Характеристики современного сервера (часть 2)

В 1-й части были рассмотрены конструктивные особенности исполнения серверов, форм-факторы и и уровни серверов для разных сегментов рынка.

В данной части статьи рассмотрены характеристики процессора и памяти сервера, а также чипсетов (наборов микросхем платформы).

Процессор, CPU

Платформа

На рынке серверов не утихает борьба между двумя основными платформами процессоров CPU (Central Processor Unit): POWER от IBM и x86 от Intel.

Платформа POWER была разработана в концерне IBM, в процессе разработки массового недорогого процессора с сокращённой системой команд RISC (Reduced Instruction Set Computer). В отличие от процессоров POWER, которые проектировались, в основном, для серверов, процессоры компании Intel c платформой x86 были изначально нацелены на рынок персональных компьютеров.

POWER и x86 имеют долгие параллельные истории развития, и они предназначались для разных сегментов компьютерного рынка. Разные цели проектирования POWER и x86 определили сценарии их применения.

По ряду причин процессоры POWER проиграли битву x86 на массовом рынке и основным их предназначением стали серверы Hi-End. Процессоры POWER хорошо подходят для высокопроизводительных задач, например, обработка больших баз данных и шифрование массовых медиапотоков. Например, Google строит свои облачные дата-центры именно на серверах с процессорами POWER.

Процессоры x86 не столь эффективны в подобных задачах, поскольку они проектировались для серверов общего применения.

Как POWER, так и x86, обеспечивают достаточно хорошие возможности масштабирования, однако, делают это по-разному. При использовании платформы x86, при необходимости увеличения рабочей нагрузки, обычно просто увеличивают количество процессоров и их ядер, поскольку они относительно недорогие, и такой подход экономически оправдан.

Неоспоримым преимуществом x86 является распространённость, дешевизна, применимость для большинства обычных вычислительных задач для предприятий различного масштаба, как крупных, средних, так и малых. Решающим фактором является экономическая эффективность платформы х86, а также наличие многочисленного хорошо обученного инженерного персонала.

Количество ядер, сокетов и процессов

Ядро (core) – один из многих затуманивающих суть терминов ИТ, поскольку, по сути, это сам процессор и есть. Это модуль, выполняющий логические и арифметические действия над двоичными числами.

Однако, как известно, CPU производят в виде чипов (микросхем). И на одном чипе можно разместить от 1 до 48 и более таких устройств, и тут уже справедливо говорить о ядрах, а процессором (CPU) в таком случае считать весь многоядерный чип, как это и принято в среде ИТ.

Рис. 2-1. Система, сокет и ядро (источник: Intel).

Другой сбивающий с толку термин – сокет (Socket). Его тоже часто называют процессором, но это не совсем так. Сокет содержит несколько ядер (процессоров), которые совместно используют общие элементы на чипе.

И наконец, несколько сокетов (чипов) могут быть объединены в систему, которая расположена на отдельной плате с общей памятью и устройством ввода-вывода (IO HUB). Бывает, что система конструктивно выполнена на одной микросхеме (чипе), и такая конструкция называется SoC (System on Chip). Часто и её называют процессором, а не системой процессоров.

Каждое ядро может одновременно выполнять один или два вычислительных процесса (thread). Соответственно, каждый сокет может выполнять число процессов равное сумме процессов его ядер. Это число может находиться в пределах от равного числу ядер, до числа ядер помноженному на два. Технология Intel по одновременному исполнению двух процессов в одном ядре называется Hyper-Threading.

Рис. 2-2. Технология Intel Hyper-Threading (источник: Intel).

Тактовая частота (Clock)

Все операции в процессоре выполняется синхронно, в соответствии с тактовым импульсами. Тактовые импульсы вырабатываются кварцевым генератором с достаточно стабильной частотой. Частота тактовых импульсов генератора определяет скорость выполнения операций внутри процессора.

Рис. 2-3. Кварцевый генератор на печатной плате с процессором (источник www.howtogeek.com).

Большинство современных серверов работают в диапазоне тактовых частот от 1 до 5 Гигагерц (ГГц), то есть, могут выполнять до 5 миллиардов элементарных операций в секунду. Однако, нельзя сравнивать актуальную скорость работы разных серверов только на основе тактовой частоты их процессора, хотя этот параметр и важен. Однако, скорость работы всего сервера, в основном, определяется размером оперативной памяти ОЗУ (RAM). Чем больше объём ОЗУ, тем, в целом, быстрее работает сервер.

Производитель

Для серверов x86 используются процессоры двух основных конкурирующих производителей: Intel и AMD. Считается, что процессоры Intel Xeon более производительны и надёжны, а процессоры AMD EPYC – при сравнимых параметрах более дёшевы.

Если говорить о рынке производителей серверов х86, то в настоящий момент он выглядит следующим образом. В последние годы вперед вырвалась компания Dell EMC. Многолетний лидер рынка, компания НРЕ, сместилась на второе место.

Рис. 2-4. Рынок серверов х86 в миллиардах долларов с 2005 по 2019 годы (источник: ITCandor).

Модель, поколение

Intel

В сентябре 2020 года компания Intel представила одиннадцатое поколение своих процессоров серии Intel Core. Каждая серия кроме того, имеет несколько брендов, а также моделей с кодовыми названиями (Codename).

Рис. 2-5. Чип и характеристики процессора 11 поколения Intel Core (источник: Intel).

Intel Core i11 – это четырехъядерный процессор CPU, со встроенным графическим процессором и вспомогательными интерфейсами ввода-вывода, выполненными на едином чипе. Каждое ядро может обрабатывать 2 процесса (Thread), тактовая частота может достигать 4.8 ГГц.

AMD

AMD – один из наиболее популярных производителей процессоров для десктопов, ноутбуков и серверов, благодаря своей широкой и разнообразной серии Ryzen. По многим параметрам эти процессоры не уступают, а иногда и превосходят процессоры Intel.

Рис. 2-6. Процессор AMD Ryzen 3 (источник: www.digitaltrends.com).

Согласно рейтингу агентства Digitaltrends, наилучшими процессорами AMD для разных секторов рынка являются следующие:

• Начальный уровень (Entry-level): Ryzen 3 3200G;
• Средний бизнес (Midrange): Ryzen 5 3600;
• Высокий бизнес (High-end): Ryzen 7 3700X;
• Самый мощный процессор (Most powerful) AMD: Ryzen 9 3950X.

Объем памяти ОЗУ, RAM

Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) хранит временную информацию, требующуюся процессору при выполнении операций. Английская аббревиатура RAM (Random Access Memory) означает память с произвольным доступом, то есть запрос к любой ячейке памяти происходит в произвольном порядке. Эта память энергозависима, то есть, она хранит данные до тех пор, пока к модулю памяти приложено питание.

Основные виды RAM – следующие:

• Статическая память (SRAM, Static RAM) – применяется для кэш-памяти процессоров, видеокарт и т.п., она быстрая, но не дешевая;
• Динамическая память (DRAM, Dynamic RAM) – применяется в компьютерах, серверах, и мобильных устройствах. Она не такая быстрая, как статическая, но более дешевая.

Широко распространены поколения синхронной динамической памяти с удвоенной скоростью передачи данных DDR SDRAM (Double Data Rate Synchronous DRAM):

• DDR SDRAM
• DDR2 SDRAM
• DDR3 SDRAM
• DDR4 SDRAM

Рис. 2-7. Память DRAM (источник: Wikimedia).

Одной из главных характеристик оперативной, или регистровая память. В модуле памяти имеется одна или более микросхем регистров для буферизации данных, поступающих от контроллера (устройства управления) памяти. Это снижает нагрузку на контроллер, благодаря чему можно установить большее количество модулей памяти.

В зависимости от назначения сервера и требований к нему, объём ОЗУ сервера может меняться в очень широких пределах, от 16 ГБ до нескольких терабайт.

Чипсет

Чипсет (chipset, набор микросхем) – это основа главной («материнской») платы сервера (motherboard). Процессор CPU, память ОЗУ, основные устройства ввода вывода и платы расширения – всё это поддерживается чипсетом.

Рис. 2-8. Чипсет на главной плате компьютера (источник: https://www.deskdecode.com/chipset-driver/).

При создании сервера или рабочей станции, чипсет, процессор и память должны рассматриваться как единое целое. Часто термином «чипсет» обозначают две главные микросхемы на главной плате, которые определяют большинство её функций, т.н. «северный мост» (Northbridge) и «южный мост» (Southbridge). Северный мост – это чип, который отвечает за коммуникации между процессором, памятью, шиной передачи данных и южным мостом. Он также включает в себя контроллер памяти. Южный мост обеспечивает подключение устройств ввода-вывода, портов USB, интерфейсов SATA, NVMe, устройств шины PCI Express и других. Кроме того, южный мост содержит контроллер прерываний, часы реального времени, управление питанием и некоторые другие функции.

На главной плате также могут быть и другие типы микросхем, входящих в чипсет, такие как контроллер шины SCSI, и котроллера сетевых интерфейсов.

«Northbridge» и «Southbridge» – довольно старые термины, однако, они продолжают использоваться для чипсетов современных серверов. Например, функции чипов Intel MCH (Memory Controller Hub) и ICH (I/O Controller Hub) в основном, эквивалентны функциям северного и южного мостов.

***

В 3-й части статьи будут рассмотрены дисковая подсистема сервера, источники питания, а также рекомендации по выбору сервера.