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高儲存容量主機興起 挑戰伺服器散熱設計

2015-10-12
近年來在雲端、軟體定義儲存(Software Defined Storage,SDS)等議題帶動之下,伺服器能夠承載多大空間的儲存資源便成為另一項發展指標,而這也間接促成了Storage Enhancement伺服器(高儲存容量伺服器)的發想。
在x86伺服器傳統的設計理念中,運算力一直都是一個重要指標,除了因為廠商針對伺服器架構不斷研發之外,半導體晶片及電子元件的技術精進也功不可沒。以Intel處理器來說,每躍進一個世代,處理能力也跟著大幅躍升,時間如果回到10年前,可能無法想像在一個處理器中塞滿18個核心是什麼樣貌,但如今這麼龐大的核心數已然實現,更甚者,在Intel Roadmap中的Purley with Skylake(14nm Skylake平台),將可望提供高達28個核心數,而且很有可能在未來短短不到3年的時間加以實現。記憶體就更不用說了,從SDRAM、DDR、DDR2、DDR3到DDR4,已經歷經5個世代的發展。

通用型(General Purpose)伺服器的應用非常廣泛,為了因應IT趨勢發展,也在機構上改良變化,而衍生許多類型機種,例如刀鋒伺服器、多節點伺服器就是為了節能、精省空間而設計,不過這些伺服器的目標也是著重在效能,如何在有限的空間把效能極大化。同樣地,近年來相當熱門的虛擬化技術,對於處理器以及記憶體多有要求,也是為了讓企業更充份地運用x86伺服器強大的運算資源,在單台伺服器主機上承載更多的應用服務。

伺服器走向儲存市場

但是,這種以增加運算力為導向的發展曲線,近年來在雲端、軟體定義儲存(Software Defined Storage,SDS)等議題帶動之下,有了微妙的變化。當企業企盼以一個更開放的架構,並可藉由標準且靈活的伺服器來支援各種應用程式、作業系統,甚至是儲存軟體時,伺服器能夠承載多大空間的儲存資源便成為另一項發展重點,而這也間接促成了Storage Enhancement伺服器(高儲存容量伺服器)的發想。

▲神雲科技泰安產品事業體產品規劃處產品經理江孟璋指出,高儲存容量伺服器確實在應用上有增加的趨勢,然而,企業在導入的過程中,包含機櫃深度、載重能力、冷卻空調的製冷力以及電源供應器的估算都應該納入考量。
Dell台灣分公司伺服器解決方案經理李俊邦回憶,早在Dell第12代Sandy Bridge架構伺服器推出時,那時就已經有這樣的跡象與需求,例如Dell PowerEdge 12G R720便從前一代最多可容納8台2.5吋硬碟或6台3.5吋硬碟的設計,增加為16台2.5吋或8台3.5吋硬碟。「增加硬碟數的目的,主要是為了因應Hadoop應用,在當年,Hadoop的叢集式架構,更傾向應用伺服器內的硬碟作為儲存空間來存放資料,而這也是Dell PowerEdge 12G R720的設計動機之一。」

他提到,其實在更早之前,Dell資料中心解決方案(DCS)部門早已因應大型雲端供應商的需求進行相關的設計,只是當時主要的客戶是雲端供應商,而非企業用戶,「就我們的觀察,軟體定義儲存確實對伺服器的機構設計帶來某些影響,高儲存容量的伺服器未來還是會持續發展,而且不僅僅是Hadoop有需求,包含Nutanix這類軟體定義儲存供應商,同樣也是運用伺服器來作為軟體定義儲存的硬體,當未來SDS更廣被企業接受時,高儲存容量伺服器也可能成為取代專用儲存設備的選項之一。」

機構設計大挑戰

一如General Purpose的字義,通用型伺服器多半都會被賦予可執行多種組態應用的功能,它能成為檔案伺服器、電子郵件或Web伺服器,也能夠扮演提供特定應用的Appliance,也因此,設計上通常採取中庸之道,用足夠等級的處理器,搭配數量適中的記憶體,以及符合典型應用的硬碟容量,以便應付最大多數使用的需求。

然而,一旦伺服器更強調儲存容量,在設計上,卻有可能面臨更大的挑戰,不僅僅是伺服器的硬體本身,也關乎資料中心的環境。神雲科技泰安產品事業體產品規劃處產品經理江孟璋指出,企業在導入的過程中,不應該只著重儲存容量的多寡,包含機櫃(Rack)深度、載重能力、冷卻空調的製冷力以及電源供應器的估算,在取得這些數值後,才能開始硬體的規劃。

他以4U高儲存容量伺服器為例進行說明,目前4U高度以top-load(從頂部向下插入)型式最多能夠承載100顆左右的硬碟,這已經是機構的極限,若以此來討論,一旦把伺服器擺滿硬碟,設備本身的長度就是一個考量,「假設一排可插滿15顆硬碟,7排下來,長度幾乎已經到780mm,再加上主機板、電源供應器,幾乎已經超過100公分了,企業內部現有的機櫃是否夠深足以放置,而後續的維修上有沒有足夠的走道空間可以拖拉出來,又會不會因為太重而傾倒,都是必須思考的關鍵。」

而在機構的設計上,多半會聚焦在散熱考量,由於100顆硬碟數同時運轉所產生的熱度相當驚人,25℃進風經過6至7排的硬碟,冷風流到處理器時,溫度都已經將近60度,如果實際測量TDP(Thermal Design Power,散熱設計功率)發現只能到95瓦,那麼就必須採用95瓦以下的處理器,這也是為什麼,高儲存容量伺服器通常不會追求高時脈處理器的原因,一方面固然是在應用上較不屬於運算需求,二方面也是因為礙於散熱的考量,而必須有所取捨。

組態配置多變化

相較於通用型伺服器的設計,高儲存容量伺服器最大的差異便是善用機身所有可用的空間,並且提供不同的配置以便因應企業不同的應用需求。舉例而言,聯想x3650 M5就善用了機身內部或後方的空間,前端12顆3.5吋硬碟之外,還可額外加裝3.5吋硬碟以及2.5吋硬碟各2台,又或者也可以選擇24組前端與2組後端2.5吋HDD/SSD的配置。而Dell PowerEdge R730xd也提供6種不同的配置模式,容量最高的搭配是12顆3.5吋硬碟加上4個位於內部的3.5吋硬碟以及位於背部的2.5吋硬碟,幾乎把所有機身可用的空間發揮到淋漓盡致。

另外,4U的產品也有更豐富的組態配置變化,以HP為例,旗下Apollo 4510以及Apollo 4530則分別提供一台伺服器以及三台伺服器的不同配置,Apollo 4510可配備多達68顆Large Form Factor(LFF,亦即3.5吋)硬碟(前60顆,後8顆),Apollo 4530可容納45台LFF磁碟機。而泰安雖然只有一種模式,但是高達72顆3.5吋或2.5吋的硬碟數量,以6TB的SATA硬碟容量來計算,單台就可提供432TB,更不用說8TB硬碟已然問世,未來還會上看到更高的儲存容量。

企業IT基礎架構向來是支撐商業營運服務的關鍵,從服務運行的角度來看,一台符合企業需求的高儲存容量伺服器,儲存容量固然重要,但是網路、運算處理能力也不能偏廢,在企業實際部署的過程中,包含資訊機房的條件也都是影響因素之一,需善加評估。


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