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電子行業(yè)一直以來(lái)都孕育了虛擬世界的周期變化。在1980年代，更大容量的磁盤(pán)驅動(dòng)器面世，諸如微軟這樣的軟件公司便得以開(kāi)發(fā)出更強大的應用程序，而這些應用程序又進(jìn)一步需要更多存儲空間。進(jìn)一步擴大的存儲空間又使更強大的應用程序成為可能，這些應用程序又對存儲空間提出了更高的要求。隨著(zhù)像英特爾®這樣的制造商將越來(lái)越強大的處理能力裝入其微處理器，圖形和視頻等計算密集型應用應運而生，最終還是會(huì )讓處理器不夠用。當然，我們不能忘了互聯(lián)網(wǎng)，它所起的推動(dòng)作用讓原先各種周期變化都相形見(jiàn)絀。 數據中心以及最近興起的云計算不僅從數據中心內各個(gè)層面的硬件技術(shù)中獲利，更推動(dòng)了硬件技術(shù)的創(chuàng )新，這一點(diǎn)并不令人驚訝。云計算的到來(lái)使得更快的處理和數據檢索速度、更大的存儲容量和更快的機器對機器通信速度比以往任何時(shí)候都更加重要。 “云計算”這個(gè)術(shù)語(yǔ)指的是教科書(shū)和白板上所述的無(wú)形的“云”，正是它構成了互聯(lián)網(wǎng)背后復雜的計算和通信架構。云計算在1990年代開(kāi)局并不順利，當時(shí)一些供應商大肆吹捧“瘦客戶(hù)機”的概念，也就是依賴(lài)遠程網(wǎng)絡(luò )服務(wù)的簡(jiǎn)化式個(gè)人電腦。然而，當時(shí)的網(wǎng)絡(luò )基礎設施速度很慢，無(wú)法勝任這樣的任務(wù)。不過(guò)，這種方案現如今已經(jīng)廣為接受，這正是拜更快的網(wǎng)絡(luò )通信和處理速度所賜。 傳統的數據中心通常將服務(wù)器、計算資源、應用程序和存儲保持在差不多相同的物理位置，而云計算則引入了在虛擬機上進(jìn)行計算的新模式，并行化和冗余性在這種模式中至關(guān)重要。一個(gè)應用程序的不同線(xiàn)程可以在世界各地的多臺計算機上運行，從諸多網(wǎng)絡(luò )附加存儲(NAS)位置檢索信息，并共享不同地理位置的服務(wù)器資源和通信渠道。 長(cháng)途光纖通信的盛行，在很大程度上使云計算變得可行。然而，我們依然需要面對幾十年來(lái)始終困擾工程師的吞吐量瓶頸——子系統間的互連和芯片間的接口。 數據中心技術(shù) 在數據中心市場(chǎng)的服務(wù)器部分，硬件創(chuàng )新的空間非常大。由于硬件性能的調整可以帶來(lái)顯著(zhù)的市場(chǎng)優(yōu)勢，所以并不需要相隔太長(cháng)時(shí)間，就會(huì )推出更強大的全新服務(wù)器系列。保持領(lǐng)先所帶來(lái)的回報是巨大的，因為每一個(gè)新的數據中心都會(huì )部署大量的服務(wù)器。新的存儲和通信技術(shù)也在一定程度上推動(dòng)著(zhù)虛擬世界的周期發(fā)展。 雖然服務(wù)器可能是數據中心的核心技術(shù)，但能源消耗、通信以及空調等看似平凡的技術(shù)也對整個(gè)市場(chǎng)規模做出了經(jīng)濟上的貢獻。一個(gè)數據中心可能會(huì )消耗超過(guò)10MW的能源。根據Ernest Orlando Lawrence Berkeley國家實(shí)驗室發(fā)布的美國數據中心能源使用報告，美國數據中心的耗電量約占全美總耗電量的。隨著(zhù)個(gè)人和企業(yè)消費更多的數據，尤其是更多的視頻，這一比例預計將進(jìn)一步增長(cháng)。根據《數據中心散熱市場(chǎng)——增長(cháng)、趨勢和預測(2019-2024)》報告，數據中心消耗的能源量將繼續以每年的速度增長(cháng)。 對速度的不斷追求、更高密度的存儲以及對能源效率的更多強調，使得服務(wù)器主板的設計成為當今電子領(lǐng)域最具挑戰性的設計之一。以下框圖所示為典型的服務(wù)器主板上的主要部件（圖1）。 
圖1：該框圖所示為典型的服務(wù)器主板結構。（圖源：貿澤電子） 微處理器是服務(wù)器設計的核心，通常占主板成本和能源消耗的很大比例，而少花錢(qián)多辦事是顯而易見(jiàn)的追求。微處理器在設計上面臨的挑戰仍然是如何實(shí)現更高效的多處理和多線(xiàn)程。對于微處理器而言，“更高效”一詞不僅意味著(zhù)每個(gè)芯片要有更多的MIP，更意味著(zhù)每瓦要有更多的MIP。實(shí)現多處理的最常見(jiàn)技術(shù)是設計具有多個(gè)嵌入式處理內核的芯片，從而使軟件實(shí)現多線(xiàn)程運行，使服務(wù)器可以同時(shí)執行多個(gè)代碼流。沒(méi)有它，云計算恐怕就不會(huì )成為現實(shí)。此外，多線(xiàn)程還能減少能源消耗。 內存和互連 與任何其他計算系統一樣，許多創(chuàng )新都可以用來(lái)解決處理器、內存和其他I/O之間的瓶頸問(wèn)題。例如，全緩沖DIMM (FBDIMM) 可以減少延遲，從而縮短讀/寫(xiě)訪(fǎng)問(wèn)時(shí)間。 FBDIMM內存架構使用單一的串行互連取代了多個(gè)并行互連。該架構在內存控制器和內存模塊之間添加了一個(gè)高級內存緩沖器 (AMB)。內存控制器并不直接寫(xiě)入到內存模塊（圖1中的DIMM），而是與AMB連接，由AMB通過(guò)緩沖和重新發(fā)送信號來(lái)補償信號的惡化。此外，AMB還可以在不給處理器或系統的內存控制器帶來(lái)任何額的開(kāi)銷(xiāo)的情況下執行糾錯。 在(圖1)中，橙色方塊表示接口標準。PCI-Express、HyperTransport、Serial ATA、SAS和USB是高速接口。接口的選擇取決于服務(wù)器主板上的特定使用場(chǎng)景。所選擇的接口必須能夠提供足夠快的數據，以便與服務(wù)器子系統的處理能力保持一致。 使用轉接驅動(dòng)器芯片進(jìn)行信號調節，在滿(mǎn)足處理器對數據的需求方面具有重要作用。更快的信號頻率，使設計可靠高性能系統所需的信號余量減少，因而需要由轉接驅動(dòng)器（也稱(chēng)為中繼器IC）在接口設備和CPU之間起到協(xié)調的作用。 轉接驅動(dòng)器利用均衡、預加重和其他信號調節技術(shù)對信號進(jìn)行再生，以提高信號質(zhì)量。只需一個(gè)轉接驅動(dòng)器即可調整和糾正發(fā)射器端已知的通道損耗，并恢復接收器端的信號完整性。最終，接收器端的眼圖將會(huì )具有實(shí)現低誤碼率可靠通信所需的裕量。 存儲 如果沒(méi)有現成的大量數據，云計算就不會(huì )有很大的發(fā)展。為了滿(mǎn)足這種需求，存儲領(lǐng)域正持續推進(jìn)全球化和虛擬化。從硬件的角度來(lái)看，這意味著(zhù)存儲區域網(wǎng)絡(luò ) (SAN) 和網(wǎng)絡(luò )附加存儲 (NAS) 正處于持續融合的過(guò)程中。這兩種技術(shù)在許多情況下都能發(fā)揮作用，它們的主要區別在于其協(xié)議：NAS使用TCP/IP和HTTP，而SAN使用FibreChannel上的封裝SCSI。 從硬件角度而言，兩者都使用獨立磁盤(pán)冗余陣列 (RAID)，這項存儲技術(shù)根據所需的冗余和性能水平，將數據分配到不同RAID級別的驅動(dòng)器上。數據中心級服務(wù)器的控制芯片必須符合RAID標準，并且采用了足夠“先進(jìn)”、需要有出口許可證才能出口到美國境外的技術(shù)。 盡管有區別，SAN和NAS仍然可能會(huì )合并成一個(gè)混合系統，同時(shí)提供文件級協(xié)議 (NAS) 和塊級協(xié)議 (SAN)。存儲虛擬化的趨勢是將邏輯存儲從物理存儲中抽象出來(lái)，因而SAN和NAS之間的區別越來(lái)越不重要了。 結語(yǔ) 隨著(zhù)云計算的普及，將所有重要部件置于同一物理空間的傳統數據中心一直在向其下一代演變，其中冗余和高速通信比以往任何時(shí)候都更加關(guān)鍵。盡管硅光子學(xué)技術(shù)有望在未來(lái)實(shí)現子系統之間的光速數據傳輸，但今天的設計工程師依然要優(yōu)化服務(wù)器、存儲、通信和計算技術(shù)的各個(gè)方面。 實(shí)現多線(xiàn)程計算架構的多核處理器正不斷取得進(jìn)步。尋找信號完整性問(wèn)題的解決方案是轉接驅動(dòng)器等技術(shù)持續面對的挑戰。與此同時(shí)，云計算啟動(dòng)了存儲技術(shù)的重大變革，包括容量和架構。 來(lái)源：貿澤電子 作者：Jack Shandle |
