Новый чип IBM для мэйнфреймов стал первым, позволяющим запускать рабочие нагрузки Arm и Z на одних и тех же ядрах.

Майкл Нуньес

Сегодня на ежегодной конференции Hot Chips компания IBM объявляет о, возможно, самом значительном изменении в архитектуре мэйнфреймов за последние десятилетия: о процессоре, ядра которого могут нативно выполнять как собственный набор инструкций IBM, так и набор инструкций Arm — переключаясь между ними за наносекунды.

Этот чип, который будет использоваться в системах IBM Z и LinuxONE следующего поколения, является первым в истории двухархитектурным процессором для мэйнфреймов. Он разработан для того, чтобы предприятия могли запускать обширную и быстрорастущую экосистему программного обеспечения Linux, разработанного для архитектуры Arm, — включая платформы искусственного интеллекта, которые все чаще определяют современную инфраструктуру, — непосредственно параллельно с рабочими нагрузками обработки транзакций z/OS, которые лежат в основе работы банков, страховых компаний и правительств по всему миру.

«Будучи энтузиастами технологий с обеих сторон, мы очень рады тому, что наш процессор, на мой взгляд, станет одним из самых мощных коммерчески доступных процессоров с двойной архитектурой», — заявила Тина Тарквинио, главный директор по продуктам IBM Z и LinuxONE, в эксклюзивном интервью VentureBeat перед анонсом.

Это объявление знаменует собой первый этап в разработке аппаратного обеспечения в рамках стратегического сотрудничества IBM и Arm, о котором IBM и Arm объявили в апреле, и дает необычайно прямой ответ на вопрос, который годами витал в воздухе вокруг мэйнфреймов: сможет ли машина, обрабатывающая большую часть регулируемых финансовых транзакций в мире, оставаться полноправным участником интеллектуальной собственности в эпоху искусственного интеллекта, в значительной степени построенного на кремниевых чипах других разработчиков?

Как компания IBM разработала процессорное ядро, способное обрабатывать два набора инструкций.

Самое поразительное инженерное решение — это то, чего IBM решила не делать. Компания могла бы просто прикрепить к процессору несколько отдельных ядер Arm — более простая конструкция, которую другие производители микросхем используют для гетерогенных вычислений. Вместо этого IBM разработала каждое ядро на чипе как двуязычное.

«На этом чипе расположены 11 ядер, и каждое ядро может динамически переключаться между программным режимом Arm и традиционным программным режимом Z», — заявил Кристиан Якоби, научный сотрудник IBM и главный технический директор IBM Systems Development, в эксклюзивном интервью VentureBeat. «Это позволяет нам запускать критически важное корпоративное программное обеспечение прямо на том же чипе, рядом с гораздо более широкой программной экосистемой приложений Arm».

Этот механизм основан на гипервизоре KVM с открытым исходным кодом. Предприятия могут одновременно запускать виртуальные машины Arm64 Linux и виртуальные машины Linux on Z, и по мере того, как гипервизор распределяет каждую виртуальную машину по физическому ядру, ядро переключается в соответствующий режим. По словам Якоби, потери производительности практически равны нулю. «Это переключение занимает примерно наносекунды», — сказал он. «Поскольку вы работаете в виртуальном образе в течение многих миллисекунд, эти накладные расходы на переключение практически сводятся к нулю — практически никакого влияния».

Традиционные рабочие нагрузки z/OS выполняются в отдельном разделе на том же чипе, вне KVM — это означает, что основная бухгалтерская книга банка, его модели предотвращения мошенничества и современный стек мониторинга на базе Arm могут использовать один и тот же кремниевый чип, одну и ту же инфраструктуру памяти и одни и те же гарантии надежности. Якоби откровенно признал, что IBM обсуждала более простой путь и в итоге от него отказалась. «Мы действительно не удовлетворяем их потребности, если у нас есть всего несколько, я бы сказал, приблизительно ядер Arm в углу чипа», — сказал он. «Для обеспечения того же качества обслуживания, к которому привыкли клиенты, это действительно необходимо глубоко интегрировать во всю системную архитектуру».

Технические характеристики подчеркивают, что это бескомпромиссная конструкция. Созданный на основе передового 2-нанометрового техпроцесса, чип работает со своими 11 высокопроизводительными ядрами на базовой частоте выше 5,7 ГГц — чрезвычайно быстро по отраслевым стандартам — с встроенными ускорителями вывода ИИ для обнаружения мошенничества в транзакциях, выделенным блоком обработки данных для ускорения ввода-вывода и большой кэш-архитектурой. Полноценные системы будут масштабироваться до сотен ядер и десятков терабайт памяти. «Это действительно очень быстро по сравнению с тем, что вы получаете в отрасли», — сказал Якоби. «Это еще один пример того, что технология мэйнфреймов — это не устаревшая технология. Это очень современная, передовая технология».

Почему мэйнфреймам понадобились 22 миллиона разработчиков Arm?

Стратегическая логика, лежащая в основе этого чипа, ориентирована на программное обеспечение, а не на аппаратное. Архитектура IBM s390x обрабатывает огромную долю критически важных транзакций в мире, но более широкий спектр корпоративного программного обеспечения — инструменты мониторинга, агенты безопасности, облачное промежуточное ПО и, прежде всего, стек ИИ, включающий PyTorch, ONNX Runtime и контейнерные рабочие нагрузки — был создан для x86 и, все чаще, для Arm. По собственным оценкам Arm, почти половина вычислительных мощностей, поставленных крупным гипермасштабным компаниям в 2025 году, была основана на Arm, благодаря AWS Graviton, Google Axion и процессорам Arm от Microsoft. Arm насчитывает более 22 миллионов разработчиков по всему миру.

Перенос каждого приложения на s390x был кропотливой работой, в которой приходилось взаимодействовать с каждым независимым поставщиком программного обеспечения по отдельности. Тина Тарквинио, главный директор по продуктам IBM Z и LinuxONE, прямо описала сложность задачи: «Какой бы сильной ни была наша команда разработчиков экосистемы, мы никогда не смогли бы работать со всеми и перенести их все», — сказала она VentureBeat. «На рынке много независимых поставщиков программного обеспечения, поэтому мы хотели сделать фундаментальный, большой шаг вперед. Мы рискнули с технологической точки зрения».

Примечательно, что, по ее словам, клиенты не просили именно чип с двойной архитектурой, а хотели получить результаты. «Я бы не сказала, что наши клиенты говорили: „Не могли бы вы создать для меня среду с двойной архитектурой?“, но они говорили: „Помогите мне запустить эти сопутствующие рабочие нагрузки или различные типы рабочих нагрузок быстрее, чтобы они стали доступны на рынке“».

Обещание совместимости амбициозно: бинарные файлы Arm Linux должны работать без изменений. «Новые возможности Arm разработаны таким образом, чтобы быть на 100% бинарно совместимыми», — сказал Якоби. «Например, если у вас есть Red Hat Linux для Arm, и у вас есть приложения, которые работают на Red Hat Linux для Arm, они будут работать в системе без изменений». Arm определяет архитектуру набора инструкций и предоставляет инструменты проверки, чтобы гарантировать, что реализация IBM ведет себя идентично всем другим чипам Arm, в то время как IBM проектирует и производит кремниевые компоненты полностью собственными силами. «Очень хорошее партнерство. Очень прочное инженерное партнерство», — сказал Якоби о сотрудничестве.

Что означает акселератор Spyre нового поколения для корпоративного ИИ на мэйнфреймах?

Компания IBM также представит на конференции Hot Chips следующее поколение своего ускорителя искусственного интеллекта Spyre, и это не случайное совпадение. Текущая архитектура уже предлагает два уровня ИИ: встроенный в процессор ускоритель, представленный вместе с чипом Telum в 2022 году, который обрабатывает вычисления со сверхнизкой задержкой, такие как оценка риска мошенничества в платежной транзакции, и ускорительная плата Spyre, размещаемая в подсистеме ввода-вывода для более ресурсоемких моделей.

Новый Spyre значительно расширяет возможности. «Мы также предлагаем гораздо более производительный чип, способный запускать большие языковые модели для рабочих процессов агентов», — сказал Якоби, — «как для рабочих процессов ИИ-операций, которые управляют самой системой, так и для бизнес-процессов, таких как понимание документов и рассмотрение страховых случаев». Новый ускоритель будет поставляться с высокоскоростной памятью для питания этих моделей.

Здесь сходятся ставка на двойную архитектуру и ставка на ИИ. Предприятия хотят выполнять инференцию рядом со своими данными; данные хранятся на мэйнфрейме; а инструменты ИИ в подавляющем большинстве являются собственными разработками Arm. Мохамед Авад, исполнительный вице-президент Arm по облачному ИИ, сформулировал это объявление именно в таких терминах: «По мере масштабирования ИИ все больше вычислительных платформ сходятся к Arm. Перенос вычислительных ресурсов Arm и ее программной экосистемы на эти платформы распространит этот импульс на критически важную корпоративную инфраструктуру, предоставив организациям больший выбор в том, как они развертывают ИИ».

Сроки совпадают с реальным состоянием корпоративного ИИ. Последнее исследование McKinsey о состоянии ИИ показало, что хотя 88% организаций сейчас используют ИИ как минимум в одной бизнес-функции, почти две трети еще не масштабировали его на уровне всего предприятия — и наибольшую выгоду получают те компании, которые перестраивают основные рабочие процессы, а не проводят отдельные пилотные проекты. Для регулируемых отраслей, чьи системы учета работают на IBM Z, внедрение ИИ там, где происходят транзакции, является, пожалуй, самым прямым путем к подобной интеграции.

Когда начнутся поставки двухархитектурной системы IBM Z — и почему существующим клиентам не стоит беспокоиться.

Покупателям потребуется терпение. Чип дебютирует в преемнике z17, поставки которого запланированы на второй квартал 2025 года, и IBM придерживается примерно трехлетнего графика выпуска продукции, указывая на запуск около 2028 года. Но Тарквинио настаивала, что программа уже давно вышла за рамки концептуальной стадии. «Это больше, чем просто разработка. Мы полным ходом работаем над всей системой», — сказала она, добавив, что IBM опубликует более подробную информацию в преддверии запуска.

Для пользователей IBM возникает закономерный вопрос: означает ли переход на Arm медленный закат традиционной архитектуры? Оба руководителя решительно возразили. «Это серьезный шаг , а не просто переход на Arm», — сказал Тарквинио. «У меня есть план развития аппаратных систем на 10 или 15 лет вперед. Многие наши команды работают над следующей системой; многие также работают над следующей, и еще одной».

Якоби назвал этот шаг преемственностью, а не разрывом. «Традиционный мэйнфрейм, который мы используем сегодня в качестве системы z17, — это не просто более быстрая версия того, что мы создали 25 лет назад, — сказал он. — У нас не было повсеместных возможностей шифрования. У нас не было встроенных в процессор возможностей искусственного интеллекта. Добавление возможностей Arm — это следующий важный шаг в этой непрерывной эволюции».

Конкурентный подтекст — это облачные технологии. На вопрос о том, почему предприятие будет запускать рабочие нагрузки Arm на мэйнфрейме, а не на гипермасштабируемой платформе, Тарквинио указала на показатели доступности платформы: «Мы говорим о доступности на уровне восьми девяток — это 0,3 секунды простоя в год. Если вы используете систему учета, систему обнаружения мошенничества или любое другое критически важное приложение, вам это нужно». По ее словам, аргументация соответствует цели: инфраструктура должна соответствовать соглашению об уровне обслуживания (SLA), а не моде.

Однако есть существенные оговорки. В собственном пресс-релизе IBM отмечается, что заявления о будущих направлениях развития «представляют собой лишь цели и задачи». Поддержка Arm пока доступна только для Linux, а самые сложные инженерные задачи — запуск стороннего набора инструкций с производительностью, сравнимой с производственными системами, с обнаружением и восстановлением ошибок на уровне мэйнфреймов, в условиях реальных рабочих нагрузок клиентов — еще предстоит доказать в течение следующих двух лет.

Но амбиции очевидны. На протяжении шестидесяти лет мэйнфреймы переживали все волны технологий, которые, как предполагалось, должны были их уничтожить — мини-компьютеры, клиент-серверные системы, облачные вычисления — усваивая необходимые им технологии от каждой из них. Теперь IBM предпринимает свой самый смелый акт поглощения: обучает машину, управляющую мировыми деньгами, говорить на языке эпохи искусственного интеллекта свободно и естественно, используя тот же кремниевый чип. «Внедрение в производство чего-то действительно первого в своем роде, — сказал Тарквинио, — еще раз демонстрирует, на что способна IBM с технологической точки зрения». Оказывается, мэйнфрейм не отстает от будущего. Он учится им управлять.

Источник: venturebeat.com