编者按：由英特尔主办的全球IT界高水平的技术论坛活动——2010英特尔信息技术峰会(Intel Developer Forum, IDF)，将于4月13至14日在北京国家会议中心举行。这是IDF连续第4年在中国首发。本届IDF以“智领先机，共创明天”为主题，旨在抓住智能计算和个性化互联网时代机遇，揭示产业发展脉动，携手合作伙伴引领创新，抢占复苏增长之先机。今年的IDF将展出哪些新产品和新技术呢？这些新产品和新技术又将带来哪些新应用呢？今天发布的这篇，介绍的是X86服务器的变革及其对整个企业计算市场的深刻影响。
在本届IDF中，服务器领域的亮点会非常多，而最让笔者期待的是X86服务器的变革以及对整个企业计算市场的深刻影响，比如首款32纳米芯片至强5600不仅实现从至强5500的快速切换，而且对单核产品可以实现1：15的高度整合;首款八核芯片Nehalem-EX对多路X86服务器的重新定义，以及对RISC小型机的猛烈冲击;另外还有就是服务器内存和I/O等平台因素的创新，将让X86系统在面对复杂多变的应用时更显灵活。
至强5600：一个顶15个
3月17日，英特尔发布了采用32纳米工艺和Nehalem微架构，代号Westmere-EP的新一代至强5600系列处理器。预计在本届IDF上，会有多家服务器厂商展出基于该平台的最新产品。下面我们就来看看至强5600是一款什么样的CPU，到底牛在哪里?
同样针对双路服务器市场，跟至强5500相比，至强5600(代号：Westmere-EP)的重要变化在于：32纳米工艺、6核心12线程设计、3.46GHz的更高主频、12MB的更大L3缓存，以及在能耗管理方面的增强技术等。
由于采用了更先进的32纳米工艺，至强5600可以进一步提升主频，增加缓存，同时降低功耗，预计性能会比45纳米的至强5500高60%，如果与2005年的单核至强处理器相比，性能高达15倍之多。换句话说，今天的一台至强5600服务器相当于5年前单核服务器的15台。因此，据测算，如果利用至强5600来对这些单核产品进行15：1的整合，每年可以节省95%的电力支出，得益于电力、软件方面的成本节省，仅5个月就可以收回投资。如果实现1：1的替换，性能可以提高15倍，预计每年电力支出可以减少8%。
在自适应能效方面，至强5600主要在4个方面进行了改进：
一是CPU功耗更低，每瓦特性能更高，六核版本至强5600的最低功耗为60W，四核版本至强5600的最低功耗只有40W。
二是增强了智能节能技术，可以调节六个内核以及uncore部分的能耗状态，性能功耗比更接近理想的线性状态。与Xeon 5500一样，至强5600芯片还是被分为“Core”和“Uncore”部分。在Nehalem微构架中英特尔为每个核心引入了Power Gate(功率门限)技术，6个核心区域具有独立的时钟频率和供电部分。关闭空闲的核心，芯片的Uncore区域保持满功率运行，核心的状态被存储在芯片缓存中，这样可以降低处理器的能耗。L3缓存和内存控制器位于芯片的“Uncore”区域，也具有了独立的Power gate，使得芯片在实际应用中会更加节能。
三是处理器内核的能耗管理算法进行了更新，可以让Turbo Boost睿频更高效，同时对内存的能耗管理做到更精细化。
四是Westmere-EP所集成的内存控制器提供了对1.35v低电压DDR3内存的支持，而标准的DDR3电压为1.5v。支持低电压内存的实际效果是在不牺牲性能的前提下可以降低20%的热量。
另外，随着虚拟化、云计算应用的普及，对于底层硬件平台的安全性要求也越来越高。在至强5600中，英特尔新增加了两项技术：AES-NI加密指令集和Intel TXT可信执行技术。
特别值得一提的是，对于至强5500服务器用户来说，至强5600的最大好处就在于使用相同的平台——Intel 5520芯片组，无须更换主板，只刷新BIOS，就可以进行升级，从而获得最高60%的性能提升。
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Nehalem-EX：RISC的“杀手”
比至强5600更牛的是Nehalem-EX，前者针对的是双路系统，而后者针对的是四路以上的高端系统，而且会直接与传统小型机厂商如IBM、Sun争抢关键计算领域的市场。虽然这款产品在3月31日就发布了，但在本届IDF上，英特尔仍然对它倾注了不少精力，英特尔本身有专门的技术课程介绍这款智能型可扩展高端英特尔服务器平台，金牌赞助商IBM则会专门介绍配合Nehalem-EX最新推出的第五代企业级X架构，另一家服务器厂商戴尔也会在采用 Nehalem-EX 处理器的PowerEdge服务器平台上演示运行 Microsoft Dynamics CRM和SQL Server 2008所实现的出色性能、可扩展性和虚拟化功能。因此，在本届IDF上，我们会看到更多Nehalem-EX的技术演示和产品展览，也会听到更多厂商针对Nehalem-EX的服务器应用方案。
下面我们就来了解一下这款堪称史上最牛的X86处理器。
Nehalem-EX包括支持四路以上系统的至强7500系列与支持双路系统的至强6500。其中至强7500系列：
1. 首款8核心CPU，16个线程，24MB大容量L3缓存。
2. 每CPU支持16条内存DIMM，四路系统的最大内存容量为512GB。
3. 据称与上一代6核至强7400相比，至强7500的内存带宽高达9倍，数据库性能超过2.5倍，整数吞吐量超过1.7倍，浮点吞吐量超过2.2倍!
4. 今天一颗至强7500性能估计相当于5年前的20多颗单核CPU。
5. 由于有4个QPI，搭建8路服务器也是相当easy，预计IBM、惠普、Sun、NEC、Unisys、SGI、富士通、浪潮等会推出8路以上的系统。
6. 在这代平台中，包括MCA恢复功能(原来只有安腾才有)在内的RAS特性多达22条，使至强7500成为今日RAS级别最高的一代X86平台。
7. ……
因此，Nehalem-EX将定位于服务器整合、虚拟化、数据处理需求庞大的企业应用以及高性能技术计算等环境，同时吸引使用RISC小型机的用户迁移到至强平台上来。
和双路平台不同，多路平台不仅要求更高的性能，也要有更强的稳定性。一直以来，X86服务器在同RISC小型机竞争时，在RAS(Reliability可靠性、Availability 可用性和Serviceability可服务性)方面往往处于下风，这也是一些关键领域的小型机用户迟迟不敢向X86/Linux开放平台迁移的重要原因之一。Nehalem-EX的出现，将X86系统的RAS特性提高到了一个全新的水平，这些技术多达22条，集中解决三个方面的问题：一是数据保护，可以诊断哪些数据出错，利用CRC、ECC校验来纠正错误，如果不能纠正，可以把这些坏的数据进行隔离，以保证不影响其他数据，避免系统的重启和宕机。二是高可用设计，包括QPI Link之间的互备和热切换，内存和CPU的热切换、故障预警机制等等，以保证系统的高可用。三是降低系统计划内的宕机时间，包括系统分区管理技术、CPU和内存的热添加和热移除等。
另外，特别值得关注的是至强7500对八路以上X86服务器市场的影响。得益于至强7500处理器中的四条高带宽快速通道互联(QPI)链接，今天服务器厂商可以非常容易地通过QPI构建出一套八路系统出来，有些厂商还可以通过自身的节点控制器技术扩展到32路。预计至强7500发布时全球会有8个OEM厂商推出15款八路和八路以上的系统。2007年，8路以上的IA架构服务器还只有IBM、NEC和Unisys在提供，而到了今年，这一阵营将扩大到十来家，除了上述三家，还包括SGI、惠普、富士通、浪潮、布尔、Sun等。因此，过去，由于八路服务器的设计和制造困难，售价往往比普通四路服务器高出几倍，技术也只掌握在少数几个厂商手中，从而限制了八路系统的需求。而随着至强7500的到来，预计未来八路与四路的售价比例的格局会被打破。
不过，在构建八路以上服务器系统时，至强7500仍然给服务器厂商提供了较大的创新空间，各厂商可以根据自身能力和市场策略来选择。主要体现在两个方面：一是在架构创新方面，可以直接使用QPI来连接构建一个成本适中的八路系统，也有的厂商使用自己的节点控制器，用到的协议和最终效率都会不同。二是虽然至强7500提供了二三十个RAS功能，但并不是所有厂商都需要或者有能力去实现这些功能，比如硬件分区、CPU热添加/热删除、内存板的热添加/热删除，不同厂商会有各自的考虑。
因此，在本届IDF上，我们将特别关注服务器厂商在这类高端多路系统上的表现。
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服务器趋势：内存足够大，I/O足够快
在一个向上扩展的多核系统中，数据存取的层次是CPU、缓存、内存、硬盘，越往外层，I/O越慢，因此，随着CPU的核心数量越多，CPU喂不饱的现象会更加严重，I/O因此成为多核计算之路上最重要的因素。因此，我们也会关注本届IDF上服务器内存和I/O设计上的新变化。
为了满足多核CPU系统的均衡发展，对内存容量、I/O带宽也提出了更高的要求。因此，一方面，CPU厂商已全面抛弃传统的前端总线架构，改用直连架构，并将内存控制器从北桥搬到了CPU里，片上三级缓存也越做越大; 如从至强5500开始，英特尔就已经引入QPI总线，集成内存控制器，以满足CPU与CPU之间、CPU与内存之间的快速数据传输，QPI传输带宽高达6.4GT/s，以完全取代过去一直制约服务器I/O的前端总线架构。而在至强5600中，一方面将L3缓存由上一代的8MB增加到了12MB，可以进一步降低内存延迟，同时提升大数据量计算时处理器的性能。
另一方面，新系统设计中大内存容量成为必需。有测试表明，一般每个CPU内核需要配备2-4GB内存才能保证平衡，不然会影响到数据存取的速度。此外，外围的I/O加速技术也不断有所突破，如用更快的SSD取代传统的机械硬盘，万兆以太网技术受到青睐。在目前处理器核心越来越多、性能越来越强的情况下，大部分服务器系统却仍然局限在1Gb的网络带宽，性能无法得到充分的发挥，如果使用10GbE技术，系统的IO瓶颈有望得到解决。在本届IDF中，SSD、万兆以太网、PCI-E 3.0等技术都会有专门的技术课程。
最让笔者感兴趣的是双路和多路服务器的内存扩展性。这方面的创新案例已经越来越多，列举如下：
1) 思科Cisco UCS 5100系列刀片服务器系统：一个最重要的创新技术是“内存扩展技术”(Cisco Memory Extension)。其关键是在主板上使用了名为Catalina的缓冲芯片，可以将CPU每通道DIMM数从原来的2-4个扩展到8个，由于每个至强5500 CPU有3个DDR3内存通道，每台刀片有两个CPU，这样就一共有了48个DIMM插槽;如果出于成本考虑使用4GB内存条，内存容量为192GB，如果使用8GB内存条，最大内存容量就达到了384GB。内存容量的提升使得每台物理服务器所能托管的虚拟机数量也可以成倍数增加，同时降低了每个虚拟机承担的能耗和制冷成本，用户不需要仅仅为了更大内存容量去购买更贵的4路刀片。
2) IBM最新的HS22v刀片服务器：跟前一代产品相比，HS22v的内存DIMM数量从以前的12条摇身变成了18条之多!由于配置了18个8GB DDR3 DIMM内存，其最高可达到144GB内存。这么大的内存可扩展性，对于高计算密度和虚拟化的应用环境是非常有帮助的。跟上一代的HS22相比，每个HS22v刀片所能支持的虚拟机数量可以增加50%。
3) IBM配合Nehalem-EX推出的第五代企业级X架构eX5：在这一代架构中，使用了MAX5内存扩展技术。由于英特尔在Nehalem处理器中开始集成内存控制器，这可以大幅提升性能，但对于内存扩展也带来了一些新的挑战，比如扩充内存先要添加处理器，远端内存的访问性能显著降低，在某些情况下必须使用昂贵的大容量内存。为此，IBM对X86服务器架构进行了大胆的创新：将内存从传统的与服务器处理器紧密捆绑的局限位置中解脱出来，让内存的扩展可以独立于处理器!其方法就是eX5架构中最重要的一块：MAX5内存扩展技术。比如，一台双路的x3690 X5机箱里本身就可以支持上下两块带有16个DIMM的内存板，即共有32个内存DIMM，如果再配上MAX5内存扩展单元(上有32个内存DIMM)，即一台x3690 X5最终可以扩展到64个DIMM;而如果通过QPI线缆将两台x3690 X5连在一起，形成四路系统，总共内存DIMM数就可以达到128条! MAX5内存扩展带来的好处是显而易见的：支持的最大虚拟机数量是竞争产品的两倍，支持更高的数据库性能，提高服务器利用率，允许用户用更便宜的内存硬件来满足特定内存容量需求，这么多的内存可以灵活发分配给多个CPU使用或者汇聚成一个内存池，软件许可证费用大大减少，另外，由于MAX5芯片中还集成了探听过滤器，可以更好的管理多个CPU内存与多个内存之间的数据冲突和延迟，提高内存访问性能。
4) Nehalem-EX平台的内存扩展性：Nehalem-EX是英特尔最新推出的智能高可扩展服务器平台，主要面向四路以上的系统。一颗Nehalem-EX处理器可以支持16根DIMM内存条。如使用8GB容量的内存条，双路Nehalem-EX平台最多32个DIMM，内存容量可达256GB;4路Nehalem-EX平台最多64个DIMM，内存容量可达512GB;8路Nehalem-EX平台，最多128个DIMM，内存容量可达1TB。值得一提的是，Nehalem-EX在CPU内存控制器和内存之间设置了一个芯片，起到缓冲的作用。其实就相当于把过去FB-DIMM内存上的缓冲芯片集中起来放到一个桥接芯片中，达到一种平衡，既要节省一部分能耗，又要保证过去FB-DIMM带来的好处，提高内存容量，保证内存工作主频和带宽不降低。不过，为了保证系统的稳定，目前Nehalem-EX平台的内存速率最高只有1066MHz，预计以后会升级到1333MHz。
5) Nehalem-EX中的至强6500系列：英特尔Nehalem-EX家族分为两个系列：支持四插槽以上系统的至强7500与支持双插槽系统的至强6500。后者的推出主要是考虑到了部分应用对于大容量内存扩展的需求——它可以扩展到32根内存DIMM，而至强5600一般最多只有18根DIMM(思科UCS和IBM eX5由于使用了独特的内存扩展技术，属例外)。比如，有一些高性能计算用户只需要两颗处理器，但需要极大的内存带宽和I/O带宽，过去的双路服务器提供不了那么大的内存，无奈之举是买台配两颗CPU的四路服务器，但由于四路服务器售价高出许多，从而造成了投资浪费。为此，英特尔在新一代的Nehalem-EX中，提供了至强6500的双路平台，可以满足这些内存密集型用户的需要。
可见，上述创新技术的推出都注意到了包括虚拟化、数据库、高性能计算在内的内存密集型应用的特点。相信在本届IDF上，这些可以实现海量内存扩展的服务器将成为一道新的亮丽风景。
除了X86服务器领域两个最重要的产品至强5600和Nehalem-EX之外，预计今年的IDF也会披露其他服务器相关产品技术的最新进展，如Tukwila安腾、面向高性能计算的AVX指令集、UEFI统一可扩展固件、SSI标准刀片服务器、下一代处理器微架构SandyBridge等，我们将继续关注和报道。
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