HP entwickelt mit „The Machine“ neue Rechnerarchitektur

Glasfaser und Memristoren inside HP entwickelt mit „The Machine“ neue Rechnerarchitektur

14.01.2015 Von Michael Matzer |

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Unterder Bezeichnung „The Machine“ will HP in zwei bis drei Jahren die ersten verwertbaren Produkte einer neuen Rechnerarchitektur bereitstellen. Bis zu 160 Racks, die auf Memristoren basieren, lassen sich zu einem Cluster verbinden, der bis zu 160 Petabyte an Daten speichern und verarbeiten kann – bei der Größe eines Kühlschranks. Die Maschine soll der Datenflut des Internets der Dinge gewachsen sein und sechsmal schneller als ein aktueller Server arbeiten.

Nahaufnahme eines Memristorgerätes auf einem 300-mm-Silizium-Wafer.
(Bild: HP)

Seit zwei Jahren arbeitet die Forschungsabteilung von HP an einer völlig neuen Rechnerarchitektur. In Ermangelung einer Marketingabteilung hat sie diese Architektur einfach “The Machine” genannt.

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Abbildung 1: Modell eines Prototyps von The Machine.

Abbildung 2: HP-CTO Martin Fink zeigt ein Modell eines möglichen Hauptprozessors von The Machine.

Abbildung 3: Martin Fink bei seiner Präsentation auf der HP Discover. Im Hintergrund eine schematische Darstellung von The Machine.

Abbildung 4: Der Zeitablauf für die Entwicklung, Bereitstellung und Lieferung von The Machine als kommerzielles Produkt.

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Das ist recht passend, denn letzten Endes ist The Machine ein Chamäleon, das zwar stets die gleichen Grundbausteine aufweist, aber seine Hauptprozessoren je nach Einsatzzweck austauschen kann. Für Smartphones sind eben andere Chips nötig als etwa für Kabelmodems oder Mobilfunkmasten.

Die Grundbausteine sind erstens zahlreiche Memristoren als Speicherbausteine, die zusammengeschaltet und vom Betriebssystem gesteuert werden. Als nichtflüchtiger Speicher (NVRAM) funktionieren sie wie Flash-RAM, indem sie einen Speicherzustand beibehalten. Doch der Zugriff auf jedes Byte ist weitaus schneller als Flash-Speicher: „Die Zugriffszeit liegt unter 250 Nanosekunden“, sagte HP-CTO Martin Fink, der Leiter der HP Labs, kürzlich auf der Hausmesse „HP Discover“.

Einschätzung des Autors

Bislang haben die Systemhersteller wie HP, IBM und Sun Microsystems (Oracle) ihre jeweilige Hardware selbst entwickelt. Doch Amazon, Google, Facebook und weitere haben ihnen mit kostengünstigen Servern erfolgreich Konkurrenz gemacht. Seit IBM das Server-Geschäft an Lenovo abgestoßen hat, ist der gesamte Chip- und Server-Markt in Bewegung.

Gleichzeitig nimmt die Zahl der Rechenzentren vor allem wegen des Cloud Computing zu und wird im Zuge des Internets der Dinge stark anwachsen. Schon jetzt entspricht der Energiebedarf aller Rechenzentren dem des (fiktiven) fünfgrößten Staates der Welt. Eine Reduktion um den Faktor 80 durch The Machine wäre also willkommen, zumal in Regionen, in denen Energie nicht unbegrenzt bereitsteht.

Ein Pool von nichtflüchtigem „Universal Memory“

Zweitens gibt es eine Zwischenschicht aus Laser-gesteuerten Fiberglasfasern (Photonik) und drittens die jeweilige dreidimensionale CPU-Anordnung. Ein Machine-Rack ist also kein Server oder andere dedizierte Architektur, wie man sie seit 60 Jahren kennt, sondern vielmehr ein Pool von nichtflüchtigem „Universal Memory“ auf der einen Seite und einem Cluster gewünschter CPUs auf der anderen Seite.

Eine der wesentlichen Voraussetzungen, um Silicon Photonics massentauglich zu machen, sind passende Kabel und Stecker. Mit Clearcurve-Kabel von Corning lassen sich Glasfaserkabel auf eng bestückten Leiterplatten verlegen. Referenz-Designs gibt es bereits. (Bild: Corning)

Diese spezialisierten CPUs kennt man bereits von der Moonshot-Architektur als System-on-a-Chip. Die Kapazität der CPUs kann für alle Geräte von einem Telefon bis zum Superrechner oder Rechenzentrum ausgelegt werden.

Zwischen diesen beiden Pools befindet sich ein Glasfasernetz en miniature, das in der Lage sein soll, 6 Terabit pro Sekunde an Daten zu übertragen. Statt energiehungriger Kupferkabel werkeln hier also im Grunde nur Lichtpartikel, um Daten zu übertragen.

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