【IT168 专稿】在过去的几年里，刀片服务器作为一种高效、高密度的计算方案，已经在大型数据中心应用中站稳了脚跟，成为机架式服务器的有效替代品。在国外，刀片服务器在电信、保险、税务、政府及教育机构等领域的应用部署已经越来越广泛。很多用户采用刀片服务器来对数据中心进行整合，通过其先进的通信机制和远程控制功能来管理7X24小时不停运转的服务器。
当然，刀片服务器在成为数据中心标准配置之前还有很长的路要走。但随着刀片服务器在狭小空间里集成越来越多的功能特性，其应用范围也正在从传统的数据中心向其他非传统领域拓展。象分布式计算、图像生成和渲染以及数据分析等高性能计算（HPC）领域都对刀片服务器产生了广泛的兴趣。
刀片服务器在数据中心中的应用
一、刀片服务器，集成度越来越高
在IT168以往的很多文章（刀片服务器专题）中，我们已经阐述了刀片服务器技术的种种优势，如体积更小，计算密度更高，高扩展能力，热插拔，灵活和高可用的架构，宕机时间减少，增强的冗余性，简化的服务器管理，更容易的软硬件集成以及更低的散热和功耗要求。总的来说，相对于传统形态的服务器而言，刀片服务器的这些优势有助于实现一个根本的目的：在大幅提高资源利用率的同时，全面降低数据中心的长期运行成本。
近年来，应用于HPC领域的刀片服务器也带来了许多新的技术特性。在HPC应用中，刀片服务器的体积越来越小，性能越来越强，更重要的是，刀片把各种各样的技术聚合在了一起，如开放标准架构、多核处理器、多I/O通道的PCI扩展、运行多种操作系统、低功耗处理器、创新的散热技术、标准AC电源技术、菊花链以及千兆以太网等等。特别是，当这些特性与虚拟化趋势结合在一起，刀片的功能还会得到更大的拓展。
下面，我们就来看看这些新特性对刀片服务器的应用造成了哪些影响？
1）采用开放性架构
开放架构的巨大优势在于它良好的兼容性，以及它带来的统一管理工具的可能性。通过将工程师们正在使用的多种工具整合在同一个用户界面里，开放的设计环境有助于进一步提高工作效率。对于HPC的一些主流应用来说，创新的产品、开放的标准和互操作性都是非常关键的。
2）支持多核处理器
多核处理器的出现使得服务器厂商可以生产出计算密度更高的刀片产品。如AMD的双核皓龙芯片可以在保持散热和功耗一致的情况下，获得比单核处理器更高的计算性能。显然，多核处理器的并行计算能力使得厂商可以设计出下一代、性能更高的刀片服务器。
另外，AMD的直连架构可以减少处理器和系统组件之间的瓶颈，从而提高当前系统资源和未来高端部件的使用效率。特别是对于大规模机群系统来说，双核处理模式更加适用，也使得服务器和工作站的整合成为可能。可见，双核处理器技术不仅将高性能计算提高到了一个新的水平，而且可以设计创新的方案来满足特殊用户的应用需求。
基于直连架构的AMD64位技术
3）集成PCI扩展插槽
嵌入式和高性能应用领域对更高性能的追求也促使系统厂商开始在刀片内部集成PCI插槽。目前市场上新推出的一些刀片服务器都带有PCI扩展插槽。如高性能PCI-X插槽的时钟频率可达133MHz，使得吞吐量进入GB/S的级别。这种快速的总线对于图像采集卡和高端控制卡等关键板卡来说是非常必要的。目前，在应用于可视化和图像处理的刀片服务器中，已经可以直接加入兼容PCI接口的图形卡。
许多人认为，在数据密集型应用环境中，PCI-X既能提供足够的带宽，又能节约成本。PCI-X可提供32位和64位两种模式，并且向后兼容现有的PCI产品。其应用范围涵盖医学成像、工业控制、虚拟专网（VPN）以及集群应用中的通信系统和SAN。
4）运行多种操作系统
承载多种操作系统的能力正在快速成为高性能应用的一项要求。目前，一些新推出的刀片服务器就带来这样的功能。同一个机箱里的每个刀片服务器可以运行一个不同的操作系统，无论是单启动还是双启动模式，甚至还可以高效率地运行两个虚拟操作系统。理论上，刀片服务器可以协同支持Windows Server、Windows XP Pro、RedHat、SUSE、Fedora Core Linux，甚至SUN Solaris 10等所有主流操作系统。通用的商业软件也可以被无缝整合，大多数定制应用软件则可以在不重新配置或很少量重新配置的情况下进行安装。
5）采用低功耗CPU和散热技术
随着刀片体积越来越小，效率越来越高，低功耗处理器和创新的散热技术开始被采用，以保证处理器核心密度增加的同时尽量减少功耗和散热方面的限制。如刀片服务器用户可以通过适当的电源管理和硬件优化配置，来实现任务需求和功耗需求两方面的平衡。主动散热和被动散热的混合技术可以让刀片服务器的体积进一步缩小。
6）单相交流电源
单相交流电源也是刀片服务器技术的一个重要发展。它简化了电源的使用，消除了布线和昂贵变压器方面的特殊要求，从而降低了数据中心基础设施的门槛。我们知道，较老的服务器要求有专门的三相208V输入电源。为了满足这一要求，往往需要对服务器机房进行重新布线，这其实会大大增加用户的TCO成本。现在，较新的服务器已经可以使用标准的110V/220V单相电源，并使用了高级负载均衡和热插拔的电源分配总线技术，既可以实现电源冗余配置，又能降低经营成本。
7）独特的互连架构
通过菊花链架构连接多台刀片服务器，再把多个刀片机箱放进一个机柜中，可以大大减少机房空间占用成本，实现单位空间内计算能力的大幅提升。目前，一些刀片服务器厂商正在整合内置的KVM交换机和内置的菊花链端口，以减少不必要的线缆和外部显示器，这还有助于将总的连接速率提升到10GB/S。刀片服务器独特的连接架构也有利于高效地构建FC-SAN和基于千兆以太网的虚拟局域网（V-lan）。
8）虚拟化与刀片的结合
在服务器领域，虚拟化其实是一种古老的概念。随着物理服务器利用率较低这一问题的日渐突出，虚拟化作为解决方法开始重新受到重视。其主要思想就是将一台物理服务器划分成几台“虚拟机”，每个虚拟机可以运行自己的操作系统和应用软件。
当刀片服务器和虚拟化两种技术结合在一起，就会大大拓展系统的功能。比如，Vmware的中间件方案通过一系列操作系统的配置，可以允许一个主操作系统（host OS）同时运行一个客操作系统（guest OS）作为虚拟层。更高性能处理器的出现也促进了虚拟化的发展。在刀片服务器上，虚拟化的效率很可能是最高的，可以进一步节省空间，提供系统使用率和应用效能。
二、刀片：从数据中心走向HPC
上面阐述的诸多优势不仅使刀片服务器得到了数据中心的广泛青睐，也同样促进了刀片在非传统领域里的应用。如分布式计算、图像渲染、算法处理、实验数据分析、内容制作，以及基于混合操作系统的异构计算等众多领域都在采用刀片服务器来构建高性能计算（HPC）平台。
对于HPC而言，很多应用往往需要灵活的系统架构来满足特定的需求。针对这些特定的应用，结合开放架构和商业化操作系统，刀片服务器可以达到最优的性能效果。
1）数据处理与可视化
我们知道，随着用于数据信号获取和分析的相关技术越来越复杂，对计算机处理性能和IT系统灵活适应性的要求也越来越高。在HPC应用中，高水平的测量和数据挖掘是至关重要的，要使这些数据形象生动地图形化展示出来，就需要高精度的显示方案。航空航天和卫星图像分析、地理地图、人类行为监测、变化检测以及意识研究，这些过程都需要高密集度的计算处理。
虽然实现这些功能的信号分析软件一般是运行在类似Windows XP Pro这样的标准操作系统之上，但这些复杂计算需要更强的处理能力，这并不是标准PC所能提供的。刀片则可以处理大量的数据，也允许若干监视器同时连接来满足显示需要。
2）分布式计算
另外，刀片服务器带来了前所未有的整合特性，有望定义全新一代的分布式计算。对于小规模和大规模的桌面应用，机柜部署或集中化正在成为一种新的架构选择。集中化的好处包括：消除系统迁移、扩容和改动造成的额外成本，延长系统的正常运行时间；集中进行服务支持；内置数据保护和灾难恢复等安全功能。
在机柜部署环境中，一个机柜可以安置100个甚至更多的刀片服务器。整个刀片系统就象枢纽中心一样，承载着大量的操作系统和应用软件，并且可根据任务需要分配资源。我们将刀片服务器当桌面PC使用时，其计算性能不仅更强大，集中管理维护和平台系统升级也更为方便。
3）关键行业部署
包括石油天然气在内的一些关键行业也已成为刀片服务器的“宠儿”。在石油勘探领域，最新的刀片服务器能很好地用于地震数据分析、数据处理、可视化渲染和数据存储等业务。在军事上，刀片服务器用于信号检测分析、信号监听、数据分析处理和图像渲染等方面。其他行业如实验测量和生命科学，也都要求密集、海量处理性能，对数据进行分析、挖掘和可视化。在媒体领域中，数字视频获取、数据内容创作、编辑和可视化呈现同样越来越迫切的需要在较小的空间内具有更高的计算处理能力。
三、全能刀片服务器？
许多厂商已经认识到，需要推出集成度更高、灵活性更好的新产品来普及刀片服务器技术在上述这些非传统领域里的应用。如NextCom推出了支持最新技术的高可用、高性能的刀片服务器平台——NextServer 416，并配合可定制化的4U存储服务器，来满足服务器整合、机群和HPC的应用需求。
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NextServer 416刀片服务器平台
据了解，NextServer 416采用开放架构，同时支持AMD的双核皓龙处理器和Intel的64位至强处理器，可组建独立的或者集群化的刀片计算环境。其性能和外形尺寸非常适合嵌入式、分布式计算、高性能图像处理等应用。系统总的数据传输率可达到10 Gb/s，并且支持基于菊花链的KVM系统、远程管理和报警以及刀片热插拔等功能。
其它刀片可选部件包括：FC、千兆以太网、硬盘、闪盘、PCI-X I/O扩展和SCSI。外部显示器可以切换到每一个刀片，实现远程监控和显示。具有冗余性和不同功能的多种网络可以同时运行。刀片内部的存储和外部的网络附加存储（NAS）可以按应用和数据进行灵活划分。刀片可以安装针对服务器/工作站的32/64位操作系统——Windows、Linux和Solaris等。
总而言之，高性能、开放标准计算正在越来越多的技术密集型领域中得到普及。而近年来，刀片服务器出现，使得非传统应用领域得以实现性能和效率的最大化提升。刀片在这些领域中的应用有望进一步拓展，刀片本身整合的功能也会越来越丰富。随着技术和应用的演化，刀片服务器更小的外形尺寸、对多核处理器新技术的支持、更好的灵活性和扩展性、以及更好的电源使用效率都会得到不断发展。
