刀片服务器的昨天、今天和明天

"高计算密度、资源整合、易管理、低功耗"等是刀片服务器的天然优势，近两年，刀片服务器在国内外都取得了快速的发展，产品多样化与用户的广泛接受使得这个市场愈加繁荣。在经济环境不确定的今天，刀片更是成为服务器市场中增长速度最快的一种产品，在许多计算中心和数据中心都开始得到大面积采用。

认识刀片服务器

刀片服务器其实是一种采用模块化设计的"精简版"服务器，为了尽量少占用机柜空间而进行了优化。整个刀片系统由刀片机箱和刀片设备组成。刀片机箱（enclosure/ chassis）可容纳多个刀片服务器，它同时提供了共享的电源、冷却、网络及各种互连和管理组件。当然，不同刀片厂商在刀片和机箱里面添加哪些组件，有着不一样的设计思想。

高密度是刀片最主要的优势之一。我们知道，在标准的高42U、宽19英寸的服务器机柜中，1U（高1.75英寸）规定了任何设备的最小尺寸，对于机架式设备的安装台数有着严格的限制，比如最多放24台1U的机架服务器。而刀片计算的主要优点就在于消除了这种限制，截至2009年，通过刀片系统，一个机柜可实现容纳128个独立服务器的超高密度！

戴尔的刀片服务器 1）服务器刀片 跟理论上的图灵机相比，一台现代意义上的计算机只需要几样东西：I/O用来读取命令和数据，同时传送最后的计算结果；处理器用来执行这些命令，对数据进行计算处理；内存则用来存储中间结果。但实际上，到目前为止，要让计算机系统正常运转，还需要其他部件的支撑，如电源、硬盘、网络、人机交互设备（键盘、显示器、鼠标）等等，这些部件不仅占用空间，会产生热量，也增加了系统不稳定的因素。 刀片服务器的出现则在一定程度上作了修正，比如，有些部件实现了共享化（如电源），有些实现了虚拟化（如iSCSI存储可以通过IP实现远程控制），有些则完成被摒弃掉了（如串行接口）。在理论上，随着刀片服务器本身变得越来越简单，其体积会越来越小，制造成本也会越来越低。 惠普的计算刀片内部结构 2）刀片机箱 对于普通的服务器系统来说，机箱往往承担了一些非核心的计算服务，如电源、风扇等，其使用的组件也往往个头、发热量比较大，而且是每台计算机中都会配置相应的组件，利用率也不高。而对于刀片服务器系统而言，通过将这些组件集中在机箱里并供多个计算刀片共享，则可以大大提高共享部件的使用效率。当然，对于不同厂商来说，刀片机箱的规格也是大相径庭。 3）电源 由于刀片服务器需要工作在某个范围的直流电压中，但电力公司输送的却是交流电，而且电压高于计算机内部组件所需的电压，于是，为了实现交直流电和电压的转换，需要一个或多个PSU。同时，为了确保某一个电源的故障不影响计算机系统的运行，即便是入门级服务器也会配有冗余电源，而这也会进一步增加系统的体积和发热量。 一般而言，刀片机箱的电源是由所有刀片服务器共享的。它可以是刀片机箱中的一个电源模块，也可以是独立的专用PSU系统，为多个机箱供直流电。后者可以在保证电力的同时，减少PSU的数量。随着刀片服务器越来越普及，机架式的UPS也开始受到更多欢迎，甚至还有一些专门针对刀片服务器的UPS出现，如BladeUPS。 4）冷却散热 在刀片服务器的运行过程中，电气组件和机械组件都会生成热量，这些热量必须得到妥善处置，才能保证各组件正常工作。与大多数计算系统一样，绝大多数的刀片机箱都是通过风扇来散热。但在设计高性能计算机系统时有一个问题经常被低估，那就是系统生成的热量与风扇散热功能之间的矛盾。 一方面，由于刀片服务器在机箱中共享电源和冷却模块，这意味着它生成的热量不如传统服务器多。但另一方面，由于刀片服务器一般部署的密度更高，当机柜中的刀片服务器数量超过一半时，就开始需要更大的散热效果，对于早期的刀片为说，这点更加明显。实践证明，一个满配刀片的机柜比满配1U机架服务器的机柜需要更多的散热能力，毕竟前者可以在相同空间里装入128个刀片服务器，而后者只有42台机器。 于是，我们看到，一些比较新的刀片机箱为此采用了高速可调节风扇，可以根据系统要求来调控冷却效果，甚至有些还动用了液冷系统。 5）网络 刀片服务器中集成的网络接口速度越来越高，而且相当大部分还有更好的可扩展性，可以支持更快、更有弹性的网络，同时支持不同的介质，如铜缆和光纤。但这也使得刀片服务器在设计和制造时增加了成本，同时占用了一些空间，并导致系统复杂度的增加。一般来说，高速网络拓扑结构往往需要昂贵的集成电路和介质来实现，但实际上，大多数的计算机都很难充分利用到所有这些带宽。 刀片机箱提供了一条或多条与刀片相连接的网络总线，或者在一个地方单独提供这些端口（而不是在每个计算机机箱都提供一个端口），或者把这些端口合并成数量较少的端口，从而降低连接每个设备的成本。可用端口可能出现在机箱中，也可能出现在网络刀片中。从功能上来说，刀片机箱分两种网络模块：交换模块或直通模块。 6）存储 虽然计算机一般使用硬盘来存储操作系统、应用程序和数据，但这些内容未必要存储在本地。在企业计算环境，更多是连接到外部存储，连接方式如FireWire、SATA、E-SATA SCSI、DAS、光纤通道和iSCSI等。这些接口甚至不一定做在计算刀片上面，可以集中做在机箱里，或者通过其他专门的存储刀片来实现。由于现在的刀片还可以通过SAN来启动，所以甚至可以实现无盘刀片的设计，这种无盘刀片可以配置更多的内存容量或CPU，从而可以更好地满足内存密集型或计算密集型的应用。鉴于刀片存储的方式很多，因此，在选择刀片服务器时要对不同厂商的产品进行比较，根据自己的需要选择是否需要内部存储。