If you ask ChatGPT about “composable hardware infrastructure” you get something like this: Composable hardware infrastructure represents a significant evolution in data center architecture, providing a more flexible, efficient, and scalable approach to managing IT resources. Fair enough, but what does it mean?

U svetu računarstva, softverski fundamenti i najvažnije komponente su operativni sistem i paketske mreže. Zanimljivo je da oni dele određene dizajn karakteristike, o čemu ćemo i diskutovati. Istorijski, mreže su nastale ubrzo nakon operativnih sistema, i to od strane istih istraživača-inženjera. Pod OS-om smatramo operativni sistem sa svim glavnim karakteristikama modernih UNIX/Linux sistema (proces kao osnovna apstrakcija, virtuelna memorija, hijerarhijski fajl sistem, …). Pod Mrežom smatramo paketske mreže, konkretno Ethernet/IP mreže.

HCI (Hyper-Converged Infrastructure) rešenje donekle radikalno menja data centar arhitekturu time što “eliminiše” centralni mrežni storidž. Ovo omogućava konsolidaciju storage i compute data centar resursa. Naravno, oba resursa su virtuelizovana. Posledica je drastično pojednostavljivanje arhitekture data centra (posledično i upravljanja) i povećanja efikasnosti (veći stepen konsolidacije, manji TCO i sl.).

HCI kao rešenje postoji već 10-ak godina. Ali čak ni tada HCI nije bio nov koncept. Hyper-scale servis provajderi (Google i sl.) su koristili “HCI” već neko vreme u produkciji, naravno koristeći sopstveni softverski stek (interna rešenja). Osnovna ideja komercijalnih HCI rešenja je bila da učini da privatni data centri da (arhitekturalno) “zaliče” na data centre hyper-scale provajdera, u kontekstu lakog proširenja kapaciteta, dinamičkog raspoređivanja opterećenja i visoke dostupnosti*. I u tome su već uveliko uspeli, čemu svedoči visok stepen zadovoljstva korisnika**.

Računarski model danas je takav da su svi resursi (RAM, IO/DISK, GPU) direktno fizički povezani na CPU preko zajedničke matične ploče. Ovo ima svoje prednosti, kao što su jednostavno deljenje resursa, direktan pristup resursima preko magistrale i generalna samostalnost računarskog sistema bez mrežne konekcije.

Međutim, ovo ima i svoje značajne nedostatke koji danas sve više dolaze do izražaja:

Često čujemo da Kubernetes (K8S) predstavlja “Cloud” Operativni Sistem (OS). Analogiju naravno ne treba shvatiti bukvalno jer Kubernetes nikako ne zamenjuje klasičan operativni sistem kao što je GNU/Linux. Više se može reći da Kubernetes predstavlja za data centar isto ono što i Linux za jedan (data centar) računar — omogućava upravljanje hardverskim resursima i omogućava izvršavanje aplikacija — ali sada skup računara posmatramo kao logičku resursnu celinu koju nazivamo klaster. Dakle, Kubernetes možemo posmatrati kao (klaster) “operativni sistem”, ali na višem nivou apstrakcije. Svakako, analogija je zanimljiva i vredna detaljnijeg razmatranja.

Cray računari su poznati pre svega po visokim performansama zahvaljujući inovativnom sistemskom dizajnu: vektorsko procesiranje, korišćenje namenskih procesora za IO, scratch-pad deljena memorija za saradnju različitih procesora, kružni fizički dizajn (radi skraćivanja dužina žica), elegantnost i gustina dizajna logičkih komponenti, tečno hlađenje itd.

Vreme “lakog” povećanja performansi sistema/aplikacija poboljšavanjem performansi (pojedinačnog jezgra) procesora je dostiglo svoj vrhunac. Udarili smo u limite tehnologije/fizike usled povećanog kašnjenja i generisanja toplote. Zato i ne možemo više da povećavamo takt jednog jezgra, što dovodi do pukog bržeg izvršavanja instrukcija, tj. bržeg izvršavanja jednog procesa/niti na tom jezgru.

Naslov bi mogao da se postavi i kao pitanje: Koji dizajn pobeđuje: “kompleksno i brzo” vs “jednostavno i elegantno”? Uporedićemo dva glavna pravca u dizajnu arhitekture procesora. Uzeli smo računarske procesore kao primer, iako smatram da je ovo poređenje i šire primenljivo, pa je samim tim i zanimljivije.

Da krenemo od značenja termina. CISC – Complex Instruction Set Computer. RISC – Reduced Instruction Set Computer. Kompeksnost naspram Jednostavnosti.

Timesharing i paketski prenos kao oslobodioci

Koncept deljenja vremena procesora (engl. timesharing) je omogućio deljenje resursa centralnih i moćnih mainframe računara i interakciju sa računarom u “realnom” vremenu od strane (većeg broja) krajnjih korisnika. Prethodno su se korisnički “poslovi” (programi) izvršavali sekvencijalno jedan po jedan, pritom zauzimajući kompletne resurse računara, uz vreme čekanja od par dana od trenutka predaje softverskog koda i podataka u vidu bušenih kartica do prijema rezultata. Možemo reći da je timesharing omogućio virtelizaciju računarskih resursa iz ugla krajnjeg korisnika.