刀片服务器之CompactPCI 6U背板标准

    刀片服务器,是高密度计算发展的一个典型产物,从其物理形态就可以看到其独到之处,一片板子(所谓的一个服务器刀片)即是一台独立的服务器,这在以往是很难想像的。 


    不过刀片服务器的优势不仅仅是高计算密度,其背板设计也给了系统设计者以丰富的想像空间,通过变换背板的标准,可以设计出具备各种不同功能、应用于各种不同领域的刀片服务器产品。目前有很多厂商提供了一种3U的背板规格,通过这种背板可以为服务器提供电源、键盘鼠标和显示器的接入、部分管理功能和低速的I/O接口(如软盘、光驱等),还可以实现热插拔功能。这种规格的背板虽然很好地支持了高计算密度的集群,但从本质上与目前的机架服务器加KVM的形式没有太大区别,并没有太多的新意。


    另一种普遍采用的是基于CompactPCI规范的6U背板标准。这种标准在背板上提供了5段针式接口(J1到J5),在每段不同的接口上设置了不同的总线和控制信号,从而提供很多系统特色。



64位和32位的PCI总线



CompactPCI背板上设置了PCI总线,在J1 接口上实现了32位PCI总线,J2接口上实现了64位PCI总线。这样使得连接在背板上的服务器刀片(SBC)可以通过PCI总线控制各种不同的I/O设备,尤其是各种与语音通信相关的I/O设备,比如T1/E1中继板、7号信令网关、IP电话网关、电话用户板等等,SBC通过PCI总线实现对这些板卡的控制和存取,从而实现各种基于语音的电话增值业务,如语音信箱、电话会议、CALL CENTER、CRM中的主叫号码提取等等。



集成计算机和电话系统的H.110总线



集成计算机和电话系统的H.110总线在J4、J5接口上实现。通过这种总线,系统中与语音相关的I/O设备可以实现基于电路连接的无阻塞话音交换,这种交换方式是PCI总线和以太网所无法满足的。



10/100/1000M以太网交换总线



10/100/1000M以太网交换总线在J3接口实现。这种背板标准支持到每个SBC的10/100/1000M以太网连接,并且可以在背板上安装10/100/1000M的2~4层交换机,这样可以把系统中每个槽位上安装的SBC与交换机连接起来,提供一个基于IP的交换网络。通过集成这种总线,刀片服务器系统可以很好地集成IP业务和语音业务,提供各种不同的电信增值服务。



通常VoIP、语音信箱、主叫号码显示、各种基于数据库的应用等电信增值业务是通过PBX以及和PBX IP网接口连接的一系列服务器来实现,这种系统构成有很多不足的地方,比如:系统设备的标准相对封闭、系统构成复杂、维护较困难、系统扩展难度较大、系统的体积较大等等。



如果我们采用基于CompactPCI标准的刀片服务器系统来实现,系统可能就是完全另外一种样子(如图1),这样的实现,首先系统体积小,只要一个刀片服务器机箱;第二,系统基于标准的体系架构,开发和维护容易,成本低廉;第三,系统非常好地集成了语音通信和IP通信,易于部署增值电信业务;第四,系统具有较好的可扩展性,因为背板提供了丰富的带宽资源,同时单位空间内丰富的插槽,可以安装更多的服务器刀片,提供了充足的计算资源;第五,系统还可以利用各种高可靠性和高可管理性的特点。



服务器刀片的热插拔



通过背板上的特殊信号,在SBC插到背板上时,系统能够知道,并为系统供电,同时通过一个中断信号激活处理器并引导系统。当SBC从系统中移掉时,只要搬动SBC上下两端的移出把手,系统就会发出中断信号给处理器,处理器执行操作系统的关闭程序,同时通过SBC前面板上的LED显示操作系统已经安全关闭,然后可以安全地拔下SBC。



服务器刀片间的热备份 背板的各种总线往往会分成两段,每段有不同的SBC控制。在背板上存在两个特殊槽位,在这些槽位上的SBC同时连接到这两段总线上,正常状态下一个活动的SBC在控制两段总线和总线上的设备,另一个SBC处在备份状态,如果活动的SBC出现故障,备份SBC会接管两段总线和应用。参见图2。



支持IPMI规范的系统管理总线



IPMI是服务器标准的管理规范,CompactPCI背板支持这种标准,从而让整个系统处于一个基于开放标准的管理规范之下,让我们可以使用现在服务器上普遍采用的技术管理刀片服务器系统。我们可以方便地监控系统的电压、电流、温度、风扇转速等可靠性相关的指标,并通过管理软件的报警和远程管理功能提高系统的可靠性。参见图3。



通过讨论以上种种CompactPCI 6U背板的技术特点,我们可以发现,基于这种技术标准的刀片服务器系统,不但可以实现高性能和高计算密度的服务器集群,而且还可以很好地实现各种基于语音业务的增值电信服务,实现IP网和语音网的集成,充分发挥服务器的计算能力和充分利用语音网络方便的接入方式。这种平台为我们未来的应用系统提供了一个非常广阔的发展空间。



CompactPCI标准和技术特点



CompcatPCI标准是PIGMG组织开发的一系列标准,这一系列标准定义的是一种基于背板连接的计算机系统和I/O系统的标准,包括物理规格、电器特性、各种通信总线、可靠性、可管理性等一系列特性,主要的标准如下:

● PICMG 2.0 CompactPCI核心规格;

● PICMG 2.1 CompactPCI 热拔插规格;

● PICMG 2.2 CompactPCI VME扩展标准;

● PICMG 2.3 CompactPCI PMC扩展接口定义;

● PICMG 2.5 CompactPCI 计算机与电话系统集成(CTI)规范(H.110总线);

● PICMG 2.6 PCI到PCI桥;

● PICMG 2.9 CompactPCI系统管理总线;

● PICMG 2.11 电源规范;

● PCIMG 2.12 热插拔体系结构;

● PICMG 2.13 系统冗余插槽;

● PICMG 2.16 以太网包交换背板规范;

● 未来会扩展到Infinband;

● 兼容H.110。