刀片服務(wù)器的基礎(chǔ)知識

1、技術(shù)現(xiàn)狀與開展趨勢：標(biāo)準(zhǔn)的陰云 圖解刀片式效勞器 - 作為一種新興的效勞器產(chǎn)品，讀者可能還缺乏對它的直觀認(rèn)識。在此，我們以國內(nèi)較為常見的一種刀片式效勞器向大家介紹一下它各個部件名稱，以了解其根本構(gòu)成。 圖4 刀片式效勞器構(gòu)成(正面)圖5 刀片式效勞器構(gòu)成(反面)圖7 第一代刀片式效勞器只使用 了CompactPCI定義的J1接口- 每臺刀片式效勞器一般由機柜和刀片組成，因此刀片式效勞器的標(biāo)識由機柜的型號和刀片的型號共同構(gòu)成，而不像以往的效勞器那樣由一個單一的效勞器型號所代表。刀片通過機柜背板上的CompacPCI接口與之相連接，刀片效勞器的CompacPCI接口支持熱插拔(在CompactPC

2、I的標(biāo)準(zhǔn)中，熱插拔功能是可選的特性)。效勞器機柜一般可以容納8片至數(shù)十片刀片。刀片以效勞器刀片為主，而每個效勞器刀片都是一個功能完整的效勞器。 - 早期的刀片式效勞器一般還會包括1個KVMKeyboard、VGA、Mouse刀片，提供鍵盤、鼠標(biāo)、顯示器接口，KVM刀片經(jīng)常還包括軟驅(qū)和光驅(qū)，便于使用者直接操作效勞器刀片。KVM刀片上提供切換開關(guān)，用于在機柜上的不同刀片之間或者不同機柜之間進行切換。早期的效勞器機柜提供KVM串接口，可以通過串接口連接多個機柜，實現(xiàn)在不同的效勞器機柜間共享KVM刀片?！緢D6 效勞器刀片】 圖6- 除效勞器刀片和KVM刀片外，一些功能復(fù)雜的刀片式效勞器還具有網(wǎng)絡(luò)刀片、

3、存儲刀片、管理刀片、光纖通道SAN刀片、擴展I/O刀片等等。 - 效勞器機柜上的電源和散熱風(fēng)扇一般也采用模塊化冗余設(shè)計，可以進行熱插拔維護，為刀片式效勞器提供較高可靠性的運行環(huán)境。 各種刀片的概念 效勞器刀片 - 顧名思義，具備CPU、內(nèi)存、硬盤、網(wǎng)絡(luò)控制器等效勞器根本功能的插板，能夠獨立承當(dāng)效勞器功能。 - 目前最為常見的效勞器刀片一般采用1顆為的Intel Pentium 處理器，并采用ServerWorks LC-E芯片組、Intel 815芯片組、Via Pro266芯片組，支持的內(nèi)存容量和類型由芯片組決定，內(nèi)存類型一般為具有ECC功能的SDRAM或DDR。目前采用0.13mm工藝生產(chǎn)

4、的Intel Pentium -STualatin處理器具有功耗低、性能高等特點，在雙處理器下性能表現(xiàn)良好，相信在未來的IA-32效勞器刀片式中將占據(jù)主流。 - 由于刀片式效勞器的散熱問題較為嚴(yán)重，在設(shè)計中也有廠商采用了低功耗的Transmeta 5600處理器。但是由于這種處理器性能只相當(dāng)于同頻率Intel Pentium 的30%，所以往往得不償失，只適用于少數(shù)應(yīng)用場合。 - 目前，HP、Sun也正致力于把它們的RISC處理器制作成效勞器刀片，只是尚未面世。2021年內(nèi)，我們預(yù)計雙處理器的效勞器刀片應(yīng)該也可以面世了 - 除連接機柜背板的接口外，效勞器刀片上一般還具有一個PMC擴展接口，可以

5、連接PMC接口的擴展卡，如SCSI卡、光纖存儲卡等，其功能相當(dāng)于PCI擴展槽，只是相應(yīng)接口的擴展卡價格略貴。 - 效勞器刀片采用與筆記本電腦相同規(guī)格的65mm(2.5英寸)硬盤，一般只安裝操作系統(tǒng)和簡單的應(yīng)用軟件，性能較低。效勞器刀片更適合網(wǎng)絡(luò)存儲。因此，效勞器刀片一般具有23個網(wǎng)絡(luò)接口，這也是它稱之為效勞器的一個重要特征。 - 散熱問題是刀片式效勞器的重要技術(shù)，效勞器刀片在設(shè)計中都非常注重低功耗，局部功耗偏高的產(chǎn)品都在刀片上加裝了渦輪式主動散熱風(fēng)扇，與機箱風(fēng)扇配合完成散熱。 網(wǎng)絡(luò)刀片 - 目前，網(wǎng)絡(luò)刀片的功能相當(dāng)于局域網(wǎng)交換機，以智能型交換機為主，從而提供良好的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控和管理功能。 - 目前

6、的網(wǎng)絡(luò)刀片普遍提供10/100Mbps端口，以雙絞線的方式連接效勞器刀片，對外提供高速上連通道千兆端口。采用NAS存儲方式的刀片式效勞器經(jīng)常會配備2個網(wǎng)絡(luò)刀片，其中一個專門用于連接NAS設(shè)備。 - 根據(jù)新的CompactPCI 2.16標(biāo)準(zhǔn)，未來的網(wǎng)絡(luò)刀片將可以通過效勞器背板總線連接效勞器刀片，網(wǎng)絡(luò)刀片的前面板只提供高速上連端口即可。 存儲刀片 - 存儲刀片可以被視為一個硬盤模塊，通過背板總線或者硬盤接口線向效勞器刀片提供存儲功能。存儲刀片上一般配備2塊性能較高90mm(3.5英寸)硬盤，接口類型有IDE、SCSI和光纖通道Fiber Channel接口。 - 應(yīng)用模式1：高負(fù)載不停機的網(wǎng)站內(nèi)

7、容發(fā)布系統(tǒng) - 網(wǎng)站是最適合使用刀片式效勞器的應(yīng)用模式，把網(wǎng)關(guān)、負(fù)載均衡效勞器和Web效勞器全都集成在1臺刀片式效勞器的機構(gòu)內(nèi)，并完美地與NAS設(shè)備相結(jié)合 管理刀片 - 第一代刀片式效勞器的KVM刀片可以說是功能最為簡單的管理刀片，提供對所有效勞器刀片的管理控制。第二代刀片式效勞器具備更加強大的管理功能，但是各家產(chǎn)品各不相同。管理刀片往往通過效勞器刀片上集成的監(jiān)控管理芯片進行1臺或多臺刀片式效勞器的集中監(jiān)控和管理。管理刀片向效勞器機柜內(nèi)的其他刀片提供必要的配置信息，并在某些刀片發(fā)生故障時接收報警信息，并向監(jiān)控程序發(fā)出報警。 - 應(yīng)用模式2：數(shù)據(jù)倉庫并行處理集群系統(tǒng) - 使用刀片式效勞器進行群集

8、并與存域網(wǎng)相結(jié)合，可以勝任大數(shù)據(jù)量吞吐的數(shù)據(jù)庫并行處理。 刀片式效勞器的靈魂：CompactPCI - 在本文前面的局部我們簡要地談過CompactPCI的歷史，在此我們繼續(xù)從技術(shù)角度來探討CompactPCI。這局部涉及的許多技術(shù)細(xì)節(jié)也許會讓您失去閱讀的耐心，但是如果您要想真正了解刀片式效勞器，一定要耐心閱讀。 CompactPCI的根本概念 - CompactPCI是基于PCI電氣標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)的高性能工業(yè)總線，適用于3U和6U高度的電路插板設(shè)計。CompactPCI電路插板從前方插入機柜，I/O數(shù)據(jù)的出口可以是前面板上的接口或者機柜的背板。盡管CompactPCI的熱插拔特性并不完善，但是作為

9、一項提高可用性的電氣特性也被電信設(shè)備的制造商們所重視。 - 由于CompactPCI插板與背板間的連接方式是長達2mm的插針與插座，即使機柜處于震動與搖擺的惡劣條件下也不易松動，在連接的可靠性方面明顯優(yōu)于臺式PC上的PCI接口標(biāo)準(zhǔn)。 - 臺式PC上的PCI標(biāo)準(zhǔn)在每段總線上只能支持4個插槽，而CompactPCI可以支持8個。兩者的擴展方法是相同的，都是通過PCI-PCI橋接電路。也就是說，CompactPCI系統(tǒng)可以通過PCI-PCI橋接電路連接多個PCI段，從而擴展到數(shù)十個插槽。 - CompactPCI是為電信、計算機通信和工控等領(lǐng)域設(shè)計的工業(yè)總線標(biāo)準(zhǔn)，其主要特點為支持高速通信和模塊化設(shè)計

10、。由于CompactPCI擁有較高的帶寬，它也適用于一些高速數(shù)據(jù)通信的應(yīng)用，包括效勞器、路由器、交換機等。 插板尺寸的定義 - 如圖8所示，CompactPCI的插板刀片尺寸規(guī)格定義一目了然。 圖8 CompactPCI的插板規(guī)格定義- 每條CompactPCI總線上可以有8個插座，一個稱為系統(tǒng)插座，其他稱為外圍插座(參見圖9)。 圖9 CompactPCI的背板插座背板接口的定義 - 目前CompactPCI的背板接口定義了5組插腳J1、J2、J3、J4、J5也請參照圖8。 - 在CompactPCI 2.0標(biāo)準(zhǔn)中對J1、J2的插腳進行了定義，包括電源、管理、根本通信等。J1用于32位PCI

11、通信，J2是可選的，可以進行64位傳輸，適用于背板I/O通信。CompactPCI 2.0只定義了J1、J2的插腳，J3、J4、J5的插腳是開放的，可以用于背板I/O、橋接第2條總線VME、SCSI等或者用于用戶自定義的數(shù)據(jù)通信。 - 在3U的機柜標(biāo)準(zhǔn)中只支持J1和J2，6U的機柜中才能支持J3到J5的擴展標(biāo)準(zhǔn)。 PICMG對于J3、J4、J5的幾種特定使用方式也有一些標(biāo)準(zhǔn)化的建議，但原那么上是開放的。 標(biāo)準(zhǔn)的紛爭 - CompactPCI總線標(biāo)準(zhǔn)是建立刀片式效勞器的根底。它是惟一的標(biāo)準(zhǔn)，同時也是標(biāo)準(zhǔn)紛爭的起源。 - CompactPCI目前有2個主要的版本，即 1.0版和2.0版，它們在接口

12、定義的完善程度上不盡相同。早期的刀片式效勞器全部采用CompactPCI 1.0的標(biāo)準(zhǔn)，只使用J1插腳，背板帶寬也限定在32位PCI之內(nèi)，這些產(chǎn)品屬于第一代刀片式效勞器。2021年最新推出的刀片式效勞器局部采用CompactPCI 2.0標(biāo)準(zhǔn)，背板支持64位PCI通信，稱之為第二代刀片式效勞器。由于標(biāo)準(zhǔn)的版本不同，兩代刀片式效勞器之間不能完全兼容。 - 2022年8月以前，由于從J3到J5都沒有明確的插腳定義，所以通過背板使用J3、J4、J5進行網(wǎng)絡(luò)通信、存儲等I/O數(shù)據(jù)交換的刀片式效勞器就會遇到互不兼容的麻煩，各廠商會有自己的定義。一些具有重要影響力的電信設(shè)備廠商更是成心采用廠商標(biāo)準(zhǔn)去定義插

13、腳的使用方式，制造設(shè)備間的不兼容性，從而維持電信設(shè)備廠商自身的壟斷地位及其高額利潤。 - 盡管目前接口標(biāo)準(zhǔn)日趨完善，但是都剛剛公布不久在下一個題目中討論，在產(chǎn)品上兌現(xiàn)還需很長一段時間，而且電信設(shè)備制造上仍有可能不完全采納新標(biāo)準(zhǔn)，繼續(xù)制造不兼容問題。 - 目前為止，只有HP一家聲稱完全按照CompactPCI標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計刀片式效勞器，而其他效勞器廠商只是在總線和接口標(biāo)準(zhǔn)方面遵循CompactPCI，在刀片的尺寸上沒有完全按照該標(biāo)準(zhǔn)去執(zhí)行。 - 為什么效勞器廠商也不能完全遵循標(biāo)準(zhǔn)呢？讓我們看一下CompactPCI的電路板規(guī)格定義就知道原因所在了。按照CompactPCI的定義，電路板高度為100mm

14、3U和233.35mm6U，這一規(guī)格被局部刀片式效勞器產(chǎn)品所遵循，然而160mm的電路板深度卻難以設(shè)計一塊功能齊全的效勞器刀片，所以很多廠商都在電路板深度方面按照自己的標(biāo)準(zhǔn)大幅增加。這樣就造就了廠商間產(chǎn)品規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)的不統(tǒng)一，刀片與機柜互不兼容。 - 另外，刀片式效勞器如何進行集中管理和監(jiān)控，目前還沒有完整的標(biāo)準(zhǔn)可依，CompactPCI標(biāo)準(zhǔn)沒有在管理方面定義一個完整方案。于是乎，仁者見仁，智者見智，廠商各行其道，互不兼容。 - 標(biāo)準(zhǔn)的紛爭是目前困擾刀片式效勞器市場的主要問題。用戶為各廠商產(chǎn)品間的互不兼容而困惑。 - 應(yīng)用模式3：高性能計算群機系統(tǒng) - 在進行高性能的科學(xué)和工程計算時，與采用大型機

15、的方式相比擬，大量的刀片式效勞器進行群集運算，能夠發(fā)揮出刀片式效勞器的本錢優(yōu)勢。 CompactPCI的現(xiàn)狀與未來 - 從某種角度上講，CompactPCI的現(xiàn)狀與未來決定了未來幾年刀片式效勞器的開展趨勢。2022年9月，PICMG發(fā)布了CompactPCI 2.0版本的補充標(biāo)準(zhǔn)2.16，定義了CompactPCI Packet Switching Backplane包交換式底板，簡稱CompactPCI/PSB。該標(biāo)準(zhǔn)在CompactPCI機柜背板總線中定義了一個星型拓?fù)涞?0/100/1000Mbps交換式以太網(wǎng)，從而可以在此根底上提供插板間的IP連接。該協(xié)議與64位CompactPCI、

16、H.110并存，因為CompactPCI/PSB的連接插腳定義在外圍插座(Peripheral slot)的J3。特定插座用于安裝實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)交換功能的插板在刀片式效勞器上稱之為網(wǎng)絡(luò)刀片。標(biāo)準(zhǔn)中還定義該插板可以實現(xiàn)冗余設(shè)計。 - PICMG研究這一標(biāo)準(zhǔn)的重要目的在于支持基于IP的電信應(yīng)用，然而卻為刀片式效勞器與以太網(wǎng)的緊密結(jié)合提供了可以依據(jù)的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。這種“背板上的以太網(wǎng)支持最多21個插座，每個插座的速率為10/100/1000/2000Mbps，背板帶寬高達40Gbps，支持鏈路層的流量控制。這一標(biāo)準(zhǔn)也從背板帶寬上解決了33MHz 64位CompactPCI總線帶寬缺乏的問題，效勞器刀片可以利用

17、CompactPCI總線外的網(wǎng)絡(luò)帶寬進行高速的外部數(shù)據(jù)I/O，包括網(wǎng)絡(luò)存儲等。 - 2022年10月，PICMG 2.14 CompactPCI MultiComputing Specification多值計算標(biāo)準(zhǔn)面世。該標(biāo)準(zhǔn)定義了在CompactPCI系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，不同處理器平臺Pentium系列、PowerPC、MIPS、PA-RISC、IPF等下的插板如何基于包交換進行數(shù)據(jù)通信。PICMG 2.14定義了多值計算網(wǎng)絡(luò)的概念MultiComputing Network，簡稱MCNet，使用不同處理器的插板被視為網(wǎng)絡(luò)中的外圍節(jié)點Peripheral Nodes，簡稱NP。每個MCNet還有一個系統(tǒng)節(jié)點System Node，簡稱SN，負(fù)責(zé)控制處理器間的通信。事實上，該標(biāo)準(zhǔn)使不同平臺的效勞器刀片分布在不同的總線分段上。 - PICMG 2.14標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布為不同處理器的效勞器刀片共處同一個效勞器機柜，并具有通過機柜背板的高效通信方式提供了工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，對推動刀片式效勞器開展有重要指導(dǎo)意義。 - 2022年11月，PICMG開始啟動PICMG 3.0標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計