演進(jìn)中的機(jī)柜式架構(gòu)設(shè)計(jì)

　　作者/MDTruongMolex數(shù)據(jù)中心架構(gòu)總監(jiān)

　　摘要：在現(xiàn)代化的超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心內(nèi)，重心已經(jīng)從服務(wù)器的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向了機(jī)架的設(shè)計(jì)——從而給予我們一種恰如其名的機(jī)柜式架構(gòu)。成立Open19基金會(huì)的目的是圍繞該型的架構(gòu)，為數(shù)據(jù)中心行業(yè)提供一個(gè)硬件平臺(tái)，并且還要?jiǎng)?chuàng)建一組可以定制、高度靈活并且極具經(jīng)濟(jì)性的標(biāo)準(zhǔn)與設(shè)計(jì)——同時(shí)，這些標(biāo)準(zhǔn)與設(shè)計(jì)可配合任何19英寸機(jī)架環(huán)境使用。(因此，出現(xiàn)了Open19。)

　　通過(guò)與全球范圍內(nèi)業(yè)界的技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)者們開(kāi)展廣泛的協(xié)作，Open19解決方案的重點(diǎn)圍繞在操作的簡(jiǎn)易性、功率效率以及靈活的設(shè)計(jì)——對(duì)于機(jī)架式架構(gòu)來(lái)說(shuō)，這些都是主要的考慮事項(xiàng)。并且，隨著重心正在從以服務(wù)器為中心的世界轉(zhuǎn)向以機(jī)架為中心的環(huán)境，數(shù)據(jù)中心的管理人員可以突破常規(guī)，良好應(yīng)對(duì)一個(gè)常見(jiàn)的挑戰(zhàn)：運(yùn)營(yíng)。

　　超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心會(huì)涉及到浩大的運(yùn)營(yíng)范圍，所占據(jù)的區(qū)域往往會(huì)達(dá)到幾個(gè)足球場(chǎng)那么大的面積。在硬件采購(gòu)成本的背后，大規(guī)模的運(yùn)行硬件所產(chǎn)生的運(yùn)營(yíng)費(fèi)用可以對(duì)總購(gòu)置成本(TCO)產(chǎn)生顯著的影響。在如此大的一個(gè)空間中，電源效率(或者，更為常見(jiàn)的是效率不足)、氣流阻礙以及硬件的簡(jiǎn)單維護(hù)都會(huì)迅速地積少成多起來(lái)。為了應(yīng)對(duì)這一問(wèn)題，這類場(chǎng)所的維護(hù)僅僅通過(guò)少數(shù)幾名現(xiàn)場(chǎng)的技術(shù)人員來(lái)完成，這就意味著維修和升級(jí)常會(huì)花很多的時(shí)間。

　　開(kāi)發(fā)Open19的目的是應(yīng)對(duì)大規(guī)模的挑戰(zhàn)。這一協(xié)作組織的發(fā)起人迄今為止已經(jīng)包含了近30家公司——包括Molex在內(nèi)，已經(jīng)認(rèn)識(shí)到機(jī)架集成、操作和維護(hù)的成本正在成為一項(xiàng)重大的財(cái)務(wù)負(fù)擔(dān)，其最初的目標(biāo)非常簡(jiǎn)單：降低整合成本，包括在機(jī)架上安置硬件、服務(wù)器布線和網(wǎng)絡(luò)連接上花費(fèi)的時(shí)間，以及包扎線纜以利于氣流通過(guò)的時(shí)間。通過(guò)與其他領(lǐng)先的技術(shù)企業(yè)協(xié)作，Molex致力于開(kāi)發(fā)出的解決方案可以消除掉這些高昂的整合成本：外部線纜化背板，能夠向每個(gè)服務(wù)器塊或者一個(gè)半寬的1U高度機(jī)架單元服務(wù)器提供高達(dá)100Gbps的以太網(wǎng)連接。

　　線纜化的背板解決方案基于背板連接器中所含的相同技術(shù)，這類連接器通常部署在內(nèi)部盲插應(yīng)用中。這一核心的背板技術(shù)經(jīng)過(guò)增強(qiáng)后可以滿足新的Open19標(biāo)準(zhǔn)要求，意味著用戶可以不再使用高接觸的QSFP、QSFP至SFP分支DAC線纜，以及通常用于以太網(wǎng)的5類以太網(wǎng)電纜。成纜的背板改善了氣流效果，通過(guò)減少安裝錯(cuò)誤而簡(jiǎn)化了安裝過(guò)程，并且為高速以太網(wǎng)提高了信號(hào)的完整性。成纜背板安裝在殼體內(nèi)部，可以為十二個(gè)服務(wù)器塊建立起脊?fàn)畹闹鞲伞?/p>

　　1 作為容器的服務(wù)器塊

　　運(yùn)輸行業(yè)使用的都是一致的貨運(yùn)集裝箱來(lái)運(yùn)送貨物。在軟件世界里，也有容器來(lái)以一致的方式來(lái)輸送軟件。然而，在服務(wù)器領(lǐng)域，則尚未有統(tǒng)一的慣例。最接近的方法是一種統(tǒng)一的平臺(tái)，其單元的定義為寬19英寸、垂直高度1.75英寸。Open19致力于為此實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，將Open19生態(tài)系統(tǒng)中最小的構(gòu)建塊、也就是服務(wù)器塊，定義為一個(gè)機(jī)架單元的半寬服務(wù)器，可以支持速度高達(dá)100Gbps的連接以及400W的功率。

　　由于Open19是一種可擴(kuò)展的架構(gòu)，可以聚合起各服務(wù)器塊來(lái)擴(kuò)展功率，并且支持高達(dá)100Gbps的以太網(wǎng)絡(luò)，服務(wù)器塊的尺寸可以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的1U服務(wù)器的大小，而功率和實(shí)現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)速度則可達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)器的兩倍，或者，在采用2U服務(wù)器的尺寸時(shí)，可用功率則可達(dá)到2U服務(wù)器的四倍(以及高達(dá)400Gbps的以太網(wǎng)絡(luò)連接能力)。背板連接器組專為這一架構(gòu)開(kāi)發(fā)而成，也將擴(kuò)展到56GbpsPAM-4——而當(dāng)今的25/50/500Gbps以太網(wǎng)使用的則是當(dāng)前的25GbpsNRZ信號(hào)系統(tǒng)。隨著以太網(wǎng)硅技術(shù)的不斷演進(jìn)，每個(gè)端口都具有使可用帶寬翻倍的潛力。

　　此外，服務(wù)器塊是完全自持式的獨(dú)立設(shè)備，含有安全與合規(guī)所需的全部相關(guān)認(rèn)證。服務(wù)器塊可以放入到鈑金機(jī)殼中，這種機(jī)殼提供盲插供電以及成纜干線功能。機(jī)殼提供8U和12U的產(chǎn)品變型，分別可容納16和24個(gè)服務(wù)器塊。通常1U的電源框和1U的以太網(wǎng)交換機(jī)即可為這些服務(wù)器塊提供支持性的基礎(chǔ)設(shè)施。

　　2 統(tǒng)一的力量

　　一致而又統(tǒng)一的設(shè)計(jì)易于排除大規(guī)模操作過(guò)程中存在的困難。耗費(fèi)時(shí)間在服務(wù)器后部操作的任何人員都懂得，操作以太網(wǎng)連接所需的各種RJ-45端口、SFP端口以及QSFP端口會(huì)產(chǎn)生無(wú)窮無(wú)盡的組合，更不用說(shuō)還要花很多時(shí)間來(lái)與身處其他地方、收費(fèi)高昂的技術(shù)人員進(jìn)行交流，這對(duì)于技術(shù)人員以及負(fù)責(zé)解決問(wèn)題的員工來(lái)說(shuō)都會(huì)產(chǎn)生巨大的壓力。在開(kāi)發(fā)自身的邊緣計(jì)算平臺(tái)的過(guò)程中，一家邊緣計(jì)算和裸金屬云計(jì)算領(lǐng)域領(lǐng)先的提供商認(rèn)識(shí)到了這一問(wèn)題。團(tuán)隊(duì)立即就認(rèn)識(shí)到了Open19的優(yōu)勢(shì)：可以簡(jiǎn)單而又統(tǒng)一地來(lái)部署服務(wù)器塊。每個(gè)服務(wù)器塊都只能在一個(gè)方向上插入并配對(duì)。沒(méi)有外部的以太網(wǎng)電纜會(huì)插入到錯(cuò)誤的端口中。對(duì)于任何可用的插槽，只要尺寸足夠容納服務(wù)器塊，就可以進(jìn)行填充。操作的復(fù)雜性降低到了接近零的程度。

　　3 功率的代價(jià)

　　功率、配電與冷卻在大規(guī)模數(shù)據(jù)中心內(nèi)占到了總運(yùn)營(yíng)成本的31%。電源使用效率(PUE)是相對(duì)于為基礎(chǔ)設(shè)施提供支持而消耗的功率或者轉(zhuǎn)換損耗而對(duì)IT(信息技術(shù))負(fù)載使用的電源效率的測(cè)量結(jié)果，這種損耗在電源將交流電轉(zhuǎn)換為直流電時(shí)發(fā)生。在接近額定功率下工作時(shí)，電源會(huì)以峰值效率運(yùn)行。例如，與1500W電源上的400W負(fù)載相比，500W電源上的400W的負(fù)載受到的轉(zhuǎn)換損耗會(huì)低一些。通過(guò)動(dòng)態(tài)的啟用和禁用電源框上每個(gè)獨(dú)立的電源，從而對(duì)負(fù)載需求作出響應(yīng)，電源框可以降低此類的轉(zhuǎn)換損耗。數(shù)百個(gè)到數(shù)千個(gè)機(jī)架上的損耗累積起來(lái)，可以產(chǎn)生數(shù)以百萬(wàn)美元計(jì)的運(yùn)營(yíng)成本。

　　Open19設(shè)計(jì)中的電源框可以為服務(wù)器塊提供12V的直流電源以及Open19網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)。共享的電源框還采用了電纜配電系統(tǒng)，與其他系統(tǒng)中使用的外部直流母線有所不同。電源框還具有100V到277V交流的“通用”輸入電壓。這種通用的設(shè)計(jì)允許實(shí)施特定于部署地區(qū)的電源線，從而排除了部署的后勤方面一個(gè)令人頭疼的重大問(wèn)題。

　　4 打破常規(guī)

　　在機(jī)架式的架構(gòu)中，存在著打破常規(guī)的可能性，以全局的方式來(lái)解決問(wèn)題。統(tǒng)一構(gòu)建塊的應(yīng)用可以使系統(tǒng)的設(shè)計(jì)人員在計(jì)算塊的內(nèi)部創(chuàng)造價(jià)值。這類計(jì)算塊能夠部署在機(jī)殼的內(nèi)部，使機(jī)殼以均勻一致的方式來(lái)供電并提供網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施。從大規(guī)模上來(lái)看，Open19可以節(jié)省可觀的總購(gòu)置成本。邊緣解決方案的提供商已經(jīng)認(rèn)識(shí)到了統(tǒng)一的設(shè)計(jì)以及架構(gòu)的一致性所帶來(lái)的強(qiáng)大力量。

　　大規(guī)模上的運(yùn)營(yíng)可以說(shuō)是孤注一擲的。Open19開(kāi)發(fā)并部署了尺寸一致的硬件容器與硬件塊，為商業(yè)組織提供了創(chuàng)新性的機(jī)架式設(shè)計(jì)。通過(guò)使用成纜背板，在部署了硬件塊后可以滿足多種應(yīng)用對(duì)于功率和網(wǎng)絡(luò)的要求，同時(shí)還可以解決成規(guī)模的運(yùn)營(yíng)問(wèn)題。

　　在為數(shù)據(jù)中心的部署評(píng)估新的架構(gòu)時(shí)，一個(gè)主要的考慮事項(xiàng)就是打破常規(guī)，將統(tǒng)一的設(shè)計(jì)與成纜背板整合起來(lái)。這種修改后的架構(gòu)可使您在專注于自身業(yè)務(wù)的同時(shí)，簡(jiǎn)化大規(guī)模部署中的許多運(yùn)營(yíng)問(wèn)題。

本文來(lái)源于中國(guó)科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2019年第1期第27頁(yè)，歡迎您寫(xiě)論文時(shí)引用，并注明出處