Computação à prova de apagão: Computador retoma processamento sem precisar novo boot

Redação do Site Inovação Tecnológica - 26/04/2022

Protótipo do computador persistente (esquerda) e sua arquitetura.
[Imagem: Sangwon Lee et al. (ISCA 2022)]

Dados e processamento persistentes

Pesquisadores coreanos desenvolveram uma tecnologia completa, incluindo hardware e software, que garante a persistência de dados e de processamento mesmo na falta de energia.

Isto significa que, se houver uma interrupção de energia, quando a energia voltar o computador retoma sua tarefa integralmente de onde parou, sem nem mesmo ser necessário dar novamente o boot no sistema operacional.

Para tornar o sistema resiliente contra falhas de energia, a equipe utilizou apenas memórias não voláteis como memória principal.

"Montamos a memória não volátil em um protótipo de placa de sistema e criamos um sistema operacional para verificar a eficácia do LightPC," contou o professor Myoungsoo Jung, do Instituto Avançado de Ciência e Tecnologia da Coreia - LightPC é um acrônimo para o projeto, chamado Sistema Leve Centrado em Persistência.

A equipe confirmou que o LightPC valida sua execução enquanto ligava e desligava no meio da execução de um programa, apresentando até oito vezes mais memória, execução de aplicativos 4,3 vezes mais rápida e consumo de energia 73% menor em comparação com sistemas tradicionais.

Segundo a equipe, esta é uma solução interessante para uma variedade de campos, como centrais de dados e computação de alto desempenho, para fornecer memória de grande capacidade, alto desempenho, baixo consumo de energia e confiabilidade de serviço.

Um dos grandes trunfos da tecnologia é a dispensa da reinicialização após a volta da energia.
[Imagem: Sangwon Lee et al. (ISCA 2022)]

Computador à prova de apagão

Para permitir a persistência dos dados e da execução, é necessário transferir os dados da memória volátil para a memória não-volátil. Uma possível solução é conhecida como "ponto de verificação" (Checkpointing). Nesta técnica, os dados são periodicamente transferidos, em preparação para uma eventual falha repentina de energia.

Embora essa tecnologia seja essencial para garantir alta mobilidade e confiabilidade aos usuários, o ponto de verificação também apresenta algumas desvantagens fatais: São necessários tempo e energia adicionais para mover dados, é preciso criar um processo de recuperação de dados e, após o retorno da energia, o sistema precisa passar pela tradicional reinicialização.

Para resolver esses problemas, a equipe desenvolveu um processador e um controlador de memória para aumentar o desempenho da memória não volátil. Com isto, o LightPC combina o desempenho da DRAM, minimizando os componentes internos voláteis da memória não volátil, expondo a mídia de memória não volátil (PRAM) ao host e aumentando o paralelismo para atender solicitações em tempo real o mais rápido possível.

A equipe também desenvolveu uma versão do sistema operacional Linux que torna persistentes rapidamente os estados de execução dos processos que estão rodando, sem a necessidade de um processo de ponto de verificação. O sistema operacional inibe todas as modificações nos estados de execução e nos dados mantendo todas as execuções ociosas do programa antes de transferir os dados, a fim de dar suporte à consistência dentro de um período muito mais curto do que o tempo de espera de energia padrão, de cerca de 16 minutos.

Para manter a consistência, quando a energia é religada, o computador se recupera quase imediatamente, e reexecuta todos os processos off-line imediatamente, sem a necessidade de um processo de inicialização.

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