Серверы — это электростанция любого центра обработки данных. Эти модульные, коробочные компоненты содержат всю вычислительную мощность, необходимую для маршрутизации и хранения данных для каждого возможного варианта использования.
В зависимости от размера центра обработки данных организации используют блейд, стоечные или башенные серверы, чтобы администраторы могли масштабировать количество серверов в зависимости от потребностей, эффективно обслуживать оборудование и легко поддерживать его охлаждение.
Независимо от того, использует ли центр обработки данных серверы в стойках, блейд-серверах или серверы Tower, аппаратные компоненты центрального сервера остаются неизменными и помогают поддерживать одновременную обработку данных в любом масштабе. Вот краткий обзор основных компонентов сервера и того, как они помогают передавать данные из точки А в точку Б.
Материнская плата
Эта часть серверного оборудования является основной печатной платой в вычислительной системе. Как минимум, материнская плата содержит по крайней мере один центральный процессор (ЦП), обеспечивает прошивку (BIOS) и слоты для модулей памяти, а также массив вторичных чипов для обработки ввода-вывода и поддержки обработки, таких как интерфейс хранения Serial Advanced Technology Attachment (SATA) или Serial-Attached SCSI (SAS). Она также функционирует как центральное соединение для всех внешних подключенных устройств и предлагает ряд слотов — например, PCIe — для массива устройств расширения, таких как сетевые или графические адаптеры.
Стандартная конструкция материнской платы включает от шести до 14 слоев стекловолокна, медные соединительные дорожки и медные плоскости. Эти компоненты поддерживают распределение питания и изоляцию сигнала для бесперебойной работы.
Два основных типа материнских плат — Advanced Technology Extended (ATX) и Low-Profile Extension (LPX). ATX включает больше места, чем старые конструкции, для устройств ввода-вывода, слотов расширения и подключений локальной сети. Материнская плата LPX имеет порты на задней панели системы.
Для меньших форм-факторов существуют материнские платы Balance Technology Extended, Pico BTX и Mini Information Technology Extended.
Процессор
Центральный процессор (ЦП) — или просто процессор — это сложное микросхемное устройство, которое служит основой всех компьютерных операций. Он поддерживает сотни возможных команд, жестко зашитых в сотни миллионов транзисторов для обработки низкоуровневых программных инструкций — микрокода — и данных и получения желаемого логического или математического результата. Процессор тесно взаимодействует с памятью, которая одновременно хранит программные инструкции и данные для обработки, а также результаты или вывод этих процессорных операций.
Эта схема транслирует и выполняет основные функции, которые происходят в вычислительной системе: выборка, декодирование, выполнение и обратная запись. Четыре основных элемента, включенных в процессор, это арифметико-логическое устройство (АЛУ), устройство с плавающей точкой (FPU), регистры и кэш-память.
На более детальном уровне ALU выполняет все логические и арифметические команды над операндами. FPU предназначен для более быстрой совместной обработки чисел, чем традиционные схемы микропроцессоров.
Термины «центральный процессор» и «процессор» часто путают, хотя использование графических процессоров означает, что на сервере иногда может быть более одного процессора.
Оперативная память
RAM — это основной тип памяти в вычислительной системе. RAM хранит программные инструкции и данные, необходимые процессору, а также любые выходные данные процессора, такие как данные, которые необходимо переместить на устройство хранения. Таким образом, RAM работает очень тесно с процессором и должна соответствовать невероятной скорости и производительности процессора. Этот тип быстрой памяти обычно называют динамической RAM, и для серверов доступно несколько вариантов DRAM.
ОЗУ определяется своей скоростью и энергозависимостью. ОЗУ обеспечивает гораздо более высокую производительность чтения/записи, чем некоторые другие типы хранения данных, а также потому, что она служит мостом между ОС, приложениями и оборудованием. ОЗУ также энергозависима и теряет свое содержимое при отключении питания компьютера. Поскольку ОЗУ предназначено для высокопроизводительного временного хранения, компьютеру требуется постоянное или энергонезависимое хранилище для приложений и данных, когда система выключена или перезагружена.
Чипы RAM обычно организованы и встроены в модули, которые следуют стандартизированным форм-факторам. Это позволяет легко добавлять память на сервер или быстро заменять ее в случае сбоя памяти. Наиболее распространенным форм-фактором для DRAM является модуль памяти с двойным расположением выводов , а модули DIMM доступны в бесчисленном количестве емкостей и характеристик производительности. Типичный сервер может содержать сотни гигабайт памяти.
Жесткий диск
Это оборудование отвечает за чтение, запись и позиционирование жесткого диска, что является одной из технологий хранения данных на серверном оборудовании. Разработанный в IBM в 1953 году, жесткий диск (HDD) со временем эволюционировал от размера холодильника до стандартных 2,5-дюймовых и 3,5-дюймовых форм-факторов.
HDD — это электромеханическое устройство, использующее набор сложенных пластин диска вокруг центрального шпинделя в герметичной камере. Эти пластины могут вращаться со скоростью до 15 000 оборотов в минуту, а различные головки двигателя управляют головками чтения/записи, когда они переписывают и транслируют информацию на каждую пластину и с нее — преобразуя электронные единицы и нули в магнитные узоры на реальных пластинах и наоборот.
Поскольку магнитные узоры из единиц и нулей остаются на пластинах неопределенно долго после отключения питания от устройства хранения, дисковые накопители долгое время были основным вариантом энергонезависимого хранения для всех компьютеров. Дисковые накопители взаимодействуют с материнской платой сервера с помощью стандартизированного интерфейса, такого как SATA, SAS или iSCSI.
Серверы центров обработки данных также используют твердотельные накопители (SSD), которые заменяют вращающиеся магнитные пластины энергонезависимой перезаписываемой памятью в стандартизированном интерфейсе дискового накопителя, таком как SATA или SAS. Результатом является устройство хранения без подвижных частей, обеспечивающее низкую задержку и высокую скорость ввода-вывода для случаев использования с интенсивным использованием данных. SSD-накопители дороже жестких дисков, поэтому организации часто используют сочетание жестких дисков и твердотельных накопителей на своих серверах, чтобы удовлетворить уникальные требования к производительности различных рабочих нагрузок.
Сетевое подключение
Серверы предназначены для клиент-серверных вычислительных архитектур и зависят как минимум от одного сетевого соединения для поддержания связи между сервером и локальной сетью центра обработки данных. Технологии локальных сетей впервые появились в 1970-х годах, включая Cambridge Ring, Ethernet, ARCNET и другие, хотя Ethernet на сегодняшний день является доминирующей сетевой технологией.
Сетевое соединение в первую очередь определяется его технологией и пропускной способностью — скоростью. Ранние сетевые адаптеры Ethernet поддерживали скорости 100 Мбит/с, хотя современные адаптеры Ethernet могут легко поддерживать 10 Гбит/с. Современные серверы могут легко поддерживать несколько сетевых подключений для поддержки нескольких рабочих нагрузок — например, нескольких виртуальных машин — или объединять несколько сетевых адаптеров вместе, чтобы обеспечить еще большую пропускную способность для требовательных серверных рабочих нагрузок.
Сети развивались для управления связью между приложениями, но трафик хранения — чтение и запись данных между приложениями и устройствами хранения — может потребовать значительной полосы пропускания. Выделенные сети хранения, такие как Fibre Channel (FC), Fibre Channel over Ethernet (FCoE), InfiniBand и другие сети хранения доступны для подключения серверов к подсистемам хранения центра обработки данных.
Сетевое подключение сервера создается путем добавления сетевого адаптера, который может быть включен в качестве чипа и физического порта (штекера) на материнской плате, а также отдельного сетевого адаптера, подключаемого к доступному слоту расширения материнской платы, например слоту PCIe. Обычный сетевой адаптер и выделенные сетевые адаптеры хранения данных могут существовать на одном сервере одновременно.
Электропитание
Всем серверам требуется питание, и работа по преобразованию переменного тока в постоянное напряжение, необходимое для чувствительных электронных устройств сервера, выполняется блоком питания (БП). БП обычно представляет собой закрытую подсистему или узел — коробку — установленную в корпусе сервера. Переменный ток подключается к серверу от блока распределения питания (PDU), установленного в серверной стойке. Постоянный ток, вырабатываемый блоком питания, затем распределяется по материнской плате, устройствам хранения данных и другим компонентам сервера через массив кабелей постоянного тока.
Блоки питания обычно оцениваются по мощности в ваттах, и типичный сервер может использовать от 200 до 500 Вт — иногда больше — в зависимости от количества и сложности устройств на сервере. Большая часть этой мощности рассеивается в виде тепла, которое должно отводиться от сервера. Блоки питания обычно включают в себя как минимум один вентилятор, предназначенный для отвода тепла от сервера в стойку, где нагретый воздух может эффективно удаляться из стойки и центра обработки данных.
Поскольку блок питания питает весь сервер, PS является единственной точкой отказа на сервере. Надежность системы может быть повышена за счет использования высококачественных блоков питания, блоков питания с завышенной номинальной мощностью — способных обеспечить большую мощность, чем серверу фактически необходимо — и резервных блоков питания, где резервный блок питания может взять на себя работу в случае отказа основного блока питания.
Прогрессивные конструкции серверов отказываются от внутренних источников питания в пользу постоянного тока, подаваемого по всей стойке с использованием общей шины питания постоянного тока. Сервер и шасси в стиле blade обычно используют такой подход, хотя более традиционные форм-факторы серверов начинают использовать эту конструкцию, которая опирается на общий источник питания, размещенный в серверной стойке или шасси blade.
Графический процессор
Графические процессоры (GPU) традиционно были областью персональных компьютеров, но серверы начинают использовать GPU для сложных и требовательных математических операций, необходимых для визуализации, моделирования и графически интенсивных рабочих нагрузок, таких как AutoCad. Аналогичным образом, рост инфраструктуры виртуальных рабочих столов приводит к необходимости в графических возможностях, выделяемых экземплярам виртуальных рабочих столов.
Графический процессор — это специализированная форма чипа процессора, содержащая одно или несколько графических процессорных ядер, способных совместно выполнять вычислительные задачи, управляемые базовым графическим программным обеспечением. Графические процессоры, такие как NVIDIA M60, обеспечивают 4096 эффективных ядер CUDA.
Графические процессоры часто оцениваются в терминах терафлопс, которые представляют способность графического процессора вычислять один триллион операций с плавающей точкой в секунду. Когда чип графического процессора встроен в видеокарту, существуют дополнительные характеристики, такие как количество кадров в секунду, а также объем и тип выделенной графической памяти — иногда до 32 ГБ памяти GDDR6 — отдельно от памяти сервера.
Серверы обычно включают графические процессоры через графическую карту, установленную в один из доступных слотов расширения сервера, например слот PCIe. Графический адаптер может потребовать до 300 Вт дополнительной мощности и требует отдельного подключения постоянного тока от блока питания сервера. Высокое энергопотребление также приводит к значительному нагреву, что требует использования по крайней мере одного охлаждающего вентилятора на графическом адаптере. Огромный размер графического адаптера серверного класса может ограничить количество слотов расширения, доступных на сервере.
