Hiệu năng xử lý của máy tính ngày một tăng bởi vi xử lý, RAM, card đồ họa, ổ cứng đều có tốc độ nhanh hơn rất nhiều so với trước đây. Thế nhưng làm thế nào để tăng băng thông, giúp các phần cứng hiện có phát huy toàn bộ thế mạnh cũng như tháo bỏ giới hạn cho thế hệ phần cứng tiếp theo? Google, IBM, Dell, Samsung và nhiều nhà sản xuất khác đã cùng nhau tìm kiếm giải pháp và hôm nay, họ đã công bố 2 chuẩn mới nhằm mang lại tốc độ truyền tải dữ liệu cực cao cho máy tính.

Đầu tiên, hiệp hội OpenCAPI đã công bố cấu hình cho chuẩn giao tiếp cùng tên hứa hẹn mang lại tốc độ truyền tải dữ liệu rất cao cho các phần cứng. Ổ cứng, bộ nhớ RAM, GPU và CPU sẽ được liên kết với nhau thông qua một giao tiếp tương tự như PCIe 3.0 nhưng tốc độ cao hơn khoảng 10 lần, tức 150GB/s (PCIe 3.0 x 16 có tốc độ truyền tải khoảng 15,7 GB/s). Nhờ đó, phần cứng sẽ luôn giữ được tốc độ cao nhất, phần cứng mới có thể đạt được các ngưỡng tốc độ cao hơn.

Băng thông cần được mở rộng bởi chúng ta đều thấy rằng các vi xử lý đồ họa ngày một mạnh hơn để có thể xử lý các nội dung như thực tế ảo, trí thông minh nhân tạo và các chức năng tính toán khoa học phức tạp. Kèm theo đó là những công nghệ bộ nhớ siêu nhanh chẳng hạn như 3D Xpoint - một công nghệ bộ nhớ lưu trữ và RAM mới nhanh hơn gấp 10 lần so với SSD hiện tại và có mật độ nhớ cao gấp 10 lần so với DRAM.

OpenCAPI va Gen-Z: 2 chuan moi giup giai quyet van de that co chai do het bang thong - Anh 1

Được biết máy chủ và siêu máy tính sẽ là những hệ thống đầu tiên sử dụng các khe cắm OpenCAPI . Cụ thể hơn, IBM - một thành viên của hiệp hội OpenCAPI sẽ trang bị các cổng kết nối mới này trên các máy chủ Power9 vào năm tới. Google và Rackspace cũng sẽ trang bị tương tự trên máy chủ Zaius Power9. Trong khi đó, một thành viên khác của OpenCAPI đang bắt đầu phát triển các GPU Radeon tương thích với cổng OpenCAPI trên máy chủ Power9.

Tuy nhiên, đừng kỳ vọng OpenCAPI sẽ xuất hiện sớm trên máy tính PC hay máy chủ phổ thông bởi hầu hết chúng đều sử dụng các vi xử lý x86 của Intel và AMD và cho đến hiện tại, AMD vẫn chưa có ý định khai thác OpenCAPI trên máy tính hay máy chủ x86, một đại diện của hãng này cho biết. Trong khi đó, nhà sản xuất vi xử lý hàng đầu thế giới Intel không phải là một thành viên của OpenCAPI nên đây là bất lợi lớn nhất đối với nhóm này. Hầu như không có vấn đề nào lớn ngăn cản Intel gia nhập nhóm này nhưng một khi gia nhập thì hãng sẽ phải thay đổi các công nghệ I/O lâu nay vẫn đang dùng.

OpenCAPI va Gen-Z: 2 chuan moi giup giai quyet van de that co chai do het bang thong - Anh 2

OpenCAPI là một chuẩn mới rất hứa hẹn nhưng máy tính sẽ cần thay đổi nhiều để khai thác những lợi thế về băng thông. Các bo mạch sẽ cần phải được tích hợp các khe OpenCAPI và linh kiện mới cũng phải thay đổi để tương thích. Điều này sẽ làm đội chi phí sản xuất linh kiện vốn hầu hết dùng giao tiếp PCI Express.

OpenCAPI thực chất là một phiên bản mở của cổng CAPI do IBM phát triển và hiện đang được sử dụng trên các máy chủ Power của hãng. Trong tương lai, có thể sẽ có thiết bị trung gian làm cầu nối (chẳng hạn như adapter) để đảm bảo các phần cứng dùng chuẩn PCI Express sẽ có thể hoạt động với cổng OpenCAPI theo nhận định của một nhân viến đến từ IBM.

OpenCAPI va Gen-Z: 2 chuan moi giup giai quyet van de that co chai do het bang thong - Anh 3

Bên cạnh OpenCAPI thì Gen-Z một hiệp hội khác bao gồm những cái tên lớn trong mảng máy chủ như IBM, HP Enterprise, Dell, Lenovo và mảng bộ nhớ như Samsung, Seagate, Micron, WD, SK Hynix cũng đã công bố một giao thức mới tập trung tăng tốc độ truyền tải dữ liệu giữa các máy tính và giữa các linh kiện bên trong máy tính khi cần. Giao thức này ban đầu được định hướng đến các máy chủ nhưng nó tiềm năng có thể mang lại những thay đổi cơ bản về cách máy tính được chế tạo.

Hiện tại các máy tính đều có thành phần chính gồm vi xử lý, RAM và ổ cứng, tất cả đều nằm trên một chiếc bo mạch chủ. Tuy nhiên, cấu hình giao thức của Gen-Z vốn tập trung về tốc độ RAM và ổ cứng tiềm năng có thể tách rời tất cả các thành phần này và thiết lập một kết nối ngang hàng giữa chúng.

Giao thức Gen-Z được thiết kế dành cho các trung tâm dữ liệu tương lai trong đó các thành phần của một chiếc máy chủ như vi xử lý, bộ nhớ RAM, ổ cứng sẽ nằm tách biệt thay vì nằm trên một bo mạch chủ, đóng trong một thùng máy như hiện tại. Kiến trúc và công nghệ của Gen-Z sẽ dễ dàng hoạt động với các loại bộ nhớ mới như 3D Xpoint, MRAM (RAM từ điện trở), RRAM (RAM điện trở), PCM (bộ nhớ đổi pha).

OpenCAPI va Gen-Z: 2 chuan moi giup giai quyet van de that co chai do het bang thong - Anh 4

Với việc tách rời các phần cứng như RAM, ổ cứng, vi xử lý, mỗi thành phần sẽ nằm riêng trong từng mô-đun, đồng nghĩa với việc dung lượng RAM và ổ cứng của mỗi mô-đun sẽ rất lớn. Chính vì điều này, Gen-Z sẽ rất phù hợp với kiểu thiết lập của máy chủ khi giúp các hệ thống CPU, GPU kết nối với các mô-đun RAM và ổ cứng dung lượng lớn tại các trung tâm dữ liệu, mang lại lợi ích cho những ứng dụng như SAP HANA - một hệ thống xử lý dữ liệu ngay trong bộ nhớ, tăng tốc độ truy xuất dữ liệu từ các ứng dụng quản trị SAP. Hầu hết các máy chủ có tối đa khoảng 48 TB bộ nhớ DRAM nhưng các mô-đun nhớ nằm ngoài sẽ cung cấp cho SAP HANA nhiều RAM hơn để hoạt động.

Tuy nhiên, G-Zen cũng đang đối mặt với nhiều thách thức. Những phần cứng được tách rời cần phải kết nối với nhau theo thời gian thực, hoạt động cùng nhau trên một giao thức và cần phải được nạp dữ liệu một cách cân bằng. Những chức năng này vẫn đang được thực hiện rất hoàn hảo trên những chiếc máy chủ với bộ nhớ RAM và ổ cứng gắn trên bo mạch hiện tại.

Để đạt được hiệu quả kết nối theo thời gian thực, Gen-Z đã phát triển "một loại sợi dẫn hiệu năng cao" cho phép truy xuất một lượng lớn dữ liệu dễ dàng với chi phí thấp và không bị thắt cổ chai như các hệ thống hiện tại. Tỉ lệ truyền tải dữ liệu có thể đạt đến 112 GT/s (Gigatransfer/giây) giữa các máy chủ trong khi đó, chuẩn PCIe 4.0 sắp ra mắt có tỉ lệ 16 GT/s cho mỗi lane giữa các thành phần bên trong máy tính. Mặc dù được định hướng là một giải pháp kết nối ngang hàng giữa RAM và ổ cứng ở cấp độ giữa rack và rack nhưng khi cần, Gen-Z vẫn có thể được khai thác bên trong mỗi rack trên hệ thống máy chủ.

OpenCAPI và Gen-Z được công bố là các giao tiếp, giao thức mở dành cho mọi nhà sản xuất phần cứng. Tuy nhiên, sẽ có nhiều thách thức khi đưa các công nghệ này lên máy chủ. Một trong các thách thức là thị trường máy chủ vẫn đang bị thống trị bởi những hệ thống chạy vi xử lý x86 của Intel và Intel vẫn chưa phải là thành viên của OpenCAPI hay Gen-Z. Không có Intel hỗ trợ, 2 công nghệ kết nối trên sẽ rất chật vật để có thể phổ biến rộng rãi.

Intel vẫn im lặng nhưng có lẽ đây là điều khiến Intel do dự: Intel đang kinh doan công nghệ mạng và sợi dẫn riêng có tên OmniPath và hãng cũng đang bán các mô-đun silicon lượng tử ánh sáng - thứ sử dụng ánh sáng và tia laser để tăng tốc độ truyền tải dữ liệu và kết nối giữa các máy chủ ở cấp độ rack.

Theo: Computerworld