《网络世界》年度综述:2005年服务器技术回顾

    2005年,服务器业界有众多吸引眼球的产品和技术出现,例如多核、酷线程、虚拟化增强、Power5+、BlueGene、低功耗技术,甚至还有光互连、垂直存储技术……在纷繁复杂的技术中,哪些关键性创新会影响到未来?


    转眼又是一年,又到了做回顾和展望的时间。与2004年相比,2005年与服务器相关的技术热点要多许多。硬件方面,处理器、内存和系统架构都有较大创新;软件方面,上下游厂商不约而同的强调虚拟化功能;在高性能计算领域,历时近两年才搭建完毕的“蓝色基因”(IBM BlueGene/L)创造了超过280 Tera Flops/s的夸张纪录;在其他领域,垂直记录技术和光互连技术将分别影响服务器本地存储和服务器连接网络的未来?总之,这是值得纪念的一年。



    多核元年


    尽管IBM早在4年前就在Power4上实现了双核,而且在今年Power5+又率先实现了4核(去年的Cell虽然有8个核心,但并非用于服务器平台),但似乎更多人会认为2005年才是“多核”元年,而且分析机构也开始宣称2007年“单核”处理器将消亡。


    4月下旬,AMD延续了自2003年4月以来的技术优势,在美国发布了10款双核新品,有3款属于面向4~8路服务器的双内核Opteron 800系列(875、870、865),有3款面向工作站及双路服务器的双内核Opteron 200系列(275、270、265),以及4款桌面端双核产品。面对AMD的压力,Intel虽然特意赶在4月18日发布了用于桌面PC的双内核处理器?Pentium D及Pentium 至尊版,但双核至强的发布则是在秋季IDF上,大约比AMD晚了6个月。


    就目前PC服务器CPU而言,AMD的优势比较明显。因为AMD的双内核设计是两个处理器内核通过共同的系统请求接口和交换矩阵电路,与集成的内存控制器和1~3条HyperTransport通路相连,在形成多路系统时,不存在对系统总线带宽和内存带宽的争抢瓶颈,目前在8路系统以下,越是多路则越能体现AMD双内核架构优势。也正是因为基于K8架构的双内核优势将更显著地体现于多路系统,所以AMD抢先在服务器处理器上引入双内核技术。Intel也并不讳言,坦承在这方面“落后AMD 9个月”。


    除了AMD和Intel,Sun和一家新成立的P.A半导体的产品似乎更值得注意。Sun在11月刚刚提前发布了具有8个核心、每核心可4线程的处理器UltraSPARC T1,UltraSparc T1处理器运转主频为1.2GHz,最大功率为72瓦,而双核Xeon处理器的最大功率为135瓦,双核Opteron处理器的最大功率为95瓦,可谓性能/功耗比最强的处理器。基于UltraSPARC T1的产品2006年才会发布,业界普遍看好。


    P.A. 半导体在10月份发布了名为PWR ficient的处理器。这款Power家族的新成员有2个内核(1~8个内核可选),它的时钟频率为2GHz,平均能耗约为5 瓦特,最大能耗为25瓦,这一性能指标将极大的吸引高性能计算和移动设备的供应商。这款处理器有一个非常新颖的设计?在大多数多内核芯片中,每个内核各自有自己的缓存,或者直接连接到一个缓存区。在PWR ficient芯片中,两个内核、缓存、I/O 系统、硬件加速器分别连接到一个所谓的“Conexium十字栅格”上。换句话说,所有的部件都通过一个微型网络相互通信,这样的设计能够降低功耗和制造成本。


    不过最关键的是,PWR ficient的出现似乎强调了CPU设计进一步朝着整合化发展:内存控制器的整合甚至南桥芯片的整合。Intel也表示将在2007年后在Xeon上整合内存控制器,似乎可以认为,芯片级的整合是必然的趋势。



    新架构挑战高端


    上半年IBM推出了耗时3年,投资过亿美元的X3 服务器体系结构。IBM宣称把大型机的功能引入了基于64位至强的X系列服务器。而X3架构的出现,影响最大的倒还不是传统的4路和8路的服务器市场,反而是安腾2的地位更加微妙。


    因为在7月中旬,IBM发布了采用X3架构的x460,直接影响到了安腾2面向的市场。虽然每个X3芯片组只能支持4颗至强CPU,但通过叠加一个X460MAX模块便可扩充为8路,最多可扩展到32路,而且8路x460的TPCC指标还超过了现在的8路安腾2。


    与X3架构相比,Sun的Galaxy家族也并不逊色。Sun在9月份发布了采用新架构的Galaxy产品线。McNealy说,Sun投入了上亿美元进行Galaxy产品线的研发。在“Galaxy”系列产品中,除了新的芯片组,还采用了多项特别的设计,如气流和散热的独特设计,以及复杂的远程管理工具。从Galaxy的顶盖来看,系统从设计之初就将所有部件分割成三个部分,电源系统与处理器以及其他的一些发热多的部件完全分割开来,两个部分散发的热量也分别排放,互不干扰;系统风扇部分集中在整个系统的一角,并单独开了一扇“小门”,如果出现问题的话,风扇可以方便地进行热插拔和更换。


    在性能上,Galaxy推出时打破了9项基准测试的纪录,包括两路服务器的SPECweb99_SSL基准性能测试、SPECjbb2005基准性能测试和SPECfp_rate2000基准性能测试。


    虽然该系列目前限于AMD在架构上的限制,最多只能支持8路服务器系统,不过按照AMD的路线图,到2008年将实现32路的SMP系统,也就是说,届时的皓龙平台和至强平台一样,将不再只是所谓的PC Server,而是能承载企业级应用的计算平台。


    虚拟化进一步增强


    截至到3月份英特尔发布VMM(Virtual Machine Monitor )技术和AMD发布Pacifica技术为止,虚拟化技术已经覆盖了所有的操作系统和处理器。


    虚拟机管理的难度在于对虚拟机和物理服务器的识别和管理,为了解决这一问题,英特尔引入了VMM层。实际的硬件平台通过VMM与各虚拟机打交道,VMM是建立在处理器、芯片组硬件平台上的一层系统软件,其作用是允许多操作系统共享共同的硬件平台,并且允许应用程序不经修改即能运行在多VM环境中。实际上,VMM非常类似IBM的p系列上的Hypervisor层。


    而AMD推出的Pacifica技术目前还没有详细资料,不过AMD在8月份 发布了Pacifica的仿真软件SimNow,它可以从AMD网站下载。从仿真器实现的功能来看,Pacifica技术包括位于处理器的Core上的VM Tuning(虚拟机调节单元)电路、Hypervisor层(IBM原创,位于操作系统和硬件之间的固件,用于配置和管理分区,后业界广泛借鉴此技术)和实现用户在多种操作环境之间共享硬件。与VMM技术不同,Pacifica技术强调了对内存控制器的改进,VM Tuning可以直接访问内存控制器,并通过逻辑开关来控制虚拟机对内存的调用。


    整体而言,基于x86架构CPU层面的虚拟化技术,打破了RISC处理器在虚拟化技术上独霸的局面,虽然功能上还有待改进,但这意味着PC服务器的性能将和Unix服务器越来越接近。


    在操作系统层面,去年发布的AIX5L v5.3和Solaris 10的虚拟化功能都得到了大幅度增强,而年初HP推出的HP-UX 11i v2则重点强调了VSE(虚拟服务器环境)的增强。在HP-UX的VSE环境中,有动态调整CPU资源的处理器资源管理器,有负责分区管理的软分区和硬分区技术,有管理跨分区和跨服务器的HP ServiceGuard,以及广域网环境下的城际集群和洲际集群技术。


    至于虚拟机技术的提供商,最为活跃的当然还是VMware和微软。VMware今年发布了ESX Server3和VirtualCenter2,实现了4路SMP系统的虚拟机,而且在一台16路的IBM eServer x服务器上可最多支持80台虚拟服务器(不过只支持Linux和Windows),虽然还远远比不上IBM和HP虚拟技术的强劲性能和操作粒度,也不能实现对Unix操作系统的虚拟,但也足以满足前端用户的需求。根据VMware的蓝图,2007年前后将能实现8路SMP系统的虚拟机,但是对Unix的支持则还不明朗。


    4月份,微软免费发布了Virtual Server 2005 Service Pack 1,后在此基础上发布了Virtual Server 2005 R2(微软使用R2命名法来表示临时产品升级),并收取一定费用。Virtual Server 2005 R2的特性包括对非Windows虚拟机(如Linux)的支持;使用Windows Server 2003的x64版本作为主机操作系统的能力;集群技术支持;对通过网络安装客户操作系统的支持。


    除了VMware和微软,Linux上的虚拟化软件Xen也引起了足够多的关注。在3月份的的LinuxWorld会展上,众多厂商以资金、程序协助、贡献程序代码等方式表达了对Xen 的支持,其中包括Sun、惠普、Novell、英特尔、IBM、 Voltaire。Xen 在三年前诞生于英国的剑桥大学,它和VMware之间的差异点在于,VMware完全仿真计算机,因此理论上操作系统可不需更动就直接在虚拟机上执行;Xen则使用了被称为“并行虚拟化”的技术,这让Xen的效能更高,但需要对操作系统进行适当的修改。


    整体而言,虚拟机技术的挑战是如何在更大规模的系统上实现更多的虚拟机,目前最强的IBM能在p5 595上实现254个逻辑分区,看起来好像很多,但是谁敢说这就一定能满足无限增长的需求呢?