CPU不是一切 服務(wù)器平臺設(shè)計更關(guān)鍵
對于服務(wù)器來說，2010年將會是其芯片歷史上的一個大年，因?yàn)?，這一年，我們會迎來多款重量級芯片的發(fā)布，其中有第一款32納米服務(wù)器處理器Westmere-EP、有第一款12核芯片AMD皓龍6100、有第一款單核心功耗小于6瓦特的X86芯片AMD皓龍4100，有性能最牛的“巨無霸”IBM POWER7，有姍姍來遲的Tukwila安騰，也有將會開創(chuàng)X86多路服務(wù)器新紀(jì)元的Nehalem-EX……
不過，本文要談的不是這些處理器本身，而是服務(wù)器的平臺架構(gòu)——內(nèi)存、I/O、芯片組……
關(guān)注服務(wù)器處理器之外的那些事
引發(fā)我們關(guān)注這一話題的因素有四：多核計算、刀片服務(wù)器虛擬化、X86服務(wù)器同質(zhì)化競爭以及IBM公司將在今年力推的新一代X架構(gòu)：eX5。
首先，我們知道，在一個向上擴(kuò)展的多核系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)存取的層次是CPU、緩存、內(nèi)存、硬盤，越往外層，I/O越慢，因此，隨著CPU的核心數(shù)量越多，CPU喂不飽的現(xiàn)象會更加嚴(yán)重，I/O因此成為多核計算之路上最重要的因素。目前主要是4核心、6核心CPU，但馬上就會出現(xiàn)8核，甚至12核。為了滿足多核CPU系統(tǒng)的均衡發(fā)展，對內(nèi)存容量、I/O帶寬也提出了更高的要求。因此，一方面，CPU廠商已全面拋棄傳統(tǒng)的前端總線架構(gòu)，改用直連架構(gòu)，并將內(nèi)存控制器從北橋搬到了CPU里，片上三級緩存也越做越大；另一方面，新系統(tǒng)設(shè)計中大內(nèi)存容量成為必需。有測試表明，一般每個CPU內(nèi)核需要配備2-4GB內(nèi)存才能保證平衡，不然會影響到數(shù)據(jù)存取的速度。此外，外圍的I/O加速技術(shù)也不斷有所突破，如用更快的SSD取代傳統(tǒng)的機(jī)械硬盤，萬兆以太網(wǎng)技術(shù)受到青睞。
其次，為了提高CPU的利用率，這兩年虛擬化開始盛行。一臺物理機(jī)器上的多個虛擬機(jī)爭搶內(nèi)存、I/O資源的現(xiàn)象也越來越突出，特別是當(dāng)我們在刀片服務(wù)器上部署虛擬化時，內(nèi)存往往會成為限制虛擬機(jī)數(shù)量的一大瓶頸。由于虛擬化用戶經(jīng)常在超過CPU最高計算能力之前耗盡內(nèi)存，從而影響到一個單一系統(tǒng)上所能夠支持的虛擬機(jī)數(shù)量。
當(dāng)然，現(xiàn)在對于四路以上的高端刀片而言，內(nèi)存容量還是不錯的。比如惠普的ProLiant BL680c G5可以支持16個PC2-5300全緩存DIMM插槽，支持最大128GB，戴爾的M710則共有18 個 DIMM 插槽，內(nèi)存總量可以高達(dá) 144GB。
不過，要想在價格更便宜的主流雙路刀片上支持那么大的內(nèi)存就沒那么容易了。在大內(nèi)存的雙路刀片這個領(lǐng)域，值得關(guān)注的有兩個例子，一個是去年發(fā)布的思科UCS刀片服務(wù)器，另一個是IBM最近出的HS22v刀片服務(wù)器。
跟前一代產(chǎn)品相比，HS22v的內(nèi)存DIMM數(shù)量從以前的12條搖身變成了18條之多!由于配置了18個8GB DDR3 DIMM內(nèi)存，其最高可達(dá)到144GB內(nèi)存。這么大的內(nèi)存可擴(kuò)展性，對于高計算密度和虛擬化的應(yīng)用環(huán)境是非常有幫助的。跟上一代的HS22相比，每個HS22v刀片所能支持的虛擬機(jī)數(shù)量可以增加50%。
思科Cisco UCS 5100系列刀片服務(wù)器系統(tǒng)的一個創(chuàng)新技術(shù)是“內(nèi)存擴(kuò)展技術(shù)”(Cisco Memory Extension)。其關(guān)鍵是在主板上使用了名為Catalina的緩沖芯片，可以將CPU每通道DIMM數(shù)從原來的2-4個擴(kuò)展到8個，由于每個至強(qiáng)5500 CPU有3個DDR3內(nèi)存通道，每臺刀片有兩個CPU，這樣就一共有了48個DIMM插槽;如果出于成本考慮使用4GB內(nèi)存條，內(nèi)存容量為192GB，如果使用8GB內(nèi)存條，最大內(nèi)存容量就達(dá)到了384GB。內(nèi)存容量的提升使得每臺物理服務(wù)器所能托管的虛擬機(jī)數(shù)量也可以成倍數(shù)增加，同時降低了每個虛擬機(jī)承擔(dān)的能耗和制冷成本，用戶不需要僅僅為了更大內(nèi)存容量去購買更貴的4路刀片。
第三，服務(wù)器的同質(zhì)化競爭。今天X86服務(wù)器處理器無外乎英特爾和AMD的選擇，甚至決定服務(wù)器整個系統(tǒng)架構(gòu)靈魂的芯片組也都統(tǒng)一到這兩家CPU廠商手中，這使得產(chǎn)業(yè)鏈下游服務(wù)器廠商的同質(zhì)化競爭非常激烈。如何實(shí)現(xiàn)差異化創(chuàng)新，向用戶提供比競爭對手更好的產(chǎn)品，成為許多服務(wù)器廠商頭疼的大事。 #p#page_title#e#
IBM X架構(gòu)的不同之處 關(guān)注eX5
可見，無論是多核計算發(fā)展大趨勢，還是從虛擬化應(yīng)用、差異化競爭等方面來看，我們都非常有必要關(guān)注服務(wù)器廠商們在設(shè)計服務(wù)器系統(tǒng)時的創(chuàng)新之處。下面我們就重點(diǎn)談?wù)勥@方面最具特色的IBM X架構(gòu)[IBM企業(yè)級X-架構(gòu)歷史概述] ，以及即將在本季度推出的最新一代eX5。
大家可能有所了解，X架構(gòu)(X-Architecture)是IBM System x系列X86服務(wù)器的標(biāo)志。其初衷是希望將IBM在大型機(jī)、小型機(jī)包括AS/400、RS/6000、S/390上面的一系列領(lǐng)先技術(shù)(光通道、遠(yuǎn)程聯(lián)接診斷、超級并行交換開關(guān)、熱插拔和熱添加)系統(tǒng)地移植到X86工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)器上。自1998年IBM提出并于1999年3月在美國紐約宣布推出“X架構(gòu)”以來，IBM在x86服務(wù)器的研發(fā)設(shè)計過程中，先后推出了4代EXA架構(gòu)，著力于解決服務(wù)器在按需擴(kuò)展、I/O加速、高可用、系統(tǒng)性能、可管理性等方面的挑戰(zhàn)。最近的一次架構(gòu)更新是2007年底推出的eX4架構(gòu)，用在IBM的x3850 M2、x3950 M2上。根據(jù)官方計劃，在今年一季度，IBM將會推出eX5架構(gòu)。
X架構(gòu)的核心其實(shí)是IBM自家的芯片組技術(shù)。如果把處理器看作服務(wù)器的大腦，那么，芯片組就象是心臟——將處理器和內(nèi)存、I/O端口及其他可擴(kuò)展子卡連接起來，讓數(shù)據(jù)得以在整個系統(tǒng)中更加暢快地流動。隨著處理器計算性能越來越高，I/O、內(nèi)存的瓶頸就日益突出了，平衡的系統(tǒng)設(shè)計就非常重要——畢竟決定一個木桶能裝多少水的關(guān)鍵在于最短的那塊板子。
那么，X架構(gòu)到底來帶來什么不同呢？由于eX5還沒發(fā)布，我們只好先看看eX4。
在目前基于英特爾至強(qiáng)7400處理器的四路以上服務(wù)器中，基本都是搭配Inte 7300芯片組，唯獨(dú)IBM使用了自家的eX4芯片組。兩者的區(qū)別主要在內(nèi)存類型、I/O帶寬和可擴(kuò)展性等方面。在支持的內(nèi)存類型上，Intel 7300支持FB-DIMM內(nèi)存，只有4通道，功耗較大，而eX4仍然支持DDR2內(nèi)存，有8通道。在I/O帶寬上，雖然Intel 7300理論上支持1066MT/s的內(nèi)存速率，但FB-DIMM的最高速率只有667MT/s，因此實(shí)際讀取帶寬只有21.3GB/s，寫入帶寬為10.7GB/s，eX4平臺則達(dá)到了讀取34.08GB/s、寫入17.04GB/s，提高了60%。在可擴(kuò)展性上，Intel 7300最大只能支持4路，而eX4可以級聯(lián)1-4個機(jī)箱，通過其SclaeXpander芯片技術(shù)，最大可以擴(kuò)展到16路。另外，還有一點(diǎn)差別是在探聽過濾器上，由于這代產(chǎn)品仍然采用前端總線架構(gòu)(FSB)，為了降低對總線帶寬的占用，英特爾在其Intel 7300芯片組中引入了第一代64MB Snoop Filter，而IBM eX4用的是第四代，比前者要大3-4倍。這些差別都使得IBM的x3850 M2/x3950 M2在內(nèi)存容量與帶寬、I/O帶寬、可擴(kuò)展性等方面都強(qiáng)過其他服務(wù)器廠商的四路產(chǎn)品。
值得一提的是，過去IBM只是在高端的四路以上X86服務(wù)器中使用X架構(gòu)，但今年，隨著eX5的發(fā)布，這一技術(shù)將擴(kuò)展到普通的雙路服務(wù)器和刀片服務(wù)器中來。在去年的IBM刀片服務(wù)器高峰論壇上，IBM就曾提到，未來IBM的刀片服務(wù)器通過使用eX5芯片的內(nèi)存擴(kuò)展板，單組刀片最大將可以支持到80個DIMM內(nèi)存條，實(shí)現(xiàn)高達(dá)640GB的內(nèi)存容量，這對于虛擬化應(yīng)用是非常關(guān)鍵的。
不過，隨著AMD和英特爾在CPU設(shè)計中紛紛采用超傳輸直連架構(gòu)，集成內(nèi)存控制器，取消北橋芯片，芯片組的地位和作用也正在發(fā)生改變。特別是當(dāng)英特爾在單雙路和四路服務(wù)器上都引入基于QPI的Nehalem架構(gòu)之后，服務(wù)器廠商在系統(tǒng)設(shè)計層面還有哪些可創(chuàng)新之處，是非常值得關(guān)注的。而且，英特爾在Nehalem-EX中將提供系統(tǒng)接口，第三方服務(wù)器廠商無須額外芯片就可以實(shí)現(xiàn)到8路甚至16路系統(tǒng)的擴(kuò)展，據(jù)稱將會有8家系統(tǒng)廠商將推出15款以上的8路服務(wù)器。屆時，IBM的eX5將會帶來哪些不同呢?我們將繼續(xù)觀察。
