3D-шина — перспективная архитектура вычислительных систем

Публикуется в качестве технической идеи.

Постараюсь пояснить свои мысли максимально простым языком с применением вполне осязаемых сравнений, не вдаваясь в детали и частности.

На мой скромный взгляд концепция персональных компьютеров архитектуры IBM PC давно себя исчерпала по вполне очевидной причине — изначально ограниченной в пространстве модели построения её аппаратной части. IBM PC — это средневековый город, обнесённый крепкой стеной в виде корпуса самого компьютера. Материнская плата — сам город с улицами и домами. Ветреная или водяная мельница — это блок питания. Память компьютера — это городские склады и арсенал и т.д. Такая «средневековая» архитектура позволяет, разумеется, модернизировать компьютер: подключать новые жёсткие диски; увеличивать объём оперативной памяти; заменять центральный процессор на более производительный; можно добавлять в слоты на материнской плате новые карты различного назначения, но… неизбежно пределы модернизации при данной архитектуре вычислительного устройства исчерпаемы: заканчиваются слоты под карты оперативной памяти и специализированные карты; достигается предел по тактовой частоте процессора; все отведённые в корпусе компьютера места под жёсткие диски использованы и т.д. Остаётся уповать на внешние подключаемые к IBM PC устройства, но при этом мы уже уходим за пределы «городских стен» этого компьютерного «феодализма» равно как и за рамки архитектурного концепта.

Мобильные устройства (нетбуки, смартфоны, планшетные ПК) — это ещё более яркое проявление той же самой средневековой архитектуры построения вычислительных систем. Если продолжать строительную аналогию, то перед нами уже форт с минимальными возможностями что-то в нём перестроить.

Появление и стремительное развитие микрокомпьютеров (Arduino, Omega, Raspberry и т.п.) казалось бы должна была заставить инженеров пересмотреть всю архитектурную концепцию, избавить новые устройства от рудиментов «эпохи компьютерного феодализма». Однако, этого пока не случилось. Полюбуйтесь как выглядит вычислительный кластер, собранный из системных плат Raspberry:

image

М-да… Можно сколь угодно красочно подсвечивать сарай, но от этого он не станет дворцом. И все эти торчащие кабели и проводочки — это подпорки, которые удерживают изначально неправильно спроектированное многоэтажное здание от падения.

А между тем, решение проблемы лежит, как всегда, на поверхности…

Посмотрите на эти, с точки зрения природного зодчества и человеческого таланта, идеальные решения функционально-пространственных задач:

image

image

image

Просто, разумно, рационально.

Если бы компьютерные системы проектировали зодчие, то они, наряду с другими вопросами, озаботились бы поэтажными планами здания (определились бы с общими размерами и формой этажей и несущих конструкций), а в частности — договорились бы где и каких размеров расположить лифтовые, вентиляционные и коммуникационные шахты и лестничные пролёты — т.е. спроектировали то, что делает из отдельных этажей законченное здание.

Если бы разработчики компьютерных систем на мгновение стали мыслить как классические архитекторы — объёмно — то они бы:

  • Определили габаритные размеры «этажей» — электронных плат проектируемых систем (ах, да, они это все-таки сделали!).
  • Определили размеры, тип и место расположения на платах сквозных (типа «мама-папа») коммуникационных разъёмов информационной шины, связывающей платы между собой.
    Определили размеры и место расположения шахты охлаждения плат и, в соответствии с этим располагали бы элементы схемы, требующие принудительного охлаждения в непосредственной близости или даже в контакте со стенками-радиаторами шахты.
  • Определили место расположения сквозной шины питания.
  • Стандартизировали вышеизложенные пункты.

Таким образом, они бы получили архитектурное решение, позволяющее строить «многоэтажные здания любой высоты» простым присоединением новых этажей-плат на нижестоящие этажи-платы. Другими словами, в полной мере и без подпорок использовали Z-ось трёхмерного пространства.
Если бы компьютерные инженеры пошли дальше, то стандартизировали бы подобные разъёмы шины по осям X и Y. Тогда строить вычислительные кластеры можно было бы по всем осям пространства так же просто, как собирать из конструктора Lego всевозможные объёмные конструкции.

Очень важно, что наряду с процессорными платами в кластер могли бы легко встраиваться стандартизированные под 3D-шину узкоспециализированные платы: платы памяти, сетевые платы, коммуникационные платы Bluetooth и Wi-Fi, видеокарты и проч.

Такой мне видится унифицированная плата с 3D-шиной:

image

Вполне очевидно, что из таких плат можно строить вычислительные 3D-кластеры любой пространственной конфигурации, расширяя конструкцию по всем доступным осям.
Буду рад, если мои идеи кому-либо пригодятся и станут отправной точкой для более красивых, простых и надёжных конструктивных решений.

FavoriteLoadingДобавить в избранное
Posted in Без рубрики

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *