劉 芬

（專利審查協(xié)作北京中心，中國 北京100096）

0 前言

刀片服務(wù)器通過在標(biāo)準(zhǔn)高度的服務(wù)器機(jī)箱內(nèi)插入多個計算單元從而實現(xiàn)單位體積內(nèi)得到最大的計算能力。每一個插入機(jī)箱的刀片都是一個獨立的服務(wù)器，包含本機(jī)的CPU ,硬盤等硬件，同時在開機(jī)時，每個刀片服務(wù)器都會啟動自己的操作系統(tǒng)。刀片服務(wù)器雖然給散熱和風(fēng)扇帶來特殊的要求，但同時提供了強大的計算能力以及降低了外部線纜帶來的故障問題，目前已經(jīng)成為大型的數(shù)據(jù)中心以及建立高性能集群的主流。

1 刀片服務(wù)器架構(gòu)的發(fā)展歷史

早在19 世紀(jì)70 年代，就已經(jīng)有研發(fā)者將小型計算機(jī)集成到單個板卡中，并將多個板卡打包放置在一個機(jī)柜內(nèi)。 這種架構(gòu)通常作為工業(yè)控制中小型機(jī)的配用方案，同時也為刀片式服務(wù)器的發(fā)展提供了早期的雛形。

1981 年出現(xiàn)的VMEbus?協(xié)議定義了一種將板級計算機(jī)安裝在具有多個插槽的機(jī)箱以提供存儲，計算能力的計算機(jī)架構(gòu)。 之后PICMG組織開發(fā)了被稱為CompactPCI 的機(jī)箱/刀片架構(gòu)， 用于即將出現(xiàn)的PCI 總線結(jié)構(gòu)。 這些早期的刀片架構(gòu)的共同點是都將整個機(jī)箱作為一個系統(tǒng)，機(jī)箱內(nèi)不管有幾個計算板，總有一個作為主計算板來協(xié)調(diào)其他計算板進(jìn)行工作。

Christopher Hipp 和David Kirkeby 發(fā)明了首個真正用于商業(yè)額刀片服務(wù)器，并被授予專利。 RLX 公司在2001 年正式開始銷售商用刀片服務(wù)器。 下圖為RLX 銷售的刀片服務(wù)器：

圖1 RLX 刀片服務(wù)器

RLX 公司之后被惠普公司所收購， 之后惠普宣稱也發(fā)布刀片服務(wù)器，但僅僅是電信設(shè)備使用的單板信息系統(tǒng)。

2 刀片服務(wù)器的主要組成模塊

除了組成計算單元的基本模塊，如CPU,內(nèi)存,硬盤等。刀片服務(wù)器在硬件上需要添加額外的模塊以保證服務(wù)器能可靠的運行。

（1）冷卻模塊：刀片服務(wù)器在提升單位體積內(nèi)計算能力的同時也造成了熱量的大量累計，因此需要對冷卻模塊進(jìn)行特殊設(shè)計。 除了采用跟CPU 相匹配的散熱器外，對風(fēng)扇的選購必須經(jīng)過嚴(yán)格的實驗。 需要散熱工程師根據(jù)實驗的結(jié)果對風(fēng)扇進(jìn)行篩選，同時制定嚴(yán)格的轉(zhuǎn)速和溫度之間的對應(yīng)公式。

（2）電源模塊：電源部分除了滿足刀片服務(wù)器運行時所需要的功耗外，還需要提供較高的可靠性。 電源部分大多采用多個可熱插拔的模塊化電源，出現(xiàn)問題后可以在不關(guān)閉系統(tǒng)的情況下進(jìn)行替換。

（3）監(jiān)控管理模塊：不同于個人電腦，刀片服務(wù)器在運行過程中需要對運行的狀態(tài)進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)控，記錄運行中每一個監(jiān)控傳感器產(chǎn)生的異常。 以便維護(hù)人員及時掌握服務(wù)器中每個刀片的健康狀態(tài)。 同時監(jiān)控管理模塊還需要根據(jù)傳感器讀到溫度動態(tài)的調(diào)整每個刀片每個風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速。同時監(jiān)控管理模塊對刀片服務(wù)器提供KVM, SSH 等遠(yuǎn)程管理方式，使得維護(hù)人員可以在遠(yuǎn)程通過網(wǎng)絡(luò)來對服務(wù)器進(jìn)行管理。

（4）存儲模塊：在刀片服務(wù)器系統(tǒng)中，所有的硬盤通過RAID 卡組成一個RAID 陣列。 對于服務(wù)器系統(tǒng)來說，RAID 卡將所有硬盤抽象成一個大硬盤用于存放操作系統(tǒng)，數(shù)據(jù)等信息。RAID 陣列的搭建必須實現(xiàn)冗余和熱插拔。 在實際使用中，刀片服務(wù)器配合SAN 和ISCSI 等專業(yè)存儲設(shè)備可以很好的擴(kuò)充容量，滿足用戶的需求。

3 國內(nèi)刀片服務(wù)器現(xiàn)狀

在目前的國內(nèi)刀片服務(wù)器市場上， 占有較大份額的仍然是IBM,DELL 等國外公司，同時ORACLE 等公司的軟件產(chǎn)品也占據(jù)了服務(wù)器軟件的主要份額。由于設(shè)計到保密，自主性等問題。國內(nèi)服務(wù)器廠商今年來也獲得了較大的發(fā)展。 聯(lián)想，浪潮，曙光，華為等廠商越來越頻繁的推出自己的高性能服務(wù)器。 浪潮公司近期提出的I2I 計劃表明國產(chǎn)刀片服務(wù)器已經(jīng)具有和國外公司競爭的實力。 同時，國產(chǎn)刀片服務(wù)器仍受制于關(guān)鍵芯片無法國產(chǎn)等因素，但是隨著龍芯，飛騰等芯片的成熟化，最終可以實現(xiàn)服務(wù)器的完全國產(chǎn)。

4 刀片服務(wù)器的未來發(fā)展趨勢

刀片服務(wù)器由于節(jié)約空間，便于集中管理，易于擴(kuò)展和提供不間斷的服務(wù)，成為下一代服務(wù)器的新要求。結(jié)合目前推出的各種新技術(shù)，可大大提高刀片服務(wù)器的性能：

（1）高性能的處理器：調(diào)查表明當(dāng)前服務(wù)器有70%的負(fù)載用于處理數(shù)據(jù)和進(jìn)行計算，只有30%的負(fù)載用于處理新增業(yè)務(wù)。 因此相對于單純增加服務(wù)器的個數(shù)，提高服務(wù)器的性能更能滿足日益增長的計算需求。 未來的服務(wù)器可通過采用更高性能的處理器，內(nèi)存等硬件的方式來提高單個刀片的處理能力，同時提高系統(tǒng)的計算能力。

（2）虛擬化：為了保證在高峰時刻能滿足要求，運營商必須投入大量的服務(wù)器資源，這樣會在非高峰時期造成大量計算能力的浪費。 因此可以采用虛擬化和云計算的方式，根據(jù)實時的數(shù)據(jù)處理要求來調(diào)度不同數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器進(jìn)行運算。 虛擬化技術(shù)是目前研究的一個熱點，也是一項比較使用的技術(shù)，隨著時間的推移，服務(wù)器的虛擬化特性會在實踐中得到更多的應(yīng)用。

（3）單芯片多處理器：隨著處理器技術(shù)的發(fā)展，在單個刀片上可以集成多個CPU，這樣在能耗，散熱上都會比傳統(tǒng)的刀片服務(wù)器更具有優(yōu)勢。 目前各個廠商都在進(jìn)行這方面服務(wù)器的開發(fā)。

［1］Pc服務(wù)器的發(fā)展趨勢[OL].百度文庫,http://wenku.baidu.com/link?url=HZFixTBRyHTPDakLIio9JUj7xs9rJ5vZELJcvpzakpYpUBTIsx -BGFQ35b0BEKKap 78UBbzW2QbzyqkCpPXsrnS5HZ30AoR1HuqIHtCMWdu.

［2］Blade Server wike，http://en.wikipedia.org/wiki/Blade_server[OL].