日益增长的需求催生数据中心设计新思维

作者：博通公司（Broadcom）基础设施和网络事业集团副总裁兼首席技术官 Nick Ilyadis

预计截止至2020年，互联设备的数量将达到500亿。而如此众多的设备预计将在2017年产生高达7.7 ZB的互联网数据。随着运营商放弃了客户端-服务器以及局域网（LAN）架构，并转而青睐侧重在服务器、存储与网络中采用虚拟化的设计，如此大量的数据处理需求将给数据中心生态系统带来巨大挑战。为此，有越来越多的公司开始选择基于移动计算、云服务、大数据和社交网络等领先技术的更加灵活且开放的平台。

亚马逊、谷歌与Facebook等创新领袖正在积极构建超大规模的数据中心，以处理海量的带宽需求与工作负载。最近，Facebook在开放计算项目（Open Compute Project）主办的开放计算峰会（Open Compute Summit）上分享了一个关于其数据中心开发的经典案例。开放计算项目由Facebook创立，旨在通过分享服务器、存储与网络的设计，开发高性能、低成本且节能的数据中心。据Facebook透露，开放平台已经帮助其节省了12亿美元的成本。

最近，许多企业正投入云计算的怀抱，他们一般从第三方购买计算容量，节约运营自身数据中心所需的资本与运营费用。因此，云服务提供商已成为对开放平台超大规模数据中心投资力度最大的投资者之一。以溢价提供高级服务的传统服务器提供商可能将面临来自开放平台提供商的激烈竞争，后者的成本更低且基础架构更灵活、可扩展。

使用开放平台的方法意味着须整体看待数据中心开发项目。虽然服务器是核心技术，但需要考虑包括服务器、存储、网络以及软件在内的整体系统，并以全新方法将这些组件更好地整合在一起，让数据中心实现真正的突破性变革。

虽然开放平台触及的不仅仅是服务器，但在满足下一代数据中心的传输容量、处理速度与节能高效的需求方面，服务器仍发挥着关键作用。在构建服务器时，必须通过一台物理服务器容纳多台虚拟服务器，以便在虚拟化成为业界标准的情况下提高服务器利用率。服务器需要使用既快速又节能的多核处理器，且必须与日益虚拟化的存储及网络系统无缝互动。

许多半导体公司与服务器制造商现在都在开发运行于ARM处理器、而非行业标准x86架构的服务器。ARM处理器普遍用于智能手机、平板电脑及其他便携式设备以及随物联网（IoT）趋势而出现的新兴设备、联网家电、汽车和各种网络传感器。ARM有助于各公司开发拥有创新型多核CPU的处理器，实现真正的服务器级性能，并面向网络、通信、大数据、存储及安全应用提供业界最佳的虚拟化加速器。

现代数据中心还需要更快速的网络连通性，千兆以太网（GbE）将被10GbE、40GbE并最终被100GbE规模的管网所替代。10GbE结构网络（网络中的流量可流向各个方向）将有利于节能、易管理性以及通过网络虚拟化灵活使用计算资源。

同时，为了提高数据中心内架顶式（ToR）交换机与服务器网卡（NIC）之间的速度，降低两者间以太网连通性成本，最近成立的行业组织25Gb以太网联盟（the 25 Gigabit Ethernet Consortium）制定了新的以太网规范说明，以允许数据中心网络应用25Gbps或50Gbps以太网链路协议。

符合行业标准且可互操作的25 Gb以太网规范旨在提升性能，大幅降低架顶式（ToR）交换机与服务器网卡（NIC）之间每Gbps的互联成本。相对于当前的10 Gbps与40 Gbps以太网链路，该规范规定了单通道25 Gbps以太网与双通道50 Gbps以太网链路协议，能够让机架端点与交换机之间的每条物理通道或屏蔽双轴铜缆性能提升最高达2.5倍。作为以太网标准的管理机构，美国电气与电子工程师协会（IEEE）也在考虑将该技术用于未来的IEEE标准。

为云计算而构建的现代数据中心还通过所谓的存储解聚（storage disaggregation）开创了存储技术新天地。近些年来，存储因服务器计算而聚合在一起，因此数据可以更快速地从存储中检索出来。但是，随着固态硬盘（SSD）成为新的存储媒介，上述服务器的存储成本开始升高。现在，计算与存储之间的连接速度得到了提升，存储可以与计算再次分开或者解聚及共享。

新的互联技术能够让数据传输速度提升至40 Gbps， 并将很快升至100 Gbps，几乎一蹴而就。存储解聚能够让数据中心运营商更加灵活地升级或替换个别组件，而非替换整个系统。对于需要快速检索的数据，还可以使用SSD存储，而价格较低的SAS与SATA驱动器则用于不太紧急的数据。

在设计开放平台数据中心时，还必须考虑安全技术，避免以往的事后弥补。网络需要深度数据包检测技术，并以达到Gb级速度来筛查异常情况。其他需要具备安全能力的网络组件还包括边缘路由器、防火墙、家庭网关以及虚拟私人网络（VPN）设备等。在整个网络中，提供安全性的同时不得影响网络速度与性能。

虽然上述技术变化可能会给更加熟悉客户端-服务器物理硬件运营的数据中心管理人员带来挑战，但可以开发更高效开放平台超大规模数据中心的大量潜在机会也随之而来。而这种数据中心将能满足在高速发展的设备上完成更快、更高容量计算的不断增长的需求。

作者简介：
Nick Ilyadis是博通（Broadcom）公司基础设施和网络集团副总裁兼首席技术官，他负责为包括网络交换、以太网控制器、高速控制器、PHY、企业无线局域网、SerDes、处理器和安全等技术在内的一系列芯片产品制定产品策略和跨产品线组合方案。

在加入博通公司之前，他在北电网络公司担任负责企业数据产品工程的副总裁。他还在美国数字设备公司（DEC）和 Itek 公司担任过工程方面的职务。Ilyadis 先生拥有新罕布什尔州大学电子工程硕士学位和罗切斯特理工学院的电子工程学士学位。