面向輕量型橫向擴(kuò)展工作負(fù)載的靈活的低功耗微型服務(wù)器

1、Look Inside.TM白皮書基于英特爾® 技術(shù)的微型服務(wù)器面向輕量型橫向擴(kuò)展工作負(fù)載的靈活的低功耗微型服務(wù)器基于英特爾® 架構(gòu)的大量小型計算節(jié)點(diǎn)可滿足部分新興的輕量型橫向擴(kuò)展工作負(fù)載需求，實(shí)現(xiàn)全新水平的功效和密度。微型服務(wù)器已興起為特定類型工作負(fù)載的一個選項(xiàng)，這類工作負(fù)載往往能夠隨著大量相對輕量型的節(jié)點(diǎn)1 而有效擴(kuò)展，如低端的專用托管和簡單的內(nèi)容交付。英特爾支持該拓?fù)洌⒃O(shè)計了種類繁多的處理器產(chǎn)品來提供選擇靈活性，提高節(jié)點(diǎn)密度并降低節(jié)點(diǎn)功耗。本白皮書介紹了微型服務(wù)器的設(shè)計概念，為云服務(wù)提供商和托管方（hoster）提供了相關(guān)的背景知識，幫助他們清晰地判斷微型服務(wù)器能否

2、滿足其服務(wù)器基礎(chǔ)架構(gòu)的需求，從而做出明智決策。本白皮書闡述了微型服務(wù)器的演變歷程及系統(tǒng)設(shè)計的特征，并說明了在確定適合微型服務(wù)器部署的工作負(fù)載時需考慮的事項(xiàng)。本白皮書還概述了基于英特爾® 至強(qiáng) 處理器 E3 家族和英特爾® 凌動 處理器 C2000 產(chǎn)品家族的微型服務(wù)器。1 概述隨著云服務(wù)提供商和托管方不斷改進(jìn)和拓展服務(wù)產(chǎn)品，全新的應(yīng)用和軟件模型正如雨后春筍般層出不窮。例如，在許多云計算和托管數(shù)據(jù)中心，web 層已發(fā)展成為服務(wù)器基礎(chǔ)架構(gòu)的重要組成部分，為數(shù)百萬用戶處理著相關(guān)內(nèi)容。分析和非關(guān)系數(shù)據(jù)庫等高度并行化工作負(fù)載正變得日益普及。大量全新的內(nèi)容交付服務(wù)正催生數(shù)字內(nèi)容的多樣化

3、存儲和分配方式。盡管多數(shù)新興橫向擴(kuò)展工作負(fù)載需要高性能系統(tǒng)來處理動態(tài)的復(fù)雜任務(wù)，但少數(shù)對服務(wù)器基礎(chǔ)架構(gòu)的需求則較低。這些輕量型應(yīng)用并未充分發(fā)揮在當(dāng)前的企業(yè)數(shù)據(jù)中心環(huán)境內(nèi)比較常見的配置充裕的內(nèi)存、磁盤和網(wǎng)絡(luò)選件的主流服務(wù)器平臺的優(yōu)勢。微型服務(wù)器是一種新興的系統(tǒng)設(shè)計類別，它旨在滿足輕量型應(yīng)用的運(yùn)行需求，同時提升數(shù)據(jù)中心的效率。微型服務(wù)器的通過配置大量服務(wù)器節(jié)點(diǎn)來在通用機(jī)箱內(nèi)共享電源，散熱風(fēng)扇等基礎(chǔ)架構(gòu)。提升密度早已是大勢所趨。在過去 15 年，服務(wù)器架構(gòu)的創(chuàng)新發(fā)展已幫助顯著提升了效率、密度和可管理性。例如，刀片服務(wù)器在企業(yè)中被廣泛采用，而且半寬機(jī)架安裝式服務(wù)器等最新的系統(tǒng)設(shè)計的實(shí)施目標(biāo)主要是云服務(wù)

4、提供商的數(shù)據(jù)中心。如圖 1 所示，在眾多服務(wù)器設(shè)備中，微型服務(wù)器現(xiàn)在舉足輕重，已成為全新的密度優(yōu)化系統(tǒng)。靈活的低功耗微型服務(wù)器Look Inside.TM什么是微型服務(wù)器？微型服務(wù)器代表一種全新的服務(wù)器架構(gòu)，其特點(diǎn)是許多輕量型服務(wù)器節(jié)點(diǎn)整合在一個共享機(jī)箱基礎(chǔ)架構(gòu)中。該拓?fù)鋵Ｓ糜谔嵘芏取⒔档兔抗?jié)點(diǎn)功耗、減少成本和提高運(yùn)營效率。通過共享通用風(fēng)扇、交換設(shè)備、電源和金屬機(jī)箱，微型服務(wù)器可相對標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架選項(xiàng)簡化機(jī)架基礎(chǔ)架構(gòu)并提升密度。服務(wù)器外形創(chuàng)新塔式服務(wù)器機(jī)架服務(wù)器刀片服務(wù)器微型服務(wù)器圖 1. 微型服務(wù)器已興起為一種全新的密度優(yōu)化類別，是對塔式、機(jī)架和刀片服務(wù)器的有效補(bǔ)充。2 面向輕量型橫向擴(kuò)展工作負(fù)

5、載的微型服務(wù)器目前，計算專業(yè)人士面臨的一項(xiàng)主要挑戰(zhàn)，就是在大量的小規(guī)模及大規(guī)模系統(tǒng)中找到能滿足其需求的系統(tǒng)。當(dāng)云服務(wù)提供商和托管方在權(quán)衡大量普通的節(jié)點(diǎn)是否比少量強(qiáng)大的節(jié)點(diǎn)更適合特定實(shí)施時，微型服務(wù)器則可為他們提供全新的選擇。某些高度并行化的分布式工作負(fù)載對每節(jié)點(diǎn)的計算要求相對較低，這時使用微型服務(wù)器可以實(shí)現(xiàn)高效的橫向擴(kuò)展。盡管這類系統(tǒng)不適合所有工作負(fù)載，但是對于某些細(xì)分市場它具有光明的應(yīng)用前景。例如，托管環(huán)境經(jīng)常需要支持大量對計算要求不高的任務(wù)，如請求登陸身份驗(yàn)證或提供小型靜態(tài) HTML 頁面等。微型服務(wù)器拓?fù)渲械拇罅啃⌒凸?jié)點(diǎn)非常適于處理這類任務(wù)，因?yàn)檐浖邆涓叨炔⑿行?，而且有關(guān)交易可輕松分配

6、給較小的計算任務(wù)。然而，當(dāng)在企業(yè)任務(wù)中占多數(shù)的計算密集型任務(wù)的數(shù)量不斷增多，小規(guī)模的微型服務(wù)器節(jié)點(diǎn)資源很可能不堪承受，如計算能力、內(nèi)存占用空間、網(wǎng)絡(luò)和存儲。傳統(tǒng)的高性能服務(wù)器基礎(chǔ)架構(gòu)更能勝任這類情況。圖 2 中的圖表列出了評估微型服務(wù)器對各種服務(wù)器工作負(fù)載適用性時需要考慮的主要事項(xiàng)。在該圖中，三個重要服務(wù)器屬性分別映射至特定軸，我們可根據(jù)每個軸對服務(wù)器工作負(fù)載進(jìn)行標(biāo)繪（plot）。三個軸為： 隨內(nèi)核數(shù)量擴(kuò)展。軸的數(shù)值越高（向左擴(kuò)展時），表示高度并行工作負(fù)載不斷受益于更多內(nèi)核添加至單臺服務(wù)器，使每個工作單元可共享通用的 I/O、系統(tǒng)內(nèi)存、存儲等。 隨物理節(jié)點(diǎn)擴(kuò)展。軸的數(shù)值越高（向右擴(kuò)展時），表示

7、越高度并行化的工作負(fù)載，但它們往往在添加更多物理服務(wù)器時更能高效擴(kuò)展，因?yàn)槊颗_服務(wù)器的內(nèi)存、I/O 和存儲要求會逐步降低。 隨強(qiáng)大內(nèi)核擴(kuò)展。當(dāng)軸的數(shù)值越高時（向上擴(kuò)展），工作負(fù)載可隨強(qiáng)大內(nèi)核在頻率、高速緩存和內(nèi)存帶寬等方面實(shí)現(xiàn)最佳擴(kuò)展。這些工作負(fù)載往往具有單線程，或有限的并行性。圖 2 中的“典型微型服務(wù)器工作負(fù)載”區(qū)域表示在添加大量輕量型服務(wù)器時，工作負(fù)載可實(shí)現(xiàn)最佳擴(kuò)展。該區(qū)域中的工作負(fù)載示例包括低端 web 服務(wù)、靜態(tài)內(nèi)容交付、離線或批量分析及低端專用托管。典型的微型服務(wù)器工作負(fù)載隨可靠內(nèi)核擴(kuò)展低端專用托管簡單內(nèi)容交付節(jié)點(diǎn)低端 Web 服務(wù)器核數(shù)量擴(kuò)展隨內(nèi)隨物理節(jié)點(diǎn)擴(kuò)展作負(fù)載橫擴(kuò)展工作負(fù)載

8、標(biāo)準(zhǔn)工低端向圖 2. 該 3D 圖表表示，微型服務(wù)器的理想工作負(fù)載往往具有較低的處理要求，并能通過添加更多互聯(lián)物理節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)最佳擴(kuò)展。靈活的低功耗微型服務(wù)器3 將功能與任務(wù)匹配：多樣的英特爾® 平臺即使在微型服務(wù)器這一類別中，也沒有某一款微型服務(wù)器能夠?yàn)橄到y(tǒng)設(shè)計或處理器選擇提供一刀切式解決之道。一些微型服務(wù)器可能具有高性能的單插座處理器及可靠的內(nèi)存和存儲，而另一些可能具有數(shù)量高出很多的微型密度配置及每節(jié)點(diǎn)較低的功耗和較低的計算容量。為了滿足所有這些需求，英特爾提供了從低端到高端的廣泛處理器產(chǎn)品，幫助企業(yè)能夠選擇適合其工作負(fù)載的處理器。英特爾® 至強(qiáng) 處理器適用于許多細(xì)分市場，

9、如高性能計算、金融服務(wù)、云計算和數(shù)據(jù)庫。對于微型服務(wù)器工作負(fù)載，英特爾至強(qiáng)處理器 E3 家族可提供豐富的節(jié)點(diǎn)性能、每瓦性能和靈活性選擇。相比英特爾至強(qiáng) E3 微型服務(wù)器，英特爾凌動處理器 C2000 產(chǎn)品家族可提供極低的功耗和更高的密度。因?yàn)樗羞@些平臺可共享通用的指令集架構(gòu)，所以應(yīng)用代碼可在整個產(chǎn)品家族中運(yùn)行。由于工作負(fù)載要求會不斷變化，因此這一特征極為重要。例如，當(dāng)前的瓶頸可在數(shù)月的時間內(nèi)發(fā)生顯著變化，從受限于處理器轉(zhuǎn)變?yōu)槭芟抻趦?nèi)存再轉(zhuǎn)變?yōu)槭芟抻?I/O。在應(yīng)對這種變化方面，英特爾架構(gòu)的靈活性可發(fā)揮重要作用?？蛻粢恢北硎荆Ｍ谖⑿头?wù)器中獲得與傳統(tǒng)機(jī)架和刀片服務(wù)器基礎(chǔ)架構(gòu)中相同的特性和功

10、能。具體而言，他們想要 64 位軟件支持、虛擬化支持、糾錯碼（ECC）內(nèi)存、全面的電源選項(xiàng)和廣泛的軟件兼容性。英特爾至強(qiáng)處理器 E3 v3 家族的功耗為 84W 到 13W，可為微型服務(wù)器平臺提供所有這些優(yōu)勢。英特爾凌動處理器 C2000 系列還可在 6W TDP 的極低功耗范圍內(nèi)，支持這些企業(yè)級服務(wù)器特性。4 基于英特爾® 技術(shù)的微型服務(wù)器發(fā)展勢頭強(qiáng)勁對廣大 OEM 而言，微型服務(wù)器市場正在加速發(fā)展，戴爾、日立、惠普、日本電氣公司、廣達(dá)、Supermicro 和泰安等行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者競相推出了紛繁多樣的產(chǎn)品。廣泛的創(chuàng)新產(chǎn)品采用了靈活、豐富多樣的英特爾至強(qiáng)和英特爾凌動處理器，包括基于全系列

11、平臺的微型服務(wù)器。標(biāo)準(zhǔn)化工作為微型服務(wù)器領(lǐng)域的廣泛創(chuàng)新做出了巨大貢獻(xiàn)。為了實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，在服務(wù)器系統(tǒng)基礎(chǔ)架構(gòu)（SSI）論壇中，英特爾與廣達(dá)和泰安等公司進(jìn)行了密切協(xié)作，以制定微模塊服務(wù)器規(guī)范。SSI 是一家總部位于加利福尼亞州圣拉蒙市的貿(mào)易集團(tuán)，致力于攜手行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者制定基礎(chǔ)架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)。該論壇的目的在于通過推進(jìn)計算技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化工作，加快市場增長，并喚起業(yè)界為微型服務(wù)器最終客戶提供出色功耗和降低成本的重視。Look Inside.TM微模塊服務(wù)器規(guī)范是一種靈活的節(jié)點(diǎn)構(gòu)建模塊，其設(shè)計目標(biāo)非常明確，即通過輕松的定制來滿足各種不同的功耗和性能設(shè)計需求。該規(guī)范定義了模塊尺寸和引腳，但是支持 OEM 靈活定制系統(tǒng)架

12、構(gòu)，包括背板、互聯(lián)和存儲配置。它使用廣泛可用、經(jīng)過行業(yè)驗(yàn)證的低成本接口，并需要模塊機(jī)械互操作性，同時提供電氣互操作性選項(xiàng)?？傮w而言，該方案在靈活性與標(biāo)準(zhǔn)化之間實(shí)現(xiàn)了平衡，因?yàn)樗鼛椭?OEM 在產(chǎn)品系列內(nèi)并相對競爭對手實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品差異化，同時最大程度確保了設(shè)計重復(fù)使用率。因此，該規(guī)范可提供多種 OEM 優(yōu)勢，包括： 支持在一個標(biāo)準(zhǔn)框架內(nèi)進(jìn)行系統(tǒng)外形、機(jī)箱、散熱、切換和管理等方面的創(chuàng)新，滿足不同的產(chǎn)品要求。 充分利用對于多種產(chǎn)品（以不同應(yīng)用和細(xì)分市場為目標(biāo)）的系統(tǒng)設(shè)計投資，最大程度提高投資回報。 充分利用本規(guī)范、現(xiàn)有設(shè)計工作與英特爾驗(yàn)證和設(shè)計宣傳材料，提高設(shè)計效率，從而加快上市速度。最終客戶是設(shè)計靈

13、活性和效率的最終受益者，他們可因此在創(chuàng)新產(chǎn)品可用性方面獲益，從而滿足不斷變化的業(yè)務(wù)需求，并保持低成本和獲得高投資回報。5 結(jié)論從英特爾至強(qiáng)處理器 E3 v3 到英特爾凌動處理器 C2000 系列的基于英特爾架構(gòu)的微型服務(wù)器可為計算解決方案的部署提供極低功耗的高密度系統(tǒng)，全面滿足輕量型橫向擴(kuò)展工作負(fù)載的運(yùn)行需求，如低端專用托管和靜態(tài) web 服務(wù)。微型服務(wù)器可通過減少風(fēng)扇和電源等系統(tǒng)基礎(chǔ)架構(gòu)，提供效率優(yōu)勢。微型服務(wù)器還可幫助客戶提高密度，提供改進(jìn)現(xiàn)有機(jī)架和電源基礎(chǔ)架構(gòu)使用狀況的新方式。隨著整個行業(yè)已經(jīng)開始將微型服務(wù)器整合至現(xiàn)有和全新的使用模式，因此與支持此類特定工作負(fù)載相關(guān)的總體擁有成本有望得到

14、降低。主要的微型服務(wù)器要求 低功耗 64 位處理器 英特爾® 虛擬化技術(shù)支持 ECC 內(nèi)存 廣泛的軟件兼容性靈活的低功耗微型服務(wù)器Look Inside.TM可優(yōu)化擴(kuò)展的處理器選擇將處理器功能與特定數(shù)據(jù)中心工作負(fù)載的擴(kuò)展特征進(jìn)行匹配，對于優(yōu)化微型服務(wù)器的價值至關(guān)重要。英特爾® 至強(qiáng) 處理器 E3-1200 v3 產(chǎn)品家族內(nèi)核數(shù)量（最多）處理器頻率（最高）內(nèi)存容量（最大）PCI Express*（PCIe*）通道功率（最低）43.6 GHz32 GB16 (PCIe 30)、8 (PCIe 2.0)13W英特爾® 凌動 處理器 C2000 產(chǎn)品家族82.6 GHz6

15、4 GB16 (PCIe 2.0)6W英特爾凌動處理器 S1200 產(chǎn)品家族22.0 GHz8 GB8 (PCIe 2.0)6.1W 隨節(jié)點(diǎn)性能擴(kuò)展。在這三個產(chǎn)品中，英特爾至強(qiáng)處理器 E3-1200 v3 產(chǎn)品家族具備最高的單線程性能和每節(jié)點(diǎn)性能，以及最強(qiáng)大的 PCIe 連接和高級顯卡支持。 隨高節(jié)點(diǎn)數(shù)量擴(kuò)展。英特爾凌動處理器 C2000 和凌動 S1200 產(chǎn)品家族具備較高的節(jié)點(diǎn)密度。相比英特爾凌動處理器 S1200，英特爾凌動處理器 C2000 可提供更大的內(nèi)存和 PCIe 容量在高度并行工作負(fù)載之間進(jìn)行共享，以及更高的節(jié)點(diǎn)性能和每瓦性能。通過以下網(wǎng)站關(guān)注我們：13節(jié)點(diǎn)至少包括一個 SoC 及其本地系統(tǒng)內(nèi)存，并（根據(jù)實(shí)施要求）最好包括所有需要的 IO 組件。Yeraswork，Zewde，“SSI 論壇發(fā)布微模塊服務(wù)器規(guī)范”CRN（2011）。本文件中包含關(guān)于英特爾® 產(chǎn)品的信息。本文件不構(gòu)成對任何知識產(chǎn)權(quán)的授權(quán)，包括明示的、暗示的，也無論是基于禁止反言的原則或其他。除英特爾產(chǎn)品銷售的條款和條件規(guī)定的責(zé)任外，英特爾不承擔(dān)任何其他責(zé)任。英特爾在此作出免責(zé)聲明：本文件不構(gòu)成英特爾關(guān)于其產(chǎn)品的使用和/或銷售的任何明示或暗示的保證，包括不就其產(chǎn)品的（i）對某一特定用途的適