面向轻量型横向扩展工作负载的灵活的低功耗微型服务器

1、Look Inside.TM白皮书基于英特尔® 技术的微型服务器面向轻量型横向扩展工作负载的灵活的低功耗微型服务器基于英特尔® 架构的大量小型计算节点可满足部分新兴的轻量型横向扩展工作负载需求，实现全新水平的功效和密度。微型服务器已兴起为特定类型工作负载的一个选项，这类工作负载往往能够随着大量相对轻量型的节点1 而有效扩展，如低端的专用托管和简单的内容交付。英特尔支持该拓扑，并设计了种类繁多的处理器产品来提供选择灵活性，提高节点密度并降低节点功耗。本白皮书介绍了微型服务器的设计概念，为云服务提供商和托管方（hoster）提供了相关的背景知识，帮助他们清晰地判断微型服务器能否

2、满足其服务器基础架构的需求，从而做出明智决策。本白皮书阐述了微型服务器的演变历程及系统设计的特征，并说明了在确定适合微型服务器部署的工作负载时需考虑的事项。本白皮书还概述了基于英特尔® 至强 处理器 E3 家族和英特尔® 凌动 处理器 C2000 产品家族的微型服务器。1 概述随着云服务提供商和托管方不断改进和拓展服务产品，全新的应用和软件模型正如雨后春笋般层出不穷。例如，在许多云计算和托管数据中心，web 层已发展成为服务器基础架构的重要组成部分，为数百万用户处理着相关内容。分析和非关系数据库等高度并行化工作负载正变得日益普及。大量全新的内容交付服务正催生数字内容的多样化

3、存储和分配方式。尽管多数新兴横向扩展工作负载需要高性能系统来处理动态的复杂任务，但少数对服务器基础架构的需求则较低。这些轻量型应用并未充分发挥在当前的企业数据中心环境内比较常见的配置充裕的内存、磁盘和网络选件的主流服务器平台的优势。微型服务器是一种新兴的系统设计类别，它旨在满足轻量型应用的运行需求，同时提升数据中心的效率。微型服务器的通过配置大量服务器节点来在通用机箱内共享电源，散热风扇等基础架构。提升密度早已是大势所趋。在过去 15 年，服务器架构的创新发展已帮助显著提升了效率、密度和可管理性。例如，刀片服务器在企业中被广泛采用，而且半宽机架安装式服务器等最新的系统设计的实施目标主要是云服务

4、提供商的数据中心。如图 1 所示，在众多服务器设备中，微型服务器现在举足轻重，已成为全新的密度优化系统。灵活的低功耗微型服务器Look Inside.TM什么是微型服务器？微型服务器代表一种全新的服务器架构，其特点是许多轻量型服务器节点整合在一个共享机箱基础架构中。该拓扑专用于提升密度、降低每节点功耗、减少成本和提高运营效率。通过共享通用风扇、交换设备、电源和金属机箱，微型服务器可相对标准机架选项简化机架基础架构并提升密度。服务器外形创新塔式服务器机架服务器刀片服务器微型服务器图 1. 微型服务器已兴起为一种全新的密度优化类别，是对塔式、机架和刀片服务器的有效补充。2 面向轻量型横向扩展工作负

5、载的微型服务器目前，计算专业人士面临的一项主要挑战，就是在大量的小规模及大规模系统中找到能满足其需求的系统。当云服务提供商和托管方在权衡大量普通的节点是否比少量强大的节点更适合特定实施时，微型服务器则可为他们提供全新的选择。某些高度并行化的分布式工作负载对每节点的计算要求相对较低，这时使用微型服务器可以实现高效的横向扩展。尽管这类系统不适合所有工作负载，但是对于某些细分市场它具有光明的应用前景。例如，托管环境经常需要支持大量对计算要求不高的任务，如请求登陆身份验证或提供小型静态 HTML 页面等。微型服务器拓扑中的大量小型节点非常适于处理这类任务，因为软件具备高度并行性，而且有关交易可轻松分配

6、给较小的计算任务。然而，当在企业任务中占多数的计算密集型任务的数量不断增多，小规模的微型服务器节点资源很可能不堪承受，如计算能力、内存占用空间、网络和存储。传统的高性能服务器基础架构更能胜任这类情况。图 2 中的图表列出了评估微型服务器对各种服务器工作负载适用性时需要考虑的主要事项。在该图中，三个重要服务器属性分别映射至特定轴，我们可根据每个轴对服务器工作负载进行标绘（plot）。三个轴为： 随内核数量扩展。轴的数值越高（向左扩展时），表示高度并行工作负载不断受益于更多内核添加至单台服务器，使每个工作单元可共享通用的 I/O、系统内存、存储等。 随物理节点扩展。轴的数值越高（向右扩展时），表示

7、越高度并行化的工作负载，但它们往往在添加更多物理服务器时更能高效扩展，因为每台服务器的内存、I/O 和存储要求会逐步降低。 随强大内核扩展。当轴的数值越高时（向上扩展），工作负载可随强大内核在频率、高速缓存和内存带宽等方面实现最佳扩展。这些工作负载往往具有单线程，或有限的并行性。图 2 中的“典型微型服务器工作负载”区域表示在添加大量轻量型服务器时，工作负载可实现最佳扩展。该区域中的工作负载示例包括低端 web 服务、静态内容交付、离线或批量分析及低端专用托管。典型的微型服务器工作负载随可靠内核扩展低端专用托管简单内容交付节点低端 Web 服务器核数量扩展随内随物理节点扩展作负载横扩展工作负载

8、标准工低端向图 2. 该 3D 图表表示，微型服务器的理想工作负载往往具有较低的处理要求，并能通过添加更多互联物理节点实现最佳扩展。灵活的低功耗微型服务器3 将功能与任务匹配：多样的英特尔® 平台即使在微型服务器这一类别中，也没有某一款微型服务器能够为系统设计或处理器选择提供一刀切式解决之道。一些微型服务器可能具有高性能的单插座处理器及可靠的内存和存储，而另一些可能具有数量高出很多的微型密度配置及每节点较低的功耗和较低的计算容量。为了满足所有这些需求，英特尔提供了从低端到高端的广泛处理器产品，帮助企业能够选择适合其工作负载的处理器。英特尔® 至强 处理器适用于许多细分市场，

9、如高性能计算、金融服务、云计算和数据库。对于微型服务器工作负载，英特尔至强处理器 E3 家族可提供丰富的节点性能、每瓦性能和灵活性选择。相比英特尔至强 E3 微型服务器，英特尔凌动处理器 C2000 产品家族可提供极低的功耗和更高的密度。因为所有这些平台可共享通用的指令集架构，所以应用代码可在整个产品家族中运行。由于工作负载要求会不断变化，因此这一特征极为重要。例如，当前的瓶颈可在数月的时间内发生显著变化，从受限于处理器转变为受限于内存再转变为受限于 I/O。在应对这种变化方面，英特尔架构的灵活性可发挥重要作用。客户一直表示，希望在微型服务器中获得与传统机架和刀片服务器基础架构中相同的特性和功

10、能。具体而言，他们想要 64 位软件支持、虚拟化支持、纠错码（ECC）内存、全面的电源选项和广泛的软件兼容性。英特尔至强处理器 E3 v3 家族的功耗为 84W 到 13W，可为微型服务器平台提供所有这些优势。英特尔凌动处理器 C2000 系列还可在 6W TDP 的极低功耗范围内，支持这些企业级服务器特性。4 基于英特尔® 技术的微型服务器发展势头强劲对广大 OEM 而言，微型服务器市场正在加速发展，戴尔、日立、惠普、日本电气公司、广达、Supermicro 和泰安等行业领导者竞相推出了纷繁多样的产品。广泛的创新产品采用了灵活、丰富多样的英特尔至强和英特尔凌动处理器，包括基于全系列

11、平台的微型服务器。标准化工作为微型服务器领域的广泛创新做出了巨大贡献。为了实现目标，在服务器系统基础架构（SSI）论坛中，英特尔与广达和泰安等公司进行了密切协作，以制定微模块服务器规范。SSI 是一家总部位于加利福尼亚州圣拉蒙市的贸易集团，致力于携手行业领导者制定基础架构标准。该论坛的目的在于通过推进计算技术的标准化工作，加快市场增长，并唤起业界为微型服务器最终客户提供出色功耗和降低成本的重视。Look Inside.TM微模块服务器规范是一种灵活的节点构建模块，其设计目标非常明确，即通过轻松的定制来满足各种不同的功耗和性能设计需求。该规范定义了模块尺寸和引脚，但是支持 OEM 灵活定制系统架

12、构，包括背板、互联和存储配置。它使用广泛可用、经过行业验证的低成本接口，并需要模块机械互操作性，同时提供电气互操作性选项。总体而言，该方案在灵活性与标准化之间实现了平衡，因为它帮助 OEM 在产品系列内并相对竞争对手实现了产品差异化，同时最大程度确保了设计重复使用率。因此，该规范可提供多种 OEM 优势，包括： 支持在一个标准框架内进行系统外形、机箱、散热、切换和管理等方面的创新，满足不同的产品要求。 充分利用对于多种产品（以不同应用和细分市场为目标）的系统设计投资，最大程度提高投资回报。 充分利用本规范、现有设计工作与英特尔验证和设计宣传材料，提高设计效率，从而加快上市速度。最终客户是设计灵

13、活性和效率的最终受益者，他们可因此在创新产品可用性方面获益，从而满足不断变化的业务需求，并保持低成本和获得高投资回报。5 结论从英特尔至强处理器 E3 v3 到英特尔凌动处理器 C2000 系列的基于英特尔架构的微型服务器可为计算解决方案的部署提供极低功耗的高密度系统，全面满足轻量型横向扩展工作负载的运行需求，如低端专用托管和静态 web 服务。微型服务器可通过减少风扇和电源等系统基础架构，提供效率优势。微型服务器还可帮助客户提高密度，提供改进现有机架和电源基础架构使用状况的新方式。随着整个行业已经开始将微型服务器整合至现有和全新的使用模式，因此与支持此类特定工作负载相关的总体拥有成本有望得到

14、降低。主要的微型服务器要求 低功耗 64 位处理器 英特尔® 虚拟化技术支持 ECC 内存 广泛的软件兼容性灵活的低功耗微型服务器Look Inside.TM可优化扩展的处理器选择将处理器功能与特定数据中心工作负载的扩展特征进行匹配，对于优化微型服务器的价值至关重要。英特尔® 至强 处理器 E3-1200 v3 产品家族内核数量（最多）处理器频率（最高）内存容量（最大）PCI Express*（PCIe*）通道功率（最低）43.6 GHz32 GB16 (PCIe 30)、8 (PCIe 2.0)13W英特尔® 凌动 处理器 C2000 产品家族82.6 GHz6

15、4 GB16 (PCIe 2.0)6W英特尔凌动处理器 S1200 产品家族22.0 GHz8 GB8 (PCIe 2.0)6.1W 随节点性能扩展。在这三个产品中，英特尔至强处理器 E3-1200 v3 产品家族具备最高的单线程性能和每节点性能，以及最强大的 PCIe 连接和高级显卡支持。 随高节点数量扩展。英特尔凌动处理器 C2000 和凌动 S1200 产品家族具备较高的节点密度。相比英特尔凌动处理器 S1200，英特尔凌动处理器 C2000 可提供更大的内存和 PCIe 容量在高度并行工作负载之间进行共享，以及更高的节点性能和每瓦性能。通过以下网站关注我们：13节点至少包括一个 SoC 及其本地系统内存，并（根据实施要求）最好包括所有需要的 IO 组件。Yeraswork，Zewde，“SSI 论坛发布微模块服务器规范”CRN（2011）。本文件中包含关于英特尔® 产品的信息。本文件不构成对任何知识产权的授权，包括明示的、暗示的，也无论是基于禁止反言的原则或其他。除英特尔产品销售的条款和条件规定的责任外，英特尔不承担任何其他责任。英特尔在此作出免责声明：本文件不构成英特尔关于其产品的使用和/或销售的任何明示或暗示的保证，包括不就其产品的（i）对某一特定用途的适