刀片服务器的发展

刘 芬

（专利审查协作北京中心，中国 北京100096）

0 前言

刀片服务器通过在标准高度的服务器机箱内插入多个计算单元从而实现单位体积内得到最大的计算能力。每一个插入机箱的刀片都是一个独立的服务器，包含本机的CPU ,硬盘等硬件，同时在开机时，每个刀片服务器都会启动自己的操作系统。刀片服务器虽然给散热和风扇带来特殊的要求，但同时提供了强大的计算能力以及降低了外部线缆带来的故障问题，目前已经成为大型的数据中心以及建立高性能集群的主流。

1 刀片服务器架构的发展历史

早在19 世纪70 年代，就已经有研发者将小型计算机集成到单个板卡中，并将多个板卡打包放置在一个机柜内。 这种架构通常作为工业控制中小型机的配用方案，同时也为刀片式服务器的发展提供了早期的雏形。

1981 年出现的VMEbus?协议定义了一种将板级计算机安装在具有多个插槽的机箱以提供存储，计算能力的计算机架构。 之后PICMG组织开发了被称为CompactPCI 的机箱/刀片架构， 用于即将出现的PCI 总线结构。 这些早期的刀片架构的共同点是都将整个机箱作为一个系统，机箱内不管有几个计算板，总有一个作为主计算板来协调其他计算板进行工作。

Christopher Hipp 和David Kirkeby 发明了首个真正用于商业额刀片服务器，并被授予专利。 RLX 公司在2001 年正式开始销售商用刀片服务器。 下图为RLX 销售的刀片服务器：

图1 RLX 刀片服务器

RLX 公司之后被惠普公司所收购， 之后惠普宣称也发布刀片服务器，但仅仅是电信设备使用的单板信息系统。

2 刀片服务器的主要组成模块

除了组成计算单元的基本模块，如CPU,内存,硬盘等。刀片服务器在硬件上需要添加额外的模块以保证服务器能可靠的运行。

（1）冷却模块：刀片服务器在提升单位体积内计算能力的同时也造成了热量的大量累计，因此需要对冷却模块进行特殊设计。 除了采用跟CPU 相匹配的散热器外，对风扇的选购必须经过严格的实验。 需要散热工程师根据实验的结果对风扇进行筛选，同时制定严格的转速和温度之间的对应公式。

（2）电源模块：电源部分除了满足刀片服务器运行时所需要的功耗外，还需要提供较高的可靠性。 电源部分大多采用多个可热插拔的模块化电源，出现问题后可以在不关闭系统的情况下进行替换。

（3）监控管理模块：不同于个人电脑，刀片服务器在运行过程中需要对运行的状态进行严格的监控，记录运行中每一个监控传感器产生的异常。 以便维护人员及时掌握服务器中每个刀片的健康状态。 同时监控管理模块还需要根据传感器读到温度动态的调整每个刀片每个风扇的转速。同时监控管理模块对刀片服务器提供KVM, SSH 等远程管理方式，使得维护人员可以在远程通过网络来对服务器进行管理。

（4）存储模块：在刀片服务器系统中，所有的硬盘通过RAID 卡组成一个RAID 阵列。 对于服务器系统来说，RAID 卡将所有硬盘抽象成一个大硬盘用于存放操作系统，数据等信息。RAID 阵列的搭建必须实现冗余和热插拔。 在实际使用中，刀片服务器配合SAN 和ISCSI 等专业存储设备可以很好的扩充容量，满足用户的需求。

3 国内刀片服务器现状

在目前的国内刀片服务器市场上， 占有较大份额的仍然是IBM,DELL 等国外公司，同时ORACLE 等公司的软件产品也占据了服务器软件的主要份额。由于设计到保密，自主性等问题。国内服务器厂商今年来也获得了较大的发展。 联想，浪潮，曙光，华为等厂商越来越频繁的推出自己的高性能服务器。 浪潮公司近期提出的I2I 计划表明国产刀片服务器已经具有和国外公司竞争的实力。 同时，国产刀片服务器仍受制于关键芯片无法国产等因素，但是随着龙芯，飞腾等芯片的成熟化，最终可以实现服务器的完全国产。

4 刀片服务器的未来发展趋势

刀片服务器由于节约空间，便于集中管理，易于扩展和提供不间断的服务，成为下一代服务器的新要求。结合目前推出的各种新技术，可大大提高刀片服务器的性能：

（1）高性能的处理器：调查表明当前服务器有70%的负载用于处理数据和进行计算，只有30%的负载用于处理新增业务。 因此相对于单纯增加服务器的个数，提高服务器的性能更能满足日益增长的计算需求。 未来的服务器可通过采用更高性能的处理器，内存等硬件的方式来提高单个刀片的处理能力，同时提高系统的计算能力。

（2）虚拟化：为了保证在高峰时刻能满足要求，运营商必须投入大量的服务器资源，这样会在非高峰时期造成大量计算能力的浪费。 因此可以采用虚拟化和云计算的方式，根据实时的数据处理要求来调度不同数据中心的服务器进行运算。 虚拟化技术是目前研究的一个热点，也是一项比较使用的技术，随着时间的推移，服务器的虚拟化特性会在实践中得到更多的应用。

（3）单芯片多处理器：随着处理器技术的发展，在单个刀片上可以集成多个CPU，这样在能耗，散热上都会比传统的刀片服务器更具有优势。 目前各个厂商都在进行这方面服务器的开发。

［1］Pc服务器的发展趋势[OL].百度文库,http://wenku.baidu.com/link?url=HZFixTBRyHTPDakLIio9JUj7xs9rJ5vZELJcvpzakpYpUBTIsx -BGFQ35b0BEKKap 78UBbzW2QbzyqkCpPXsrnS5HZ30AoR1HuqIHtCMWdu.

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