將資料中心運算帶到戰術邊緣

September 28, 2017 Majeed Kamran

人工智慧 (AI) 與其他進階式分析在軍事防禦應用上非常具有吸引力。 將這些科技與訊號智慧 (SIGINT) 和戰術通訊整合後,就能協助指揮官加速決策循環速度,提升任務成功率。

一如過往,最大的挑戰莫過於將資料中心等級的運算導入受限的尺寸、重量,以及功耗 (SWaP) 中。 使用壽命也是其中一項考量 — 雖然資料中心的技術不停翻新,但軍事技術部署需要的時間經常十年起跳。

Intel® Xeon® 可擴充處理器(之前的代號為「Purley」)可以將兩個難題一次解決。 這些晶片每個插槽最多可以裝備 28 核心,但散熱設計功耗 (TDP) 最低可達 80 W,使這些晶片能夠在 SWaP 受限的情況中使用,例如戰術邊緣運算。

除此之外,此款新處理器與搭配的 C620 系列晶片組(之前的代號為「Lewisburg」)有長達 10 年的使用可靠度作為後盾,並保證 15 年的生產有效性, 這使得它們成為長期部署的不二選擇。

新指令強化訊號處理

全新處理器提供一系列的重要升級,在強化效能的同時保持 TDP 受到限制。 最顯著的差異是在 Intel® AVX-512 指令集擴充上。 Intel® AVX-512 數學單元將傳輸量加倍以利處理高需求的作業,例如 AI/深度學習工作負載、影像與音訊/視訊處理,以及密碼編譯。

Artesyn Embedded Technologies 資深預售技術工程師 Rob Persons 表示:「戰術系統傳統上使用 CPU 本身的效能,而不仰賴向量單元外加的能力。 因此,當戰術系統嘗試在更小的體積內執行更多功能時,向量單元的能力就會變得更加有趣。」

Persons 同時也發現記憶體頻寬大幅度的躍升有助於支援 AVX-512 向量單元外加的效能。 於此 Intel® Xeon® 可擴充處理器將每個插槽的系統記憶體擴充成 1.5 TB,是過去版本的兩倍,藉以支援仰賴記憶體的應用程式。

將這些增強功能結合在一起後,LINPACK 資料庫執行效能提升了 2.2 倍。 LINPACK 效能標竿可測量數值線性代數式運算能力,此類運算常用於訊號處理應用中。

晶片組卸載加密

Intel® C620 系列晶片組更進一步透過 Intel® QuickAssist 技術 (Intel® QAT) 提升效能。 此功能可卸載處理器上的資料加密,協助軍事防禦網路工程師導入物聯網類型的感應器資料通訊,同時避免主機處理器負擔密碼編譯工作負載。

C620 系列晶片組也導入 Intel® Key Protection Technology (Intel® KPT),確保端對端通訊加密(圖 1)。 Intel® KPT 提供安全金鑰生成與儲存、安全金鑰佈建,以及啟動時間金鑰分享功能,並且在加密執行時對主機處理器的使用量近乎於零。

圖 1. Intel® Key Protection Technology (Intel® KPT) 有助提供安全的端對端通訊。 (資料來源:Intel)

它也能協助防護硬體式安全金鑰,抵禦以下類型的電子戰:

  • 網路攻擊
  • 軟體與韌體 (BIOS) 攻擊
  • 刺探性攻擊(硬體)

Intel® KPT 與 Intel® QAT 的結合減少了對於昂貴的硬體安全模組 (HSM) 的需求。

如圖 2 所示,這些功能可透過 4×10 GbE 連接埠、一個 16 線道 PCIe Gen 3 連結,以及直接記憶體介面 (DMI) 從 C620 系列晶片組提取。

圖 2. Intel® C620 系列晶片組內建 Intel® QAT,可節省加密開銷。 (資料來源:Intel)

「PCH 的全新 10 Gb 通訊通道加上 Intel® QAT 可用來建立系統外的加密資料閘道。」Persons 解釋。 「新功能組可以加上一些額外的功能,為離開系統的資料提升安全性。」

模組化開放系統方法

軍事防禦工程師理所當然地要遵行模組化開放系統方法 (MOSA) 才能盡享新處理器的完整優勢。 遵循 MOSA 可協助確保開放、充滿競爭性的電子元件、主機板與系統價值鍊體系,避免遭廠商束縛。

比如 Artesyn 推出的 ATCA 刀鋒 ATCA-7540 就是實踐此方法很好的例子。 這些網路刀鋒遵循 MOSA 準則,並且已可用於新處理器中。 舉例而言,ATCA-7540 擁有兩個 Intel® Xeon® 可擴充式處理器插槽(圖 3)。 此主機板針對空運和海運資料中心、地面控制站、網路資料分析,以及命令、控制、通訊、電腦、智慧、監控和偵察 (C4ISR) 作業最佳化。

圖 3.  ATCA-7540 伺服器刀鋒的設計用意是支援運算密集的軍事防禦通訊。 (資料來源:Artesyn Embedded Technologies)

Intel® Xeon® 可擴充處理器上的 48 條 PCIe 線道支援 ATCA-7540 的高頻寬背板連接、高效能前面板 I/O,以及承載模組區(圖 4)。

圖 4. ATCA-7540 刀鋒受惠於 Intel® Xeon® 可擴充處理器最佳化的記憶體與 I/O 設計。 (資料來源:Artesyn Embedded Technologies)

透過 ATCA-7540,強大的多插槽訊號處理系統可以部署在小型的 8U ATCA 伺服器機櫃中。 此外,這樣的架構讓操作者可以快速替換主機板,無須更新系統軟體或基礎架構。

Purley 提高 ATCA 的壽命

軍事系統翻新極其必要,如此一來才能善用像是 AI 和物聯網這樣的新興技術,創造足以左右戰局的優勢, 但是翻新切不可忘 SWaP 和使用壽命。

Intel® Xeon® 可擴充處理器和 ATCA 標準的結合,使得防禦系統設計師無須擔心上述要點。 指揮官現在能在戰術邊緣運用資料中心的能力。

作者簡介

Majeed Kamran

Majeed Ahmad is former Editor-in-Chief of EE Times Asia, a sister publication of EE Times. Moreover, as the Editor-in-Chief at Global Sources, a Hong Kong-based trade and technology publishing house, he spearheaded magazines related to electronic components, consumer electronics, and computer, security and telecom products. Majeed is a journalist with an engineering background and two decades of experience in writing, editing and acquiring technical content. He is also author of six books on electronics: Smartphone, Nokia’s Smartphone Problem and The Next Web of 50 Billion Devices, Mobile Commerce 2.0, Age of Mobile Data, and Essential 4G Guide.

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