和軟件整合起來比較容易，自從微軟加入到OCP委員會(huì)并貢獻(xiàn)出了用于向客戶交付Azure服務(wù)的機(jī)架和服務(wù)器設(shè)計(jì)后，在操作系統(tǒng)層面的整合變得尤為容易。目前在其他層面的整合工作還在繼續(xù)，包括能夠讓OCP服務(wù)器啟動(dòng)的最底層固件。

另一個(gè)新的OCP方案——開放系統(tǒng)固件項(xiàng)目（Open System Firmware Project）也希望解決這一問題。該項(xiàng)目致力于將初始化服務(wù)器芯片組的代碼實(shí)現(xiàn)開源，以讓其能夠被用于不同平臺(tái)和不同類型的處理器上。此外，該項(xiàng)目還打算以UEFI和Linux Boot項(xiàng)目為基礎(chǔ)為所有的云操作系統(tǒng)和數(shù)據(jù)中心的處理器架構(gòu)提供支持，包括GPU、FPGA和針對(duì)機(jī)器學(xué)習(xí)等應(yīng)用進(jìn)行專門優(yōu)化過的硬件。

隨著開放計(jì)算硬件逐步在網(wǎng)絡(luò)虛擬化中占據(jù)一席之地，OCP還在著手將開放軟件和硬件整合在一起。思科系統(tǒng)和瞻博網(wǎng)絡(luò)等傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備廠商也在緊張地將兩者整合起來，向用戶交付為專利軟件量身打造的專利硬件。

如今，OCP正在與Linux基金會(huì)合作將他們的硬件與后者網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化開放平臺(tái)（OPNFV）軟件整合在一起。近期，這兩個(gè)組織承諾將聯(lián)合測(cè)試硬件和軟件產(chǎn)品以確保產(chǎn)品符合各自的規(guī)范。

到哪里購買OCP設(shè)備

尋找開放計(jì)算項(xiàng)目硬件的貨源已經(jīng)變得非常容易了。該項(xiàng)目的網(wǎng)站上有一個(gè)市場(chǎng)頁面，我們可以在這里研究設(shè)備規(guī)范和聯(lián)系開放計(jì)算項(xiàng)目廠商。

目前已經(jīng)有100多款產(chǎn)品獲得了OCP授權(quán)或認(rèn)證。OCP授權(quán)標(biāo)簽僅供那些完全符合當(dāng)前OCP規(guī)范且由OCP銀牌、金牌或鉑金成員制造的產(chǎn)品使用。OCP認(rèn)證產(chǎn)品可由任意廠商制造，但是必須要完全符合當(dāng)前OCP規(guī)范同時(shí)必須要提供開源設(shè)計(jì)文件。

開放計(jì)算項(xiàng)目硬件的類型

雖然項(xiàng)目的早期重點(diǎn)是OCP服務(wù)器和電力供應(yīng)，不過如今該項(xiàng)目已經(jīng)逐漸將機(jī)架、存儲(chǔ)和開放計(jì)算項(xiàng)目網(wǎng)絡(luò)也納入其中。該組織目前已經(jīng)接受了開放的Wi-Fi硬件規(guī)范。

OCP服務(wù)器盡管是以簡單的商用設(shè)備為出發(fā)點(diǎn)，但是它們正在逐漸發(fā)生變化，因?yàn)獒槍?duì)不同工作負(fù)載的專用服務(wù)器和機(jī)器學(xué)習(xí)應(yīng)用對(duì)計(jì)算的需求正在影響著設(shè)計(jì)。

Facebook正在持續(xù)推動(dòng)OCP服務(wù)器的發(fā)展。在2018年美國圣何塞OCP峰會(huì)上，F(xiàn)acebook展示了他們的第三代機(jī)器學(xué)習(xí)平臺(tái)Big Basin v2。該平臺(tái)使用的是Nvidia Tesla V100 GPU，與之前Big Basin v1使用的P100相比，這是一個(gè)很大提升。新處理器在性能方面提升了大約三分之二。對(duì)此，F(xiàn)acebook稱得益于對(duì)Big Basin設(shè)計(jì)上的一些調(diào)整，除了處理器數(shù)量有所增加，平臺(tái)保持了幾乎全部的優(yōu)點(diǎn)。

Facebook還展示了一個(gè)名為Fabric Aggregator的新系統(tǒng)。該系統(tǒng)被設(shè)計(jì)用于連接同一區(qū)域內(nèi)的相鄰數(shù)據(jù)中心，以及將數(shù)據(jù)中心區(qū)域與其他數(shù)據(jù)中心區(qū)域相互連接。通過使用Facebook自己的OPC 100G交換機(jī)、Wedge 100和FBOSS（Facebook開放交換系統(tǒng)）軟件，F(xiàn)abric Aggregator允許類似Facebook的網(wǎng)絡(luò)公司獨(dú)立地?cái)U(kuò)展區(qū)域內(nèi)和區(qū)域間流量。

微軟也希望能夠分享開放交換市場(chǎng)。其容器化的SONiC（云端開放網(wǎng)絡(luò)軟件）已經(jīng)進(jìn)入到了邁勒羅斯科技（Mellanox Technologies）公司的新設(shè)備當(dāng)中，允許企業(yè)將本地的架頂交換機(jī)遷移至Azure云上。這使得微軟能夠?qū)⒂布S商的銷售額為自己的云服務(wù)所用。

通過另一個(gè)OCP方案，微軟不再修改存儲(chǔ)市場(chǎng)的架構(gòu)。閃存設(shè)備和存儲(chǔ)子系統(tǒng)制造商對(duì)于處理地址映射、垃圾收集和損耗均衡的信息應(yīng)當(dāng)駐留在何處并沒有達(dá)成一致意見。將這些信息放在存儲(chǔ)子系統(tǒng)中對(duì)于工作站或消費(fèi)級(jí)設(shè)備具有意義，但是在云服務(wù)功能中，例如垃圾收集，如果控制器不知道數(shù)據(jù)來自何處，那么處理將會(huì)變慢并出現(xiàn)浪費(fèi)。這也是為什么存儲(chǔ)系統(tǒng)緩存通常會(huì)混雜著來自不同應(yīng)用和虛擬機(jī)的數(shù)據(jù)——在不同時(shí)間將被釋放出來的數(shù)據(jù)。借助于Denali項(xiàng)目，微軟希望讓OCP存儲(chǔ)設(shè)備制造商將這一信息轉(zhuǎn)移至更高層的堆棧上，從SSD驅(qū)動(dòng)器轉(zhuǎn)移至主機(jī)上，從而允許其為特定的工作負(fù)載修改驅(qū)動(dòng)器行為方式。