x86服务器技术革命 IBM eX5架构揭秘

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IBM公司在北京举行了其面向下一代X86服务器的eX5体系架构发布会,并现场展示了即将在月底英特尔Nehalem-EX发布之后推向市场的三款eX5服务器新品:4路服务器System x3850 X5、双路服务器System x3690 X5和刀片服务器BladeCenter HX5。

  众所周知,今天CPU的速度远远超过了内存、磁盘、网络等I/O系统的发展,使得I/O瓶颈在实际应用中越来越突出。特别是对于虚拟化、数据库等内存密集型的应用而言,更是如此。过去,为了减小内存瓶颈,获得更大的内存容量,用户往往需要购买多台服务器来满足需求,使得服务器越买越多,但CPU利用率都徘徊在20%以下。而今天,随着虚拟化、云计算等应用的发展,随着网络互联设备越来越多,随着数据量、交易量越来越大,服务器需要更多更快的内存,这一点已经成为包括IBM、英特尔、思科等厂商的共识。

  3月3日,IBM公司在北京举行了其面向下一代X86服务器的eX5体系架构发布会,并现场展示了即将在月底英特尔Nehalem-EX发布之后推向市场的三款eX5服务器新品:4路服务器System x3850 X5、双路服务器System x3690 X5和刀片服务器BladeCenter HX5。

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eX5体系架构发布仪式

  重新定义X86

  IBM全球System x服务器总经理Adalio Sanchez出席了发布会。他谈到,今天X86服务器面对的整个应用环境正在发生前所未来的深刻变化,世界变得越来越智慧,数据量不断激增,工作负载不断增长,过去那种添加更多服务器的方法已经不能解决问题,IT基础架构必须也变得更加智慧,否则就无法满足未来的发展。因为x86服务器的蔓延已经带来了许多严峻的挑战,如85%的计算容量闲置未用,电力和冷却成本是12年前的8倍,管理成本更是占据了用户IT预算的七成。

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IBM系统与科技部System x全球总经理Adalio Sanchez

  他表示,基于x86的PC架构已经有28年的历史,虽然形式上从个人电脑发展到塔式PC服务器,再从机架式服务器到刀片服务器,但x86服务器的本质还是PC,这一架构必须得跟上时代的步伐。为此,在过去三年间,IBM投入了全球的研发力量,总共花费了8亿美元,最终研制成功了新一代的企业级X架构:eX5!而且***将这一架构扩展到了刀片服务器和双路服务器上,不再局限于四路以上的高端产品。

重新定义x86服务器IBMeX5架构揭秘

重新定义x86服务器IBMeX5架构揭秘

  据了解,eX5架构主要价值体现在三个方面:实现***的内存容量、降低成本和简化部署。IBM大中华区System x服务器品牌经理徐行现场介绍了eX5架构的五大创新之处,下面我们就来一探究竟:IBM是怎样重新定义X86的。

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  eX5创新之一:MAX5内存扩展技术

  内存是虚拟化、云计算和数据库等应用的关键瓶颈,但现有的X86服务器架构却限制了内存的扩展。以至强7000系列处理器为例,虽然每一代处理器的内核、缓存、主频,甚至微处理器架构都有发生变化,但每个内核所能访问的内存DIMM数却相当保守,如下表所示:

处理器 至强7100 至强7300 至强7400 Nehalem-EX
发布年份 2006 2007 2008 2010
每CPU内核数 2 4 6 8
频率 3.4GHz 2.93GHz 2.66GHz 2.26GHz
内存DIMM数/核 2 2 4/3 2

  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。

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IBM MAX5内存扩展单元,上有32个内存DIMM

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现场展示的MAX5内存扩展单元

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MAX5的关键技术就在于这个散热器下面的eX5芯片,其中包含内存控制器和探听过滤器

  MAX5内存扩展带来的好处是显而易见的:支持的***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。

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  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!

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  eX5创新之二:eXFlash固态存储子系统

  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。

  光解决了内存问题还不够,磁盘I/O也得跟上。eX5架构的第二大创新就是用更快的固态硬盘技术(SSD)来取代传统的机械硬盘。不过,跟其他厂商不同的是,IBM在eX5架构中不是简简单单把普通硬盘换成SSD硬盘了事,而是重新构建了一个包括8块SSD硬盘和带RAID功能的控制器在内的存储子系统,IBM将其命名为eXFlash。

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  如上图,在x3850 X5中,一共提供了8个硬盘位,可以支持8个2.5英寸的SAS普通硬盘,也可以插16个1.8英寸的SSD,甚至可以混搭使用,在不同硬盘上跑不同的应用。

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  eXFlash能带来什么好处呢?比如,某企业的业务部门需要30个100GB的数据库,每个数据库每秒要执行1.5万次I/O运算,即总的每秒要执行45万次I/O运算。如果用传统的机械硬盘存储方案,需要大量的硬盘,3年的硬件、管理 、电力和维护成本算下来要230万美元。显然,随着数据量的继续增长,这种方案很难维持下去。而如果使用SSD技术,由于性能可以提高几百倍,功耗只有1%,TCO成本可以节约97%。

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  eX5创新之三:I/O虚拟化

  在比硬盘更远离CPU的网络I/O层面,IBM的eX5架构也进行了创新:I/O虚拟化。

  过去,X86服务器可选的网络带宽是1Gb或10Gb,没有第三种选择,而且10Gb还远没有普及,但在使用了IBM的Virtual Fabric技术之后,可以将10Gb网络带宽按应用负载进行灵活分配,每个10Gb端口可以虚拟出4个虚拟端口,而且支持以太网和光纤两种不同协议,从而不仅可以提升应用负载或虚拟机的网络性能,也可以大大减少适配器、交换机、线缆等数量,从而节省成本。

重新定义x86服务器IBMeX5架构揭秘

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  eX5创新之四:IBM OnForever的可靠性

  对于企业级服务器而言,无论是跑数据库、ERP等关键业务,还是用来做虚拟化整合,可靠性、可用性都是系统的生命。据介绍,IBM的eX5架构在这方面的价值主要体现在三个层面:

  一是预测性故障告警,涉及CPU、内存、硬盘、风扇、电源和QPI线缆,通过监控分析这些部件的运行数据,将出错的风险扼杀在摇篮里。

  二是多重内存保护技术,包括Chipkill内存(能够在DRAM模块发生故障后有效恢复正常运行)、Memory Protexion(在 Chipkill的基础上,还能纠正 DIMM上更多的位错误,以便提高数据的完整性)、内存镜像和内存备份(能够在发生不可纠正的内存或内存插槽错误时维护数据内容)、内存擦洗(通过内存梳理及时检测并恢复数据错误,提高系统的正常运行时间)。

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IBM工程师在介绍x3850 X5上的内存单元

  三是Node FailOver技术,两块刀片或两个机架服务器组成一台多路系统,可以扩展性能,当其中一块刀片或机架宕机,另一个系统可以接管应用负载,避免了节点层面的单点故障。 

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  eX5创新之五:灵活扩展能力

  虽然IBM此次只公布了三款产品,但借助FlexNode节点互联技术和MAX5内存扩展技术,可以进行非常灵活的组合,从而针对不同应用负载的需求,提供更有针对性的产品,具体如下图所示:

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面向工作负载优化的扩展系统

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工程师介绍将两个节点连接起来的QPI线缆

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FlexNode技术让系统的分分合合更灵活

  三款eX5新产品

  IBM此番还披露了三款即将推出的eX5服务器的规格,包括4路服务器x3850 X5、双路服务器x3690 X5和刀片服务器BladeCenter HX5。不过,由于英特尔的Nehalem-EX处理器要等到3月底才发布,因此,这三款服务器的正式发布和上市时间也将等到月底之后。

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IBM eX5服务器新品

  下面我们再来看看,IBM的三款eX5新产品如何借助上述五大创新技术,来帮助用户***限度提高内存容量,***限度降低成本和简化部署流程。

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  IBM System x3850 X5

  4U高的四路机架服务器x3850 X5是IBM System x产品线中的旗舰产品,为计算密集型和内存密集型工作负载提供***的利用率、可靠性和性能。

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    系统规格:

  ——4颗下一代 Intel Xeon Nehalem EX CPU

  ——64个DDR3内存,借助MAX内存扩展单元,最多96个内存

  ——6个开放PCIe插槽 (外加 2个可选插槽 )

  ——最多 8个2.5" SAS HDD或16个 1.8" SSD

  ——标配 RAID 0/1,可选 RAID 5/6

  ——2个集成千兆以太网

  ——可选 2个万兆以太网,支持 Virtual Fabric和FCoEE .

  ——可扩展到 8颗处理器、192个内存插槽(通过QPI线缆级联两套x3850 X5和MAX5) .

  ——内部 USB支持内嵌的虚拟化系统管理程序 .

  ——IMM、UEFI和 IBM Systems Director

  ***限度地提高内存容量

  . 支持 64个处理器线程和 1TB内存容量,数据库和虚拟化性能分别是2插槽 x86 (Intel Xeon 5500系列 )系统的 3.3倍和 3.6倍

  . 采用 MAX5内存扩展技术,可以多支持 50%的虚拟机和提供领先的数据库性能

  ***限度地降低成本

  . 通过更多的内存插槽,使用成本相对低廉内存即可配置出需要的容量和性能

  . eXFlash支持高达 48万内部 IOPS(每秒种输入输出操作 ),运行的本地数据库性能是采用传统硬盘的 40倍,而成本远低于磁盘系统

  简化部署流程

  . 灵活节点分区和节点自动故障切换技术,用于***限度地提高灵活性并且延长应用的正常运行时间

  . 预定义的数据库和虚拟化工作负载引擎,用于实现快速部署与创收

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  IBM System x3690 X5

  高端 2路服务器、 2U、可扩展的服务器,内存容量是现有 2路服务器的 4倍,并且支持 2倍的处理内核,提供***的性能和内存容量。

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  系统规范

  ——2颗下一代 Intel Xeon Nehalem EX CPU

  ——32– 64个 DDR3内存插槽

  ——2个x8 PCIe插槽, 2个x8低位插槽

  ——最多 16个2.5" HDD或者 32个1.8" SSD

  ——标配 RAID 0/1,可选 RAID 5/6

  ——2个集成千兆以太网卡

  ——可选 2个万兆以太网卡,支持 Virtual Fabric和FCoEE

  ——可扩展到 4颗处理器、 64个或 128个内存插槽

  ——内部 USB支持内嵌的系统管理程序

  ——IMM、uEFI和 IBM Systems Director

  ***限度地提高内存容量

  . 与两路 Intel Xeon 5500系列产品相比,多33%的处理器内核和 5倍的内存容量,在线交易处理能力提高 1.7倍,虚拟机数量提高 2倍

  . 使用 MAX5内存扩展技术,可以在原有的系统基础上多支持 46%的虚拟机,并且提供领先的数据库性能

  ***限度地降低成本

  . 只要支付 2颗处理器的软件许可与 2颗处理器购买成本,即可拥有只有在 4路系统上才能实现的内存容量

  . eXFlash支持高达 72万内部 IOPS(每秒种输入输出操作 ),运行的本地数据库性能是采用传统硬盘的 40倍,而成本远低于磁盘系统

  简化部署流程

  . 灵活节点分区和节点自动故障切换技术,用于***限度地提高灵活性并且延长应用的正常运行时间

  . 预定义的数据库和虚拟化工作负载引擎,用于实现快速部署与创收

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  IBM BladeCenter HX5

  可扩展的刀片服务器,让您在同一个平台上同时满足双路和四路处理器的需求,实施标准化管理以便加快创收,同时在高密度环境中提供***性能和***效率。

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  系统规范

  ——2个下一代 Intel Xeon Nehalem EX处理器

  ——16个 DDR3 VLP DIMM

  ——采用 MAX5内存扩展技术,可扩展到 2颗处理器、 40个内存插槽

  ——可以可扩展到 4颗处理器、 32个内存插槽,或者 4颗处理器、80个内存插槽

  ——每个节点最多支持 8个I/O端口和 2个 SSD

  ——可选的万兆 Virtual Fabric适配器,支持FCoEE

  —— 内部 USB支持内嵌的系统管理程序

  ——IMM、uEFI和IBM Systems Director

  ***限度地提高内存容量

  . 性能是目前双路服务器 (Intel Xeon 5500系列 )的1.7倍

  . 采用 MAX5内存扩展技术内存可在 60mm宽度下扩展为 320GB,与竞争对手相比,每个处理器多支持 25%的虚拟机

  ***限度地降低成本

  . 最多支持 80个内存插槽,可以使用成本更好的内存获得同样的容量,或者提供更好的性能

  . 对于内存称为瓶颈的 VMware客户,大内存配置双路服务器可以帮助用户节省软件许可费

  简化部署流程

  . 通过单一平台来同时满足双路和四路服务器的需求,简化应用验证过程

  . 无需更改物理配置,即可将 4路服务器分割成 2个双路服务器,或者提供自动故障切换

责任编辑:常疆 来源: it168.com
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