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。