Жаңа буынды серверлер: Ықшамдылық және энергия үнемдеушілік

Кіріспе

Әдеттегі серверге қарағанда аз энергия және орын пайдаланатын серверлік компьютер.

Блейд-сервер – физикалық кеңістік пен энергияны пайдалануды азайту үшін жабдықталған модульдік дизайны бар серверлік компьютер. Блейд-серверлерде орынды үнемдеу, электр қуатын азайту және басқа да факторларды ескере отырып, көптеген компоненттер алынып тасталады, бірақ компьютер ретінде қарастырылуы үшін барлық функционалдық компоненттері сақталады. Рамалық серверлерден айырмашылығы, блейд-серверлер блейд-корпусқа орналасады, онда бірнеше блейд-серверлер орналастырылуы мүмкін, қуат, салқындату, желілік қосылымдар, әртүрлі өзара байланыстар және басқару сияқты қызметтерді ұсынады. Блейд-серверлер мен блейд-корпус бірге блейд-жүйені құрайды, оны өз кезегінде рамаға орнатуға болады. Әртүрлі блейд-сервер өндірушілері блейд-сервердің және жалпы блейд-жүйенің құрамына не кіруі керек екеніне қатысты әртүрлі принциптерге ие. Стандартты серверлік рама конфигурациясында бір рамалық бірлік немесе 1U – ені мен биіктігі бойынша кез келген жабдықтың ең кіші мүмкін мөлшерін анықтайды. Блейд-есептеудің басты артықшылығы және мақсаты – осы шектеуді алып тастап, мөлшер талаптарын азайту болып табылады. Компьютерлік рамалардың ең көп таралған форма-факторы 42U биіктігінде болады, бұл рамаға тікелей орнатылатын дискретті компьютерлік құрылғылардың санын 42 компонентке дейін шектейді. Блейд-серверлерде мұндай шектеу жоқ. 2014 жылғы мәліметтерге сәйкес, блейд-жүйелермен блейд-жүйесіне 180 серверге дейін (немесе 1440 серверге дейін) тығыздыққа қол жеткізуге болады.

Беттің қоршауы

Қоршау (немесе шасси) көптеген компьютерлерде кездесетін негізгі емес есептеу қызметтерінің көпшілігін атқарады. Блед емес жүйелер көбінесе үлкен, қызып кететін және кеңістікті тиімді пайдаланбайтын компоненттерді қолданады, және оларды қуаты толық жұмыс істемейтін көптеген компьютерлерде қайталауы мүмкін. Бұл қызметтерді бір орында шоғырландырып, блед компьютерлер арасында бөлісу арқасында жалпы тиімділік артады. Нақты қандай қызметтер ұсынылатыны әр өндірушіге байланысты.

Қуат

Компьютерлер тұрақты ток кернеуінің (DC) диапазонында жұмыс істейді, бірақ энергиямен қамтамасыз етуші мекемелер қуатты айнымалы ток (AC) түрінде және компьютерлерге қажетті кернеуден жоғары деңгейде жеткізеді. Бұл токты түрлендіру үшін бір немесе бірнеше қуат блогы (немесе ҚБ) қажет. Қуат көзінің біреуінің істен шығуы компьютердің жұмысына әсер етпеуі үшін, тіпті бастапқы деңгейдегі серверлерде де қосымша қуат көздері болуы мүмкін, бұл дизайнның көлемділігі мен жылу шығаруын арттырады. Блейд корпусының қуат блогы корпустағы барлық блейдтер үшін жалғыз қуат көзі болып табылады. Бұл жалғыз қуат көзі корпус ішіндегі қуат блогы ретінде немесе бірнеше корпусқа тұрақты токпен қуат беруге арналған жеке ҚБ ретінде келуі мүмкін. Бұл жүйе сенімді қуат беруді қамтамасыз ету үшін қажетті ҚБ санын азайтады. Блейд серверлердің танымалдылығы және олардың қуатқа деген қажеттілігі, блейд серверлеріне арналған құрылғыларды қоса алғанда, тіреуге орнатылатын үзіліссіз қуат көзі (немесе UPS) құрылғыларының санының өсуіне әкелді (мысалы, BladeUPS).

Салқындату

Жұмыс істеу кезінде электрлік және механикалық компоненттер жылу бөліп шығарады, ал жүйе өз компоненттерінің қалыпты жұмыс істеуін қамтамасыз ету үшін осы жылуды таратуы керек. Көптеген компьютерлік жүйелер сияқты, көптеген серверлік шассилер де жылуды жою үшін желдеткіштерді пайдаланады. Жоғары өнімді компьютерлік жүйелерді жобалау кезінде жиі назардан тыс қалатын мәселе – жүйе бөліп шығаратын жылу мөлшері мен оның желдеткіштерінің осы жылуды жою мүмкіндігі арасындағы қақтығыс. Серверлік шассилердің біріктірілген қуат көзі мен салқындату жүйесі олардың дәстүрлі серверлерге қарағанда аз жылу бөліп шығаруын қамтамасыз етеді. Серверлік шассилерде жылдамдығы реттелетін желдеткіштер мен басқару логикасы, тіпті жүйенің салқындату талаптарына бейімделетін сұйық салқындату жүйелері де орнатылған. Сонымен қатар, серверлік шассилердің конфигурациясының тығыздығының артуы, тіпті 50%-дан астам толы толыққан жабдықталған тіреулерде салқындатуға қосымша талаптар тудыруы мүмкін. Бұл әсіресе алғашқы буын серверлік шассилерге қатысты. Нақты айтқанда, толыққан серверлік шассилер тірегі стандартты 1U серверлердің толыққан тірегіне қарағанда көбірек салқындату қуатын қажет етеді. Себебі бір тіреуге 128 серверлік шассиге дейін, ал 1U тіреуге тек 42 сервер ғана орнатылуы мүмкін.

Желі құру

Блэд серверлерге әдетте Ethernet үшін интеграцияланған немесе қосымша желілік интерфейс контроллерлері, немесе Fibre Channel сақтау жүйелері үшін хост-адаптерлер, немесе бір Ethernet интерфейсі арқылы сақтау және деректерді біріктіретін конвергентті желілік адаптерлер кіреді. Көптеген блэд серверлерде кем дегенде бір интерфейс негізгі платаға орнатылған, ал қосымша интерфейстерді мезаннин карталарын қолдану арқылы қосуға болады. Блэд корпусы әрбір блэд сервердің желілік интерфейсіне қосылатын жеке сыртқы порттармен жабдықталуы мүмкін. Сонымен қатар, блэд корпусы желілік интерфейстерді өзара байланыс құрылғыларына (мысалы, коммутаторларға) біріктіре алады, бұл құрылғылар блэд корпусының ішінде немесе желілік блэд серверлерде орналасқан.

Сақтау

Компьютерлер әдетте операциялық жүйелерді, қосымшаларды және деректерді сақтау үшін қатты дискілерді пайдаланады, бірақ олар міндетті түрде локальды түрде қажет емес. Көптеген сақтау қосылымының әдістері (мысалы, FireWire, SATA, E SATA, SCSI, SAS DAS, FC және iSCSI) серверден тыс жерге оңай көшіріледі, бірақ олардың барлығы кәсіптік деңгейдегі орналымдарда қолданылмайды. Компьютерде осы қосылым интерфейстерін жүзеге асыру желілік интерфейстерге ұқсас қиындықтар тудырады (әсіресе iSCSI желілік интерфейс арқылы жұмыс істейді), және сондай-ақ оларды блейдтен алып, жеке немесе шассиде немесе басқа блейдтер арқылы біріктіруге болады. Блейдті сақтау желісінен (SAN) жүктеу мүмкіндігі дискісіз блейдті пайдалануға мүмкіндік береді, мысалы Intel Modular Server System.

Басқа бөренелер

Блэд корпустары компьютерлік құрылғыларға негізгі қызметтерді жеткізудің стандартты тәсілін ұсынатындықтан, басқа да құрылғылар блэд корпустарын пайдалана алады. Коммутацияны, маршрутизацияны, сақтауды, SAN және талшықты каналға қол жеткізуді қамтамасыз ететін блэдтер корпустың барлық құрылғыларына осы қызметтерді ұсыну үшін корпусқа орнатыла алады. Жүйе әкімшілері қосымша жергілікті сақтау қажет болған жағдайда сақтау блэдтерін қолдана алады.

Қолданылуы

Блейд-серверлер веб-хостинг, виртуализация және кластерлік есептеулер сияқты нақты мақсаттар үшін тиімді жұмыс істейді. Жеке блейдтер көбінесе қыздырып алмастырылатын болады. Пайдаланушылар үлкен және әртүрлі жұмыс жүктемелерімен жұмыс істегенде, блейд-серверлерге одан да көп өңдеу қуатын, жадты және I/O өткізу қабілетін қосады. Блейд-сервер технологиясы теориялық тұрғыдан ашық, әртүрлі өндірушілердің жүйелеріне мүмкіндік бергенімен, көптеген пайдаланушылар модульдерді, корпус, тіреулерді және басқару құралдарын бір өндірушіден сатып алады. Технологияның стандартизациялануы тұтынушыларға көбірек таңдау мүмкіндігін ұсынуы мүмкін; осы өсіп келе жатқан салаға үшінші тарапты бағдарламалық жасақтама жеткізушілердің саны артып келеді. Дегенмен, блейд-серверлер кез келген есептеу мәселесіне жауап бере алмайды. Оларды мейнфреймдік қаптама, салқындату және қуат беру технологияларынан үлгі алған, өнімге айналған серверлер фермасы деп қарастыруға болады. Өте ірі есептеу тапсырмаларына әлі де блейд-серверлердің фермасы қажет болуы мүмкін, ал блейд-серверлердің жоғары қуат тығыздығынан, үлкен дәстүрлі серверлер фермаларына әсер ететін жылуды, желдетуді және кондиционерлеуді қамтамасыз ету мәселелері одан да күштірек болуы мүмкін.

Тарих

Әзірлеушілер алғаш рет толық микрокомпьютерлерді карталарға орналастырып, оларды 1970 жылдары, 8 биттік микропроцессорлар енгізілгеннен кейін көп ұзамай стандартты 19 дюймдік тіреулерге жинақтады. Бұл архитектура өнеркәсіптік процестерді басқару саласында миникомпьютерлік басқару жүйелеріне балама ретінде қолданылды. Алғашқы үлгілер бағдарламаларды EPROM-де сақтады және шағын нақты уақытты басқарумен бір функциямен шектелді. VMEbus архитектурасы (шамамен 1981 ж.) компьютерлік интерфейсті анықтады, ол шассидің артқы жағына орнатылған тақта деңгейіндегі компьютерді енгізуді қамтыды, сондай-ақ қосымша I/O, жад немесе есептеу мүмкіндіктерін ұсыну үшін бірнеше ұялы терезелер болды. 1990 жылдары PCI Industrial Computer Manufacturers Group (PICMG) компаниясы CompactPCI деп аталатын перифериялық компоненттік интерфейс PCI шинасы үшін шасси/жарпа құрылымын жасады. CompactPCI шын мәнінде Сан-Луис-Обиспо, Калифорниядағы Ziatech Corp компаниясы ойлап тапты және өнеркәсіптік стандартқа айналды. Бұл шассиге негізделген компьютерлердің ортақ ерекшелігі – бүкіл шасси бір жүйе болып табылатындығы. Шассиде қажетті өнімділік пен сенімділікті қамтамасыз ету үшін бірнеше есептеу элементтері болуы мүмкін, бірақ әрқашан бір басқару тақтасы немесе бүкіл жүйенің жұмысын үйлестіретін екі резервтік басқару тақтасы болды. Бұған қоса, бұл жүйелік архитектура, әдеттегі тіреулердегі компьютерлерде жоқ басқару мүмкіндіктерін ұсынды, бұл өте жоғары сенімділік жүйелеріне ұқсас, қуат көздерін басқару, салқындату желдеткіштерін және басқа ішкі компоненттердің жай-күйін бақылау сияқты. Интернет дерек орталықтарында жүздеген және мыңдаған серверлерді басқару қажеттілігі туындағанда, жаңа сервер архитектурасы қажет болды, себебі адам күші осы қарқынға ілесе алмады. 1998 және 1999 жылдары Ziatech компаниясында Compact PCI платформасына негізделген жаңа Blade Server Architecture әзірленді, ол стандартты 19 дюймдік 9U биіктіктегі тіреуге 14 "blade server" орналастыруға мүмкіндік берді, бұл конфигурацияда стандартты 84 Rack Unit 19 дюймдік тіреуде 84 серверге дейін орнатуға болады. Бұл жаңа архитектураның ең маңыздысы – жабдыққа жаңа интерфейстер жиынтығын ұсыну, жүйе жұмыс істеп тұрғанда ауыстырылатын барлық негізгі модульдердің жай-күйін және өнімділігін қашықтан бақылау мүмкіндігін беру. Жүйеде модульдерді ауыстыру немесе қосу мүмкіндігі жұмыс істеп тұрғанда "ыстық ауыстыру" деп аталады. Кез келген басқа серверлік жүйеден өзгеше, Ketris Blade серверлері Ethernet-ті артқы жағынан (серверлік бледтер қосылатын жерінен) өткізді, бұл 84 Rack Unit биіктіктегі 19 дюймдік тіреуде 160-тан астам кабельді болдырмады. Үлкен дерек орталығы үшін ондаған мыңдаған, жиі бұзылатын Ethernet кабельдерінен құтылуға болады. Бұдан әрі, бұл архитектура блед серверлері жұмыс істемей тұрғанда, әрбір жүйе шассиіне орнатылған модульдерді қашықтан тізімдеу мүмкіндігін ұсынды. Бұл архитектура желілік операциялық орталықтан (NOC) қашықтан қуаттандыру, операциялық жүйелер мен қолданбалық бағдарламалық қамтамасыз етуді орнату (мысалы, веб-серверлер) мүмкіндігін қамтамасыз етті. Бұл жүйе жарияланғанда жүйелік архитектура Кетрис деп аталды, ол көшпелілердің қажет болған жағдайда өте жылдам тарта алатын Кетри қылышының атымен аталды. Алғаш рет Дэйв Боттом ойлап тапты және 1999 жылы Ziatech Corp инженерлік тобы әзірледі, ал 2000 жылдың мамыр айында Networld+Interop көрмесінде көрсетілді. Ketris blade серверінің архитектурасына патенттер берілді. 2000 жылдың қазан айында Ziatech компаниясын Intel Corp сатып алды, ал Ketris Blade Server жүйелері Intel Network Products Group өнімдеріне айналды. PICMG стандартты Ethernet қосылымын пайдалану арқылы CompactPCI спецификациясын кеңейтті. PICMG 2.16 CompactPCI пакеттік коммутациялық негізгі нұсқасы 2001 жылдың қыркүйегінде қабылданды. Бұл көп серверлі шасси үшін алғашқы ашық архитектураны қамтамасыз етті. Кетристің екінші буыны Intel-де телекоммуникация индустриясы үшін IP-ге негізделген телекоммуникациялық қызметтерді, әсіресе LTE (Long Term Evolution) ұялы желісін құруды қолдау үшін әзірленді. PICMG осы үлкен және мүмкіндіктері жоғары AdvancedTCA спецификациясын ұсынды, телекоммуникация индустриясының жоғары сенімділік пен тығыз есептеу платформасына ұзартылған өнімділікке (10+ жыл) қажеттілігін қанағаттандыруға бағытталған. AdvancedTCA жүйесі мен тақталары, әдетте, блэд серверлерге қарағанда жоғары бағаға сатылатын болса да, пайдалану шығындары (басқару және күтіп-ұстау үшін адам күші) айтарлықтай төмен, себебі пайдалану шығындары дәстүрлі серверлерді сатып алу шығындарын көбінесе азайтады. AdvancedTCA оларды телекоммуникациялық клиенттер үшін ұсынады, бірақ шын мәнінде Интернет дерек орталықтарында, жылу және басқа да күтіп-ұстау және пайдалану шығындары тым қымбат болған жағдайда, бұл blade сервер архитектурасы қашықтан автоматтандырылған қамтамасыз ету, денсаулықты және өнімділікті бақылау және басқару мүмкіндіктерімен едәуір арзан пайдалану шығындарын ұсынады. Алғашқы коммерциялық blade сервер архитектурасын Кристофер Хипп және Дэвид Киркби ойлап тапты, ал олардың патенты Хьюстон қаласындағы RLX Technologies компаниясына берілді. RLX, негізінен бұрынғы Compaq Computer Corporation қызметкерлерінен тұрды, соның ішінде Хипп пен Киркби, 2001 жылы өзінің алғашқы коммерциялық blade серверін шығарды. RLX 2005 жылы Hewlett Packard компаниясы сатып алды. "Blade server" атауы картада процессор, жад, I/O және тұрақсыз бағдарлама сақтағышы (флэш-жад немесе кішкентай қатты дискілер) болған кезде пайда болды. Бұл өндірушілерге операциялық жүйесі мен қолданбалары бар толық серверді бір картада/тақтада/blade-де жинақтауға мүмкіндік берді. Бұл blade-тер содан кейін жалпы шассиде тәуелсіз жұмыс істей алады, бірнеше жеке серверлік құрылымдардың жұмысын тиімдірек атқарады. Осы жинақтаудың ең айқын артықшылығына (азайтылған кеңістік) қоса, қуат, салқындату, басқару және желілік байланыс салаларында да қосымша тиімділік пайда болды, себебі бүкіл шассины қолдау үшін ортақ инфрақұрылымды біріктіру немесе бөлісу мүмкіндігі болды, әрбір серверлік құрылым үшін жеке ұсынудың қажеті болмады. 2011 жылы IDC зерттеу фирмасы blade нарығындағы негізгі ойыншылар ретінде HP, IBM, Cisco және Dell компанияларын атады. Blade серверлерін сататын басқа компанияларға Supermicro және Hitachi кіреді.

Developers first placed complete microcomputers on cards and packaged them in standard 19 inch racks in the 1970s, soon after the introduction of 8 bit microprocessors. This architecture was used in the industrial process control industry as an alternative to minicomputer based control systems. Early models stored programs in EPROM and were limited to a single function with a small real time executive. The VMEbus architecture (c. 1981) defined a computer interface that included implementation of a board level computer installed in a chassis backplane with multiple slots for pluggable boards to provide I/O, memory, or additional computing. In the 1990s, the PCI Industrial Computer Manufacturers Group PICMG developed a chassis/blade structure for the then emerging Peripheral Component Interconnect bus PCI called CompactPCI. CompactPCI was actually invented by Ziatech Corp of San Luis Obispo, CA and developed into an industry standard. Common among these chassis based computers was the fact that the entire chassis was a single system. While a chassis might include multiple computing elements to provide the desired level of performance and redundancy, there was always one master board in charge, or two redundant fail over masters coordinating the operation of the entire system. Moreover, this system architecture provided management capabilities not present in typical rack mount computers, much more like in ultra high reliability systems, managing power supplies, cooling fans as well as monitoring health of other internal components. Demands for managing hundreds and thousands of servers in the emerging Internet Data Centers where the manpower simply didn't exist to keep pace a new server architecture was needed. In 1998 and 1999 this new Blade Server Architecture was developed at Ziatech based on their Compact PCI platform to house as many as 14 "blade servers" in a standard 19" 9U high rack mounted chassis, allowing in this configuration as many as 84 servers in a standard 84 Rack Unit 19" rack. What this new architecture brought to the table was a set of new interfaces to the hardware specifically to provide the capability to remotely monitor the health and performance of all major replaceable modules that could be changed/replaced while the system was in operation. The ability to change/replace or add modules within the system while it is in operation is known as Hot Swap. Unique to any other server system the Ketris Blade servers routed Ethernet across the backplane (where server blades would plug in) eliminating more than 160 cables in a single 84 Rack Unit high 19" rack. For a large data center tens of thousands of Ethernet cables, prone to failure would be eliminated. Further this architecture provided the capabilities to inventory modules installed in the system remotely in each system chassis without the blade servers operating. This architecture enabled the ability to provision (power up, install operating systems and applications software) (e. g. a Web Servers) remotely from a Network Operations Center (NOC). The system architecture when this system was announced was called Ketris, named after the Ketri Sword, worn by nomads in such a way as to be drawn very quickly as needed. First envisioned by Dave Bottom and developed by an engineering team at Ziatech Corp in 1999 and demonstrated at the Networld+Interop show in May 2000. Patents were awarded for the Ketris blade server architecture. In October 2000 Ziatech was acquired by Intel Corp and the Ketris Blade Server systems would become a product of the Intel Network Products Group. PICMG expanded the CompactPCI specification with the use of standard Ethernet connectivity between boards across the backplane. The PICMG 2.16 CompactPCI Packet Switching Backplane specification was adopted in Sept 2001. This provided the first open architecture for a multi server chassis. The Second generation of Ketris would be developed at Intel as an architecture for the telecommunications industry to support the build out of IP base telecom services and in particular the LTE (Long Term Evolution) Cellular Network build out. PICMG followed with this larger and more feature rich AdvancedTCA specification, targeting the telecom industry's need for a high availability and dense computing platform with extended product life (10+ years). While AdvancedTCA system and boards typically sell for higher prices than blade servers, the operating cost (manpower to manage and maintain) are dramatically lower, where operating cost often dwarf the acquisition cost for traditional servers. AdvancedTCA promote them for telecommunications customers, however in the real world implementation in Internet Data Centers where thermal as well as other maintenance and operating cost had become prohibitively expensive, this blade server architecture with remote automated provisioning, health and performance monitoring and management would be a significantly less expensive operating cost. The first commercialized blade server architecture was invented by Christopher Hipp and David Kirkeby, and their patent was assigned to Houston based RLX Technologies. RLX, which consisted primarily of former Compaq Computer Corporation employees, including Hipp and Kirkeby, shipped its first commercial blade server in 2001. RLX was acquired by Hewlett Packard in 2005. The name blade server appeared when a card included the processor, memory, I/O and non volatile program storage (flash memory or small hard disk(s)). This allowed manufacturers to package a complete server, with its operating system and applications, on a single card/board/blade. These blades could then operate independently within a common chassis, doing the work of multiple separate server boxes more efficiently. In addition to the most obvious benefit of this packaging (less space consumption), additional efficiency benefits have become clear in power, cooling, management, and networking due to the pooling or sharing of common infrastructure to support the entire chassis, rather than providing each of these on a per server box basis. In 2011, research firm IDC identified the major players in the blade market as HP, IBM, Cisco, and Dell. Other companies selling blade servers include Supermicro, Hitachi.

Бет үлгілері

Блэд-серверлер нарығындағы белгілі брендтер – Supermicro, Cisco Systems, HPE, Dell және IBM, бірақ соңғысы 2005 жылы Lenovo-ға тұтынушылық компьютерлер желісін сатқаннан кейін, 2014 жылы x86 серверлер бизнесін де Lenovo-ға сатты. 2009 жылы Cisco компаниясы Unified Computing System өнімдер желісінде 6U биіктігіндегі шассилерден тұратын, әр шассиде 8 блэд-серверге дейін орналастырылатын жүйені жариялады. Бұл жүйе өзгертілген Nexus 5K коммутаторынан және бүкіл жүйені басқаруға арналған бағдарламалық қамтамасынан тұрды, ал коммутатор маталық өзара байланыс ретінде қайта аталды. HP-дің алғашқы желісі екі шасси моделінен тұрды: c3000 моделі 8 жартылай биіктіктегі ProLiant блэд-серверлерін (бұрыш тәрізді корпуста да қолжетімді) және c7000 (10U) моделі 16 жартылай биіктіктегі ProLiant блэд-серверлерін қабылдай алады. Dell компаниясының M1000e өнімі 10U модульді корпус болып табылады және 16 жартылай биіктіктегі PowerEdge блэд-серверлерін немесе 32 ширек биіктіктегі блэд-серверлерді қамтиды.