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元宇宙计算：将发展新的计算形态，催生新的计算架构( 四 )

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硬件重构和软件定义意味着什么？
DSA也即特定领域的体系架构 ， 其实意味着以往围绕着通用芯片CPU的硬件组合方式需要调整 ， 也即硬件重构 。
如果说 ， 软件定义的方向是一切皆服务 ， 那么硬件重构的方向则是一切皆计算机（XaaC） 。 然而硬件如何重构 ， 需要遵循着基本的原则；计算随需求、技术极限而变 。 例如 ， 早期的信息化 ， 企业或政府运行财务信息系统、OA办公系统等软件 ， 单台服务器基本就能满足；然而 ， 随着互联网的兴起 ， 从门户网站到搜索网页和Email系统 ， 成千上万的用户发出的请求 ， 实际上形成了大的场景需求 ， 我们可以把Gmail（Google的Email系统）看成是一个逻辑上 ， 云数据中心级别的软件 ， 因此在2009年Google提出了“Data Center as a Server”（数据中心即计算机）的理念 ， 将CPU、内存、存储等硬件资源从服务器解耦出来 ， 实现池化 ， 站在数据中心的视角 ， 实现资源的全面管理和调配；不仅如此 ， 机房、散热、电源、管理等也需站在数据中心全局视角 ， 做相应的优化 。
随后FaceBook、微软、AWS、西部数据等国际巨头也在不断的探索、实践 ， 与之相关的软硬件技术、新协议、新标准不断出现 。 2011年 ， Facebook将自己在数据中心的设计和成果在业界分享 ， 并联合Intel、Rackspace、高盛和Arista Networks发起全球首个数据中心级的开源项目：OCP（Open Compute Project ， 开放计算项目） 。
2014年 ， 浪潮在Inspur World (浪潮技术与应用大会) 上 ， 提出将分三步推进融合架构产品的开发：
第一代硬件特征：服务器即计算机；软件特征：虚拟化以及管理 。
第二代硬件特征：机柜即计算机；软件特征：软件定义的数据中心 。
第三代硬件特征：数据中心即计算机；软件特征：业务驱动数据中心 。 如下图 。

来源：2014年文章《融合架构：云数据中心 概念、技术与实践》
并相继推出了SmartRack、InCloudRack、Smart Data Center等新型计算机形态的融合架构 。 融合架构从1.0到2.0 ， 已经实现了存储资源和异构计算资源的弹性组合 。 融合架构3.0阶段 ， 通过连接、池化和重构的技术 ， 实现不同计算资源的协同能力 ， 通过软件定义实现业务自动感知和资源自动重构使计算的性能和效率大幅度地提升 。
一切皆计算机（XaaC）可以拓展哪些场景？1.数据中心即计算机数据中心即计算机 ， 包括通过硬件重构实现资源池化 。 CPU与GPU、FPGA、xPU等各种加速器将更加紧密结合 ， 利用全互联NVSwitch、CXL、Open CAPI等新型超高速内外部互连技术实现异构计算芯片的融合；CPU之间可以通过池化融合的方式实现灵活组合 ， 可以根据业务场景动态形成1路到多路多种计算单元；异构存储介质 ， 如NVMe、SSD、HDD等则通过高速互连形成存储资源池 。 在计算和存储资源池中 ， 除了传统CPU、GPU等 ， 还可以应用更多新型计算芯片、存储介质和互连技术 ， 进一步提升数据中心的处理能力 。 当前正在探索的 DC-SCM（数据中心安全控制管理模块） ， 定义了一种与主板解耦的安全控制管理模块 ， 能够简化主板设计 ， 降低主板设计难度 ， 节省设计和验证时间 ， 利于新一代计算硬件能够伴随着芯片的迭代 ， 快速向市场推出 。
软件层面 ， 则通过软件定义 ， 在可重构的硬件资源池基础上 ， 通过灵活的组织 ， 将不同的资源池组成专业的服务器、存储、网络系统 ， 并实现资源的高效管理和调度以及数据在池化资源的灵动流转 。 当AI与软件定义结合后 ， 赋予了软件定义更高级的含义 。 从业务上 ， 实现了基于业务特征感知的智能资源调度 ， 让合适的资源在合适的位置去执行合适的任务 ， 就像我们说的让合适的人去干合适的事一样 。 从管理上 ， 实现了智能化的运维 ， 也就是智算中心的无人巡检、故障自愈等 。
软件定义一个典型的趋势是软硬件协同设计 ， 由专用芯片、FPGA处理更多的业务负载 ， 由软件进行更智能化的管理和调度 。 例如 ， 基于FPGA和NVMe组成资源池 ， 以硬件辅助虚拟化的方式为虚拟机实例提供接近硬件性能的计算、存储、网络功能 ， 性能损失从传统软件模拟方式的50%降低到1%左右 ， 相同条件下可以百倍加速AI作业效率 。
OCP在2019年6月提出了Open Composable API的草案 ， 探索开放可组合架构 ， 将CPU、GPU、FPGA、内存、闪存盘、机械盘都从服务器里解耦出来 ， 通过数据交换网络、内存交换网络的协助 ， 实现数据中心级别的池化 ， 用软件定义的方式实现资源的管理和调度 。 如下图 。

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