将数据中心计算融入到战术优势

September 28, 2017 Majeed Kamran

人工智能 (AI) 和其他先进的分析对于国防应用具有巨大的吸引力。 当这些技术整合到信号情报 (SIGINT) 和战术通信之中时,即可帮助指挥官加快决策速度以及提高任务成功率。

难点仍然是在严格的尺寸、重量和功耗 (SWaP) 限制下实施数据中心级计算。 长效性着实令人担忧,因为数据中心技术发展迅速,但国防技术的部署往往需要十年,甚至更长时间。

英特尔® 至强® 可扩展处理器(原代号为“Purley”)则解决了这两方面的难题。 这些芯片在每个插槽上最多可具备 28 个内核,但额定热设计功耗 (TDP) 低至 80 W,使芯片可以在 SWaP 受限的环境下应用,例如战术优势计算。

而且,新款处理器及其配套 C620 系列芯片组(原代号为“Lewisburg”)有长达 10 年的使用可靠性可供考证,并且生产供货期可长达 15 年, 这不啻为长期部署的可靠选择。

新指令大幅提升信号处理能力

新款处理器提供了一系列重要升级,可以在保持 TDP 限制的情况下提升性能。 最值得一提的是英特尔® AVX-512 指令集扩展。 英特尔® AVX-512 数学单元处理要求苛刻任务(例如 AI/深度学习工作负载、图像和音频/视频处理以及加密)吞吐量的能力翻倍。

Artesyn Embedded Technologies 高级售前技术架构师 Rob Persons 说道:“战术系统一般使用 CPU 本身的计算能力,而不会依靠向量单元的能力提高。 因此,当战术系统尝试以较小的体量执行更多任务时,向量单元的能力就变得更有吸引力。”

Persons 还指出,内存带宽的大幅提升能够帮助支持 AVX-512 向量单元的性能提高。 现在,英特尔® 至强® 可扩展处理器与前几代产品相比,每个插槽的系统内存已经翻倍,达到了 1.5 TB,可支持内存受限的应用。

而且,这些增强功能还使 LINPACK 库执行能力提升了 2.2 倍。 LINPACK 基准性能测试测量数字线性代数表达式(例如信号处理应用中使用的表达式)的计算。

芯片组卸载加密

英特尔® C620 系列芯片组借助英特尔® QuickAssist 技术(英特尔® QAT)进一步增强了性能。 此功能可以从处理器卸载数据加密,帮助国防网络工程师实施物联网式的传感器数据通信,而不会增加主机处理器的加密工作负载负担。

C620 系列芯片组还整合了英特尔® 密钥保护技术(英特尔® KPT),确保对端到端通信进行加密(图 1)。 英特尔® KPT 以近乎为零的主机处理器加密开销来提供安全密钥生成和存储、安全密钥调配、启动时间密钥共享及运行时使用。

图 1. 英特尔® 密钥保护技术(英特尔® KPT)帮助提供了安全的端到端通信。 (资料来源:英特尔)

此外,它还帮助基于硬件的安全密钥抵御各种电子战的侵袭,包括:

  • 网络攻击
  • 软件和固件 (BIOS) 攻击
  • 侦听(硬件)

英特尔® KPT 与英特尔® QAT 结合,降低了对于昂贵的硬件安全模块 (HSM) 的需求。

如图 2 所示,可以通过 4 个 10 GbE 端口、一个 16 通道 PCIe 第三代链路和一个直接内存接口 (DMI) 从 C620 系列芯片组实现这些功能。

图 2. 英特尔® C620 系列芯片组嵌入英特尔® QAT,可降低加密开销。 (资料来源:英特尔)

Persons 介绍道:“新推出的 10 Gb 通信信道 PCH 与英特尔® QAT 结合,可在远离系统的位置,创建加密数据网关。 新功能集可增加一些额外功能,从而提高数据离开系统时的安全性。”

模块化开放式系统方法

当然,国防工程师必须遵守模块化开放式系统方法 (MOSA),这样才能充分利用新款处理器。 MOSA 合规有助于实现一个由电子组件、主板和系统组成的具有竞争力的开放式生态系统,从而防止供应商闭锁。

ATCA 刀片(例如 Artesyn 开发的 ATCA-7540)便是这种方法的一个良好示例。 这些网络刀片遵守 MOSA 原则,而且可以搭载新款处理器。 例如,ATCA-7540 便配备了两个英特尔® 至强® 可扩展插槽(图 3)。 主板已经为机载和舰载数据中心、地面控制站、网络数据分析及指挥、控制、通信、计算机、情报、监视和侦察 (C4ISR) 的运作而优化。

图 3. ATCA-7540 服务器刀片专为计算密集型国防通信设计。 (资料来源:Artesyn Embedded Technologies)

英特尔® 至强® 可扩展处理器的 48 个 PCIe 通道支持 ATCA-7540 的高带宽背板连接、高性能前面板 I/O 以及载波模块区(图 4)。

图 4. ATCA-7540 刀片受益于经过优化的内存和英特尔® 至强® 可扩展处理器的 I/O 设计。 (资料来源:Artesyn Embedded Technologies)

借助 ATCA-7540,强大的多插槽信号处理系统可以部署在紧凑的 8U ATCA 服务器机柜中。 而且,通过此架构,操作人员可以热插拔替换主板,而不必更新系统软件或基础设施。

Purley 提升了 ATCA 长效性

军事系统必须通过更新换代才能利用不断涌现的技术,例如可以改变战局的 AI 和物联网。 但执行这些技术必须考虑 SWaP 和长效性。

英特尔® 至强® 可扩展处理器与 ATCA 标准结合需要国防系统设计师们在这些方面有所作为。 指挥官们现可利用战术优势数据中心的强大功能。

作者简介

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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