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云端技术介绍2 云端伺服器

2020-06-16

之前小弟有介绍过云端运算的架构 , 只是云端运算对台湾厂商来说, 可能最显而易见的地方还是在硬体设备上. 这次就继续上次的主题, 来聊一聊云端运算背后的硬体架构啦~

1.1    伺服器

在外观上大致可以分成三种类型, 直立式伺服器、机架式伺服器、刀锋伺服器, 目前以刀锋伺服器最适合应用在云端运算.

1.1.1    直立式伺服器(Pedestal Servers)

这是最基本款的伺服器, 外型类似一般消费者使用的桌上型电脑. 可以放在桌上或地板上, 且具有较多的扩充槽, 无需额外支撑机架, 插上电即可使用. 常用于学校或小型企业MIS机房, 若应用在资料流量庞大的云端运算环境并不恰当.

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图1 直立式伺服器

1.1.2    机架式伺服器(Rack Servers)

机架式是一种结构优化的直立式伺服器, 它的设计目的主要是减少伺服器空间的佔用. 当然对于尺寸也有标準规範, 通常机架式伺服器的宽度是19英吋, 而高度以U为单位(1U=1.75英吋), 图2就是一个1U的机架式伺服器. 虽然1U伺服器轻薄短小, 功能齐全, 但因为高度受到限制, 所以扩充不易、升级困难. 解决方法就是在设计机架式伺服器的阶段时, 加大尺寸规格(1U2U, 4U, 7U), 以便有更多空间容纳组件, 提高伺服器运算能力.

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图 2 机架式伺服器

1.1.3    刀锋伺服器(Blade Servers)

主要结构为一个大型主体机箱, 内部可插上许多独立的伺服器模组, 每一个模组就是一个完整的系统, 因此可以运行自己的作业系统, 提供不同的服务: 如网路、储存、管理、光纤通道、I/O…等等不同功能. 然而每一个伺服器模组相互之间没有关联, 所以必须透过系统软体将这些伺服器集合成一个伺服器群组. 在群组模式下, 所有的伺服器模组可以连接起来提供高速的网路环境, 共用资源, 提供相同的服务. 因为每一个伺服器模组都可以支援热插拔, 所以为提高整体刀锋伺服器的性能, 可以自由的进行替换或增加模组, 将维护时间减少到最小.

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图 3 刀锋伺服器

1.2    刀锋伺服器的特徵

伺服器因为要处理数以万计使用者的资料, 因此本身的处理效能远比储存资料量还重要. 以刀锋伺服器的单一模组而言, 主机板最高可以支援4颗六核心的处理器(最高24核心)以及16个记忆体插槽(最高128GB).

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图 4 刀锋伺服器模组主机板示意图

1.2.1    备援系统(Redundancy)

基于伺服器的可靠性考量, 刀锋伺服器模组的电源供应器至少都会有两套. 在刀锋伺服器正常运作时, 可以透过备援电源供应器分散电力来源, 增加电源供应器的使用寿命;当其中一个电源供应器损坏时, 此刻另一个电源供应器就能派上用场, 整个刀锋伺服器模组的电力来源, 就由此电源供应器来提供所需的电力.

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图 5 备援系统的目的

1.2.2    固态硬碟(Solid State Disk)

资料可靠度是最在意的议题, 没有人愿意遇到自己的email、工作档案、重要资料…遗失. 所以, 当不可预期的电力中断时, 有些厂商会在刀锋伺服器模组的主机板设计「超级电容(super capacitor, 常见规格是1F以上)」的并联电路, 来当做电力中断时的电力来源. 藉由超级电容提供电力的同时, 系统会把记忆体的资料快速搬移到固态硬碟, 来达到资料保存的目的, 同时也减少因电力中断所造成的损失.

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图 6 电力中断时的资料保存方案

1.2.3    记忆体(Registered DIMM, RDIMM)

在极端应用环境, 一个效能良好的系统所需具备的特性中, 记忆体的容量与速度对系统效能有决定性的影响. Registered DIMM的目的, 主要是让处理器常用的指令暂存在其中, 如此可以得到加速的效果, 所以常用于伺服器上.

1.2.4    通讯介面

伺服器需要处理庞大资料量, 通常刀锋伺服器模组都同时具备多个光纤通道(4Gbps * M)与Gigabit乙太网路(1Gbps * N). 为了避免遇到断线的情况, 一般而言, 伺服器都会使用多路径传输, 来降低断线的风险.

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图 7 多路径传输

1.3    储存设备(Storage)

资料处理需要高效能的伺服器, 相对的, 资料保存就需要大容量的储存设备. 然而高阶储存设备的容量可以高达4.5 petabytes(PB), 入门商用等级的储存设备也具备12TB的容量. 一般而言, 此设备都支援硬碟热插拔, 设备亦拥有扩充介面(SAS或光纤), 经由设备串接(daisy chain)来达到增加容量的目的, 提供更佳的服务.

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图 8 商用入门款: 12颗3.5吋SAS硬碟(max. capacity: 12TB)

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图 9 商用入门款: 24颗2.5吋SAS硬碟(max. capacity: 12TB)

整体而言, 云端运算相关产业的涵盖面很广, 硬体的部份是台湾厂商相对而言较容易切入的部份啰. 以上这些是小弟之前闲来无事上网找的资料整理, 毕竟还不是小弟的本行, 也欢迎大家交流讨论一下啰~

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