Группа разработчиков из Университета Нью-Мексико работает над новым подходом к проектированию ключевого для современных компьютеров элемента — материнской платы. В университете видят материнскую плату как блочное устройство, каждый сегмент которого сравнительно автономен и независим от других. Такая концепция, полагают исследователи, позволит сделать компьютеры более мощными и эффективными.
Сейчас группа инженеров разработала прототип материнской платы, использующей отдельные модули, каждый из которых имеет собственный процессор, оперативную память и устройство хранения информации. Каждый квадратный модуль здесь представляет собой мини-плату с сетевым узлом. Модули способны сами управлять электроэнергией, решать принимать или отвергать информационные потоки и могут сами управлять программами, — говорят в Университете Нью-Мексико.
Созданный прототип получил название Illuminato X Machina. На данный момент конструкция материнской платы проходит процедуру патентования, так как представляет собой новую вычислительную систему, отличную от тех, что применяются в компьютерах сейчас.
Мы берем все, что присутствует на материнской плате и делаем из этого автономный мини-узел: у нас есть ЦПУ, память, последовательные порты, устройство хранения и сетевые возможности. Все это помещается на двух квадратных дюймах, — говорит Дэвид Экли, один из разработчиков, отмечает cybersecurity.ru.
Он отмечает, что модульная конструкция будет идеальна для параллельного компьютинга и распределенных систем. Одним из главных преимуществ такой концепции является ее неубиваемость. При выходе из строя материнской платы на современном сервере, машина в любом случае выходит из строя, что влечет простой. Здесь же при поломке одного узла, вычислительные потоки пускаются по соседним, а у администратора есть возможность его заменить, подобно детали конструктора. Кроме того, в моменты низкой вычислительной нагрузки сервер, созданный на базе новой технологии, отключает все незадействованные узлы, оставляя только необходимые, что дает значительный эффект в экономии электроэнергии.
Сейчас мы находимся в точке, когда каждый процессор в системе обладает несколькими ядрами и работает на частоте порядка 3 ГГц, здесь можно добавить больше ядер, либо повысить частоту, но значительная часть ресурсов ПК все равно делится между процессорами, — говорит другой разработчик новинки Джастин Хьюн. В новой системе был использован пиринговый подход, похожий на тот, что используют популярные файлообмыенные сети — центрального узла здесь просто нет.
Хьюн отмечает, что сегодня все компьютеры, серверы и ноутбуки базируются на так называемой архитектуре Фон Ньюмана, предусматривающей наличие центрального процессора, отдельной памяти и устройства для хранения данных. Сейчас вычисления движутся в сторону больших объемов и многопоточности, поэтому классическая ньюмановская модель уже не является оптимальной — процессоры становятся все быстрее, память тоже, но вот узлы между ними и устройства хранения являются тем бутылочным горлышком, которое тормозит всю систему.
Созданные инженерами узлы работают со сравнительно скромными по сегодняшним мерками показателями — процессор имеет частоту всего в 72 Мегагерца, платой оперативной памяти на 16 Килобайт и 126 Килобайтами памяти формате EPROM (Erasable Programmable Read-only Memory). Каждый модуль является квадратным и каждая из его сторон подключена к четырем соседним модулям. Сокетов стандартных размеров здесь нет, используется собственная закрытая шина.
Майк Джинфриддо, разработчик из Университета Нью-Мексико, рассказывает, что их система уже достаточно умна для правильного обмена данными между блоками, трансляции необходимого количества электроэнергии между узлами и обмена сервисными данными. Строго говоря, управляется X Machina при помощи программного обеспечения, именно оно определяет нагрузку на узлы и управляет подачей электроэнергии.
Каждый модуль машины может иметь собственный программный загрузчик, что позволяет использовать каждый узел системы по-своему. Разработчики говорят, что пока от коммерческого использования их машина далека, но они планируют довести дело до конца. В ближайшее время исследователи хотят провести тесты сравнения производительности существующих ПК и их системы.
