刀片服务器

名称由来

　　刀片服务器是根据产品外形的特点而命名的，因为刀片服务器的组成单元外形都扁而平，活像个刀片，所以产品推出之时厂家也就顺理成章的将它这样命名；我们平时所说的刀片服务器其实是指在标准高度的机架式机箱内可插装多个卡式的服务器单元（即刀片，其实际上是符合工业标准的板卡，其上有处理器、内存和硬盘等，并安装了操作系统，因此一个"刀片"就是一台小型服务器。）， 这一张张的刀片组合起来，进行数据的互通和共享，在系统软件的协调下同步工作就可以变成高可用和高密度的新型服务器。

简介

　　刀片式服务器是一种 HAHD（高可用高密度）的低成本服务器平台，是专门为特殊应用行 业和高密度计算机环境设计的，其中每一块“刀片”实际上就是一块系统母板，类似于一个 个独立的服务器。在这种模式下，每一个母板运行自己的系统，服务于指定的不同用户群， 相互之间没有关联。不过可以使用系统软件将这些母板集合成一个服务器集群。在集群模式 下，所有的母板可以连接起来提供高速的网络环境，可以共享资源，为相同的用户群服务。 当前市场上的刀片式服务器有两大类：一类主要为电信行业设计，接口标准和尺寸规格符合 PICMG（PCI Industrial Computer Manufacturer's Group）1.x 或 2.x，未来还将推出符合 PICMG 3.x 的产品，采用相同标准的不同厂商的刀片和机柜在理论上可以互相兼容；另一类 为通用计算设计，接口上可能采用了上述标准或厂商标准，但尺寸规格是厂商自定，目前属 于这一类的产品居多。刀片式服务器目前最适合群集计算和 IxP 提供互联网服务。

发展的三个阶段

　　从2000年开始，刀片服务器象旋风一样席卷全球。回顾刀片式服务器的发展历史，我们可以将其分成三个阶段来看。

　　1、刀片服务器个历史阶段（2000~2003年）

　　刀片服务器个历史阶段（2000~2003年）是以“超高的计算密集性”为核心，如RLX Technologies公司的System 324刀片服务器，可以在标准42U机箱中集成324个CPU（标准是84个CPU）。但是为了支持如此高的计算密集度，设计者不得不在单个CPU的功耗和散热问题上做出很大的让步。所以早期采用的CPU都是性能相对较弱的低功耗的处理器，如PIII和Transmeta Crusoe。所以采用低功率处理器，单个刀片服务器性能相对较低是这个时期的另一个特点。对于简单的任务实现，这是个合适的实现方法。

　　2、刀片服务器发展的第二个历史阶段（2003~2006.5）

　　刀片服务器发展的第二个历史阶段是以IBM推出BladeCenter刀片式服务器为分水岭。这个时期的刀片服务器的主要特点是不再过分强调计算密集性，而是通过把计算密集性和单个刀片性能进行了一次权衡，在两者之中选择了一个合适的平衡点。

　　这个方案的结果就是在合理的提高计算密度的前提下，提高单个刀片服务器的性能，使单个刀片服务器具有通用机架式服务器的性能。同时在整个系统的集成性、可靠性、管理方面大大提高。高性能、相对较低密度的刀片服务器设计将有助于在公司数据中心的主流应用中更多地采用刀片服务器。这种设计能够提供传统机架服务器所具有的个体性能和处理能力，同时具有刀片服务器的成本优势、部署优势、可服务性优势和密度优势。这种刀片服务器适合于高性能 Web 服务器、专用的应用服务器、高性能计算(HPC)机群等等。

　　3、刀片服务器发展的第三个阶段（2006.5至今）

　　目前处于刀片服务器发展的第三个阶段--多元化时代，以IBM推出BladeCentre H为标志，同期HP推出C-class，Sun推出Blade 8000 Modular System系统。这一时期的特征表现为：刀片服务器厂商增多，技术创新不断，产品定位有细分化趋势，没有统一的标准等。

　　在这一阶段，厂商基本上渐渐不再重视计算密度，而转向提高性能。比如电源，散热。板带宽等方面都得到了重视。例如电源系统基本上在9KW以上，甚至SUN的电源可以达到18KW，刀片开始支持四路，单刀片背板带宽超过20Gb等。同时开始细分市场和应用并兼顾了第二代产品的优势。

　　2006年是刀片服务器升级换代跨度的一年，几乎各大厂商同时发布了各自新一代的产品，同时标准之争也愈演愈烈。IBM率先挑起了新一代刀片的升级风潮。在2月份，IBM推出了革命性的BladeCenter H，增加了紧凑型刀片服务器的带宽，可将其网络传输数据容量提高 10 倍。同时，IBM还推出了基于Cell 宽带引擎（Cell BE）的刀片计算系统，专为那些需要密集计算能力和独特性能来应对大量图形处理和数字应用的公司而设计。

　　6月底，DELL在PowerEdge 1855的基础上推出了PowerEdge 1955刀片服务器产品。

　　7月，HP发布其历时三年研发的第三代产品--BladeSystem c-class刀片服务器，主要针对企业下一代数据中心而设计，具备虚拟连接（Virtual Connect）、能量智控（Thermal Logic）和洞察管理（Insight Control）等三项创新技术。

　　8月，SUN推出了Blade 8000模块化系统（款no-compromise(毫无折衷，即性能卓越的)刀片平台），摆脱了一年多来没有刀片服务器的尴尬。至此，这四大巨头均完成了各自刀片产品的升级换代。

　　国内的浪潮和曙光也在2006年4月份推出了刀片新品。其中，浪潮推出了新一代4U12片的刀片服务器NX4120，的特点是“低功耗”，NX4120的整机比普通刀片服务器节省50％左右的功耗。曙光推出的第二代7U10片的刀片服务器TC1600，则以“机群系统的整合与发展”为核心设计思想，不再以追求密度为最终目标，而是追求系统的整体平衡性与扩展性。

　　来看，国外厂商在刀片服务器领域已经远远地跑在了前面，而国内绝大多数厂商的产品均是OEM自国外或台湾厂家，自主创新能力堪忧。

　　进入2007年，刀片开始呈现出不同的多元化发展态势。如在处理器上，除了采用Intel与AMD x86架构处理器外，Power 6、CELL、Itanium与UltraSPARC T1（Niagara）等更多高端RISC处理器进入刀片领域；4路多核高端刀片产品也纷纷问世。硬盘配置会更加灵活，用户除了可以选择配置2或4颗硬盘的产品外，还有无硬盘刀片服务器可选。另外，作为刀片服务器的扩充，刀片存储设备也开始受到关注，甚至我们可以在刀片机箱内构建SAN环境。

　　同时2007年也是刀片服务器走向中小企业用户的一年。我们看到，这一年中，包括IBM、HP、SUN在内的多家厂商都推出了针对中小企业用户的刀片服务器产品：SUN Blade 6000刀片模块系统（6月）、IBM BladeCenter S刀片模块系统（6月）、惠普 BladeSystem c3000机箱（9月），另外，以Intel为代表的第三股力量的出现，携宝德、浪潮、联想等本土厂商推出刀片式模块化服务器系统，进一步掀开刀片角逐SMB市场的大幕。

　　随着刀片的多元化发展，刀片服务器也越来越趋向于细分市场的应用。针对中小企业的刀片是一方面，另外更多的专用刀片方案也开始出现，如2008年IBM推出了其基于Power 6以及CELL处理器的刀片服务器，侧重高密度应用领域；惠普推出的"二合一"高密度刀片则主要针对了互联网应用；Dell推出了面向通用计算的M1000E，但其低功耗特性创造了只有180W的纪录。

优点

　　总的来说，刀片服务器具有以下特点，也差不多就是它的优点所在：

　　1、高密度计算

　　高密度是刀片式服务器的特点，不论其面向的工作领域是高是低，单从计算密度而言，尚无出其右者。当然，计算能力并不只由处理器堆砌数量决定，单一体系的高性能计算机强大的运算能力并没有因为只有4～8颗处理器而减少。那么刀片式服务器依靠什么来占领市场呢？ 总体上，无论是操作系统还是应用软件，都明显落后于硬件的发展步伐，Web等分散式的应用系统更接近分布式计算——同一时间内大量进程并行，而单一进程的计算处理要求又非常低，正符合刀片式服务器强调高密度分散计算的架构。对于刀片式服务器而言，增大的计算密度使数据中心能用更少的空间服务于更多的客户，也能让网站降低托管费用。

　　2、分布式计算

　　即使同小组级服务器相比，刀片式服务器因为单一刀片的配置而处于下风，所以需要负载均衡/集群软件的配合才能达到良好的使用效果，适用领域也限于分布式高密度计算环境：IDC、Web、域名解析等。

　　3、低功耗

　　塔式服务器因为内部空间最为充裕，可以采用各种强调单一性能的设备，而不论其体积与功耗有多大，只要能够在充裕的空间内解决好散热问题就能轻松装入。机架式服务器不但在外形上进行了缩减，更重要的是它们都是标准身材，可以通过堆叠的方式安装在一个机架中，显着提高空间利用率，提高了单位体积内的计算密度。但是它仍然基于传统服务器部件，功耗和发热都没有减少，只是通过更优化的散热设计来满足工作需要。

　　刀片式服务器则克服了以上缺点，以RLX System 324为例：传统上一台7尺高的机架──可以放进40台1RU（1.75寸）的服务器──能够放进336台RLX的刀片服务器。这种让人难以置信的密度是由于整合了全美达（Transmeta）的克鲁索（Crusoe）处理器。使用克鲁索芯片所带来的好处就是低功耗、省电。每片克鲁索刀片在执行时其平均耗电量大约只有7瓦。（每一台RLX刀锋的供电量为15瓦，而传统服务器为75至120瓦。）RLX的方法不只可以帮你省下大笔的电费，还可以帮你省下昂贵的硬件采购费，如不断电系统（UPS）、发电机系统，以及散热设备。

　　4、低廉的成本

　　刀片服务器可以看成把所有的服务器系统的硬件──处理器、内存、硬盘机，以及网络联接设备一一整合到单一的扩充卡。这样的整合代表了更吸引人的另一选择：可以降低成本、降低温度并减少所需的空间，进一步的，还能改进服务器的稳定度与得到更低的整体拥有成本（TCO）。

架设

　　根据所需要承担的服务器功能，刀片服务器被分成服务器刀片、网络刀片、存储刀片、管理刀片、光纤通道SAN刀片、扩展I/O刀片等等不同功能的相应刀片服务器。

　　目前最为常见的服务器刀片一般采用1颗为的Intel Pentium Ⅲ处理器，并采用ServerWorks LC-E芯片组、Intel 815芯片组、Via Pro266芯片组，支持的内存容量和类型由芯片组决定，内存类型一般为具有ECC功能的SDRAM或DDR。由于刀片服务器的散热问题较为严重，在设计中也有厂商采用了低功耗的Transmeta 5600处理器。目前，HP、Sun   也   正致力于把它们的RISC处理器制作成服务器刀片，只是尚未面世。

　　除连接机柜背板的接口外，服务器刀片上一般还具有一个PMC扩展接口，可以连接PMC接口的扩展卡，如SCSI卡、光纤存储卡等，其功能相当于PCI扩展槽，只是相应接口的扩展卡价格略贵。 服务器刀片采用与笔记本电脑相同规格的65mm(2.5英寸)硬盘，一般只安装操作系统和简单的应用软件，性能较低。

　　1、网络刀片

　　网络刀片的功能相当于局域网交换机，从而提供良好的网络监控和管理功能。网络刀片普遍提供10/100Mbps端口，以双绞线的方式连接服务器刀片，对外提供高速上连通道(千兆端口)。采用NAS存储方式的刀片服务器经常会配备2个网络刀片，其中一个专门用于连接NAS设备。每个刀片支持10/100/1000M以太网连接，并且可以在背板上安装10/100/1000M的2-4层交换机，这样就可以把系统中每个槽位上安装的刀片与交换机连接起来，提供一个基于IP的交换网络。通过集成这种总线，刀片服务器系统可以很好地集成IP业务和语音业务，提供各种不同的电信增值服务。

　　2、存储刀片

　　存储刀片可以被视为一个硬盘模块，通过背板总线或者硬盘接口线向服务器刀片提供存储功能。存储刀片上一般配备2块性能较高90mm(3.5英寸)硬盘，接口类型有IDE、SCSI和光纤通道(Fiber Channel)接口。

　　3、管理刀片

　　代刀片服务器的KVM(Keyboard、VGA、Mouse)刀片可以说是功能最为简单的管理刀片，提供对所有服务器刀片的管理控制。KVM刀片，提供键盘、鼠标、显示器接口，KVM刀片经常还包括软驱和光驱，便于使用者直接操作服务器刀片。KVM刀片上提供切换开关，用于在机柜上的不同刀片之间或者不同机柜之间进行切换。第二代刀片服务器具备更加强大的管理功能，但是各家产品各不相同。管理刀片往往通过服务器刀片上集成的监控管理芯片进行1台或多台刀片服务器的集中监控和管理。管理刀片向服务器机柜内的其他刀片提供必要的配置信息，并在某些刀片发生故障时接收报警信息，并向监控程序发出报警。

应用

　　刀片服务器的使用范围相当广泛尤其是对于计算密集性应用，比如天气预报建模、数据采集、数据仿真、数字影象设计、空气动力学建模等等。而对于行业应用，如电信、金融、IDC/ASP/ISP应用、移动电话基站、视频点播、Web主机操作、实验室系统等，刀片服务器同样能大显身手。目前常见主要应用在以下两个方面：

　　1、用作前端Web服务器

　　这种方式比较容易理解，可充分发挥刀片服务器密度高、可群集以及可远程管理的优势。内容服务提供商可以用刀片服务器组成高密度的群集，用来实现高访问量的Web服务器，后端再连接中高端的服务器或群集系统作为数据库服务器。存储服务提供商可以采用同样的前端方案，后端配合NAS设备来提供存储服务。与普通机架服务器相比，刀片服务器在这类应用中的优势在于占用机位少，可有效节省托管费用。

　　2、用作中小企业网络服务器

　　这种方式可充分发挥刀片服务器易管理、配置灵活和可扩展性好的优势。一个中小企业网络，使用以太网连接Internet。客户端节点大约300个，桌面使用Windows 98系统，该网络需要若干服务器，包括文件服务器、光盘库服务器、代理服务器、Intranet服务器、DHCP服务器、域服务器、DNS服务器、邮件服务器、Web/FTP服务器、数据库服务器以及中心打印服务器。其中有些服务可以共享服务器，而有的可能需要通过群集来满足性能和可用性的要求，使用2个12端口的百兆交换机、一台机架式NAS设备和一个刀片服务器即可满足这些要求，其中，2个交换机分别为内网交换机和外网交换机。对于企业来说，这种高密度不仅节约了宝贵的机柜空间，还节约了布线成本，并可节电，从而降低对UPS的要求。

与机架式服务器的比较

　　1．从空间密度来看刀片服务器和机架式服务器

　　刀片服务器比机架式服务器更节省空间，实际上刀片服务器是将机架服务器所占用的空间密度再一次提高了50％。在机柜系统配置好的前提下，将lU机架优化服务器系统移植到刀片服务器上，所占用的空间只是原来的1/3～1/2。而在一个标准的机柜式环境中。刀片服务器的处理密度要提高四到五倍。

　　2．从机房布线和管理方面看刀片服务器和机架式服务器

　　刀片服务器在机房布线只要统一布设网络线、电源线。刀片服务器之间不需要人为布线；而机架式服务器则要分别对每台服务器的网络线、电源线进行配线，如果一个42U的机柜上安装多台1U的服务器时，机柜后面的布线就非常多，看起来比较凌乱。

　　3．从灵活性看刀片服务器和机架式服务器

　　早期刀片服务器的灵活性不如机架式服务器，如果用户需要大容量内存的数据库服务器，而又不想通过机群方式构建，刀片也会显得力不从心。因为，有16根内存插槽的机架式服务器在市场上很容易买到，而刀片服务器大多只能支持 4-8根内存插槽。但在时下，随着技术的不断进步，单条内存的容量不断增加，且价格不断下降；一台刀片服务器中配置32GB以上的内存已经成为可能。

　　刀片在高性能数据库应用中，无法通过外部RAID卡来配备磁盘阵列。大多数情况下，刀片支持2.5英寸的硬盘，这不仅比3.5英寸的硬盘贵，而且性能也差一些，这也是拜“刀片追求高密度”所赐。今天，一个典型的刀片至多只能安装140GB硬盘，而有不少机架产品却可以配备2TB的存储能力。在实际使用中，刀片服务器配合SAN或ISCSI等存储设备可以很好地解决存储容量偏小的问题。

　　4．从采购成本来看刀片服务器和机架式服务器

　　从理论上来说，由于减少了许多重复的不必要的部件，如DVD、电源以及KVM和网络等线缆，刀片服务器的采购成本会比同等数量的机架式服务器低。刀片服务器厂商每一家都有自己的专有刀片架构，由于具有垄断性。这使得刀片产品的价格居高不下。 人们都认为，满配的刀片服务器和同一厂商的最贵的机架服务器相比，成本还是节省不少。但实际上，如果用户采取的是“在机箱里逐渐地增加刀片”的做法，就会发现，机架服务器的性价比更高，因为大多数刀片及相关产品都比相应的机架产品昂贵。一般刀片机箱需要4000～8000美元，刀片也比1U机架价格高。

　　5．从扩展性和标准看刀片服务器和机架式服务器

　　1U机架式服务器的优势在于其采用的是标准服务器设计技术，标准外设，标准接口，具有RAID功能、冗余功能，可独立运行并承担任务。在扩展性方面，机架式服务器因为机箱空间小，所以机箱内的扩展性能较差，但它可通过服务器群集，或者外接扩展柜的方式进行非常有效的扩展。而刀片服务器在向上扩展和向外扩展方面均具有创新性。添加新服务器一般只需将新的单处理器或多处理器刀片服务器插入到机箱的开放式托架中即可。

　　刀片服务器可插入到已扩展的基础设施中。此外，机箱内部的选件模块还可使我们添加一旦在外部连接便可实现共享的功能，刀片技术的模块化设计可实现快速扩展。

　　在标准化上，IBM、HP和DELL的刀片产品之间没有统一的标准，还不能相互兼容，而且就是同一厂家不同型号的刀片机箱标准也有不同。机架式服务器是统一的标准来做的，IBM的2U服务器可以安装在任何一个符合标准的42U的服务器机柜里。

　　6．从可靠性和维护看刀片服务器和机架式服务器

　　采用普通1U机架式服务器方案时，由大量的电源线、网线产生的接插点形成了大量潜在的“问题点”，换成刀片服务器机箱和刀片服务器僻决方案后，原先的网络、电源接插点减少了，同时也就增加了系统的可靠性。

　　刀片服务器的所有关键组件均可实现冗余或热插拔，其中包括冷却系统、电源、以太网控制器与交换机、中间背板与背板、硬盘及服务处理器。卸下服务器进行维修仅意味着将刀片服务器拖出机箱，这就像拆卸热插拔硬盘一样简单。刀片服务器系统提供了实现高度敏感维修的智能方式。诊断功能可指导维修人员直接找到故障部件，从而实现快速有效的恢复，有些刀片服务器甚至不会出现单点故障。机架式服务器维护相比刀片则复杂一些。

　　结论

　　综上所述，刀片式服务器可以限度地利用数据中心的空间，缩短部署的时间，减轻管理员管理负担。减少能源消耗；机架式服务器硬件配置灵活性强，性价比高。所以，在服务器硬件的选型过程中，网管可根据机房空间、性价比、人员配置等实际情况结合应用平台的需求做出合理的选择