之前小弟有介紹過雲端運算的架構 (http://www.wretch.cc/blog/KisPlay/1268404), 只是雲端運算對台灣廠商來說, 可能最顯而易見的地方還是在硬體設備上. 這次就繼續上次的主題, 來聊一聊雲端運算背後的硬體架構啦~
1.1 伺服器
在外觀上大致可以分成三種類型, 直立式伺服器、機架式伺服器、刀鋒伺服器, 目前以刀鋒伺服器最適合應用在雲端運算.
1.1.1 直立式伺服器(Pedestal Servers)
這是最基本款的伺服器, 外型類似一般消費者使用的桌上型電腦. 可以放在桌上或地板上, 且具有較多的擴充槽, 無需額外支撐機架, 插上電即可使用. 常用於學校或小型企業MIS機房, 若應用在資料流量龐大的雲端運算環境並不恰當.
圖1 直立式伺服器
1.1.2 機架式伺服器(Rack Servers)
機架式是一種結構優化的直立式伺服器, 它的設計目的主要是減少伺服器空間的佔用. 當然對於尺寸也有標準規範, 通常機架式伺服器的寬度是19英吋, 而高度以U為單位(1U=1.75英吋), 圖2就是一個1U的機架式伺服器. 雖然1U伺服器輕薄短小, 功能齊全, 但因為高度受到限制, 所以擴充不易、升級困難. 解決方法就是在設計機架式伺服器的階段時, 加大尺寸規格(1U2U, 4U, 7U), 以便有更多空間容納組件, 提高伺服器運算能力.
圖 2 機架式伺服器
1.1.3 刀鋒伺服器(Blade Servers)
主要結構為一個大型主體機箱, 內部可插上許多獨立的伺服器模組, 每一個模組就是一個完整的系統, 因此可以運行自己的作業系統, 提供不同的服務: 如網路、儲存、管理、光纖通道、I/O…等等不同功能. 然而每一個伺服器模組相互之間沒有關聯, 所以必須透過系統軟體將這些伺服器集合成一個伺服器群組. 在群組模式下, 所有的伺服器模組可以連接起來提供高速的網路環境, 共用資源, 提供相同的服務. 因為每一個伺服器模組都可以支援熱插拔, 所以為提高整體刀鋒伺服器的性能, 可以自由的進行替換或增加模組, 將維護時間減少到最小.
圖 3 刀鋒伺服器
1.2 刀鋒伺服器的特徵
伺服器因為要處理數以萬計使用者的資料, 因此本身的處理效能遠比儲存資料量還重要. 以刀鋒伺服器的單一模組而言, 主機板最高可以支援4顆六核心的處理器(最高24核心)以及16個記憶體插槽(最高128GB).
圖 4 刀鋒伺服器模組主機板示意圖
1.2.1 備援系統(Redundancy)
基於伺服器的可靠性考量, 刀鋒伺服器模組的電源供應器至少都會有兩套. 在刀鋒伺服器正常運作時, 可以透過備援電源供應器分散電力來源, 增加電源供應器的使用壽命；當其中一個電源供應器損壞時, 此刻另一個電源供應器就能派上用場, 整個刀鋒伺服器模組的電力來源, 就由此電源供應器來提供所需的電力.
圖 5 備援系統的目的
1.2.2 固態硬碟(Solid State Disk)
資料可靠度是【使用者端】最在意的議題, 沒有人願意遇到自己的email、工作檔案、重要資料…遺失. 所以, 當不可預期的電力中斷時, 有些廠商會在刀鋒伺服器模組的主機板設計「超級電容(super capacitor, 常見規格是1F以上)」的並聯電路, 來當做電力中斷時的電力來源. 藉由超級電容提供電力的同時, 系統會把記憶體的資料快速搬移到固態硬碟, 來達到資料保存的目的, 同時也減少因電力中斷所造成的損失.
圖 6 電力中斷時的資料保存方案
1.2.3 記憶體(Registered DIMM, RDIMM)
在極端應用環境, 一個效能良好的系統所需具備的特性中, 記憶體的容量與速度對系統效能有決定性的影響. Registered DIMM的目的, 主要是讓處理器常用的指令暫存在其中, 如此可以得到加速的效果, 所以常用於伺服器上.
1.2.4 通訊介面
伺服器需要處理龐大資料量, 通常刀鋒伺服器模組都同時具備多個光纖通道(4Gbps * M)與Gigabit乙太網路(1Gbps * N). 為了避免【使用者端】遇到斷線的情況, 一般而言, 伺服器都會使用多路徑傳輸, 來降低斷線的風險.
圖 7 多路徑傳輸
1.3 儲存設備(Storage)
資料處理需要高效能的伺服器, 相對的, 資料保存就需要大容量的儲存設備. 然而高階儲存設備的容量可以高達4.5 petabytes(PB), 入門商用等級的儲存設備也具備12TB的容量. 一般而言, 此設備都支援硬碟熱插拔, 設備亦擁有擴充介面(SAS或光纖), 經由設備串接(daisy chain)來達到增加容量的目的, 提供更佳的服務.
圖 8 商用入門款: 12顆3.5吋SAS硬碟(max. capacity: 12TB)
圖 9 商用入門款: 24顆2.5吋SAS硬碟(max. capacity: 12TB)
整體而言, 雲端運算相關產業的涵蓋面很廣, 硬體的部份是台灣廠商相對而言較容易切入的部份囉. 以上這些是小弟之前閒來無事上網找的資料整理, 畢竟還不是小弟的本行, 也歡迎大家交流討論一下囉~
