刀片服務器的發展

劉 芬

（專利審查協作北京中心，中國 北京100096）

0 前言

刀片服務器通過在標準高度的服務器機箱內插入多個計算單元從而實現單位體積內得到最大的計算能力。每一個插入機箱的刀片都是一個獨立的服務器，包含本機的CPU ,硬盤等硬件，同時在開機時，每個刀片服務器都會啟動自己的操作系統。刀片服務器雖然給散熱和風扇帶來特殊的要求，但同時提供了強大的計算能力以及降低了外部線纜帶來的故障問題，目前已經成為大型的數據中心以及建立高性能集群的主流。

1 刀片服務器架構的發展歷史

早在19 世紀70 年代，就已經有研發者將小型計算機集成到單個板卡中，并將多個板卡打包放置在一個機柜內。 這種架構通常作為工業控制中小型機的配用方案，同時也為刀片式服務器的發展提供了早期的雛形。

1981 年出現的VMEbus?協議定義了一種將板級計算機安裝在具有多個插槽的機箱以提供存儲，計算能力的計算機架構。 之后PICMG組織開發了被稱為CompactPCI 的機箱/刀片架構， 用于即將出現的PCI 總線結構。 這些早期的刀片架構的共同點是都將整個機箱作為一個系統，機箱內不管有幾個計算板，總有一個作為主計算板來協調其他計算板進行工作。

Christopher Hipp 和David Kirkeby 發明了首個真正用于商業額刀片服務器，并被授予專利。 RLX 公司在2001 年正式開始銷售商用刀片服務器。 下圖為RLX 銷售的刀片服務器：

圖1 RLX 刀片服務器

RLX 公司之后被惠普公司所收購， 之后惠普宣稱也發布刀片服務器，但僅僅是電信設備使用的單板信息系統。

2 刀片服務器的主要組成模塊

除了組成計算單元的基本模塊，如CPU,內存,硬盤等。刀片服務器在硬件上需要添加額外的模塊以保證服務器能可靠的運行。

（1）冷卻模塊：刀片服務器在提升單位體積內計算能力的同時也造成了熱量的大量累計，因此需要對冷卻模塊進行特殊設計。 除了采用跟CPU 相匹配的散熱器外，對風扇的選購必須經過嚴格的實驗。 需要散熱工程師根據實驗的結果對風扇進行篩選，同時制定嚴格的轉速和溫度之間的對應公式。

（2）電源模塊：電源部分除了滿足刀片服務器運行時所需要的功耗外，還需要提供較高的可靠性。 電源部分大多采用多個可熱插拔的模塊化電源，出現問題后可以在不關閉系統的情況下進行替換。

（3）監控管理模塊：不同于個人電腦，刀片服務器在運行過程中需要對運行的狀態進行嚴格的監控，記錄運行中每一個監控傳感器產生的異常。 以便維護人員及時掌握服務器中每個刀片的健康狀態。 同時監控管理模塊還需要根據傳感器讀到溫度動態的調整每個刀片每個風扇的轉速。同時監控管理模塊對刀片服務器提供KVM, SSH 等遠程管理方式，使得維護人員可以在遠程通過網絡來對服務器進行管理。

（4）存儲模塊：在刀片服務器系統中，所有的硬盤通過RAID 卡組成一個RAID 陣列。 對于服務器系統來說，RAID 卡將所有硬盤抽象成一個大硬盤用于存放操作系統，數據等信息。RAID 陣列的搭建必須實現冗余和熱插拔。 在實際使用中，刀片服務器配合SAN 和ISCSI 等專業存儲設備可以很好的擴充容量，滿足用戶的需求。

3 國內刀片服務器現狀

在目前的國內刀片服務器市場上， 占有較大份額的仍然是IBM,DELL 等國外公司，同時ORACLE 等公司的軟件產品也占據了服務器軟件的主要份額。由于設計到保密，自主性等問題。國內服務器廠商今年來也獲得了較大的發展。 聯想，浪潮，曙光，華為等廠商越來越頻繁的推出自己的高性能服務器。 浪潮公司近期提出的I2I 計劃表明國產刀片服務器已經具有和國外公司競爭的實力。 同時，國產刀片服務器仍受制于關鍵芯片無法國產等因素，但是隨著龍芯，飛騰等芯片的成熟化，最終可以實現服務器的完全國產。

4 刀片服務器的未來發展趨勢

刀片服務器由于節約空間，便于集中管理，易于擴展和提供不間斷的服務，成為下一代服務器的新要求。結合目前推出的各種新技術，可大大提高刀片服務器的性能：

（1）高性能的處理器：調查表明當前服務器有70%的負載用于處理數據和進行計算，只有30%的負載用于處理新增業務。 因此相對于單純增加服務器的個數，提高服務器的性能更能滿足日益增長的計算需求。 未來的服務器可通過采用更高性能的處理器，內存等硬件的方式來提高單個刀片的處理能力，同時提高系統的計算能力。

（2）虛擬化：為了保證在高峰時刻能滿足要求，運營商必須投入大量的服務器資源，這樣會在非高峰時期造成大量計算能力的浪費。 因此可以采用虛擬化和云計算的方式，根據實時的數據處理要求來調度不同數據中心的服務器進行運算。 虛擬化技術是目前研究的一個熱點，也是一項比較使用的技術，隨著時間的推移，服務器的虛擬化特性會在實踐中得到更多的應用。

（3）單芯片多處理器：隨著處理器技術的發展，在單個刀片上可以集成多個CPU，這樣在能耗，散熱上都會比傳統的刀片服務器更具有優勢。 目前各個廠商都在進行這方面服務器的開發。

［1］Pc服務器的發展趨勢[OL].百度文庫,http://wenku.baidu.com/link?url=HZFixTBRyHTPDakLIio9JUj7xs9rJ5vZELJcvpzakpYpUBTIsx -BGFQ35b0BEKKap 78UBbzW2QbzyqkCpPXsrnS5HZ30AoR1HuqIHtCMWdu.

［2］Blade Server wike，http://en.wikipedia.org/wiki/Blade_server[OL].