小型机技术基础概述及各厂家小型机介绍.ppt
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1、小型机技术基础概述目录小型机历史及定义各厂商小型机内部构造小型机体系结构小型机分区技术介绍小型机CPU介绍小型机操作系统小型机与x86服务器对比第一代计算机和大型机世界上第一台现代电子计算机“埃尼阿克”(ENIAC),长30.48米,宽1米,高2.4米,占地面积约170平方米,30个操作台,重达30英吨,耗电量150千瓦,每秒执行5000次加法或400次乘法。1964年,IBM推出了划时代的大型机System360,System360成为第一部具有硬件扩充弹性化的特点的大型主机。小型机名字由来1965年DEC公司的PDP-8的小型计算机发布上市,此时伦敦街头正流行“迷你裙”,因此这款当时小巧玲
2、珑的机器被称为“Minicomputer”,产品一经推出,由于其小巧的外形和具有竞争力的价格受到市场青睐,并引发了当时计算机市场的小型化革命,小型机的名字由此而来。小型机定位目前市场上按体系架构分类,服务器可分为:X86服务器、小型机、大型机大型机小型机X86服务器厂商:IBM厂商:IBM、HP、Oracle、浪潮厂商:浪潮、Dell、联想、曙光、华为等小型机定义小型机泛指各个计算机厂商生产的基于RISC(ReducedInstructionSetComputer精简指令集)或者EPIC技术的CPU,运行UNIX一类操作系统(每个厂商都有自己“改良版”的UNIX)的服务器,此类服务器一般用于商
3、业领域计算、处理的应用。CPU操作系统厂商目录小型机历史及定义各厂商小型机内部构造小型机体系结构小型机分区技术介绍小型机CPU介绍小型机操作系统小型机与x86服务器对比各厂家小型机产品各厂家小型机产品小型机属于中高端服务器产品,有研发能力的各大厂商为维持在服务器市场的战略地位都会推出自己的小型机产品,目前拥有小型机产品的厂商主要有IBM、HP、Oracle和富士通及中国浪潮小型机采用的是主机/哑终端模式,并且各家厂商均有各自的体系结构,彼此互不兼容。各厂家小型机产品线各厂家小型机产品线中端高端低端超低端25250 0万万15-2515-25万万25-5025-50万万50-10050-100万
4、万10100-0-25250 0万万超高端K1910K1930K1950P780P770P770P760P760P750P750P740P740P730P730P720P720P710P710K1产品线IBMPowerSuperdome2Rx9900SD28sRx9800HP动能系列Rx2800 i4CAMPCAMPSPARCT5-2SPARCT5-8/M10-4SSPARCT5-4/M10OracleT5浪潮国产小型机产品线旗舰型32路256核核心型 32路128核灵动型 8路64核K1950K1930K1910整机RAS特性增强 计算性能提升 K1产品线实现关键应用主机高中低端市场全面覆盖
5、K1910灵动迅捷,关键应用系统的高效整合平台K1930坚若磐石,关键应用系统的护航基石K1950卓越超群,关键应用系统的最佳部署平台配合K-UX、K-DB,满足全部关键行业客户需求下一代千核级关键应用主机小型机构成-天梭K1系统浪潮天梭K1系统采用模块化设计,包括计算模块、互连模块、管理模块等,其中计算模块为主要模块,包含CPU、内存等部件,互联模块用于各个计算模块的连接计算模块互连模块管理模块散热模块I/O模块电源模块各个模块小型机构成-天梭K1系统计算模块内部结构浪潮天梭K1系统硬件系统互连拓扑如右图所示:主要由8个计算模块和4个NR板组成,每个计算板上两个NC芯片,每个NC芯片有4个高
6、速NI端口,每个NI端口的速率达到8.5GB/s,16个NC和4个NR实现全互连。小型机构成-天梭K1系统计算模块内部结构计算模块为系统提供强大的计算能力,以及多种设备接口,是系统的核心模块小型机构成-天梭K1系统K2芯片国际先进的自主知识产权的处理器协同芯片16端口的高阶交叉开关实现32路系统的单级网路跳步连接通过高带宽冗余链路分别与各处理模块相连,构成多平面网络结构中国成为世界上第三个掌握此核心技术的国家小型机产品IBM篇小型机构成-IBM770IBM小型机小型机770由四个由四个4U机架服务器组成,多个节点服务器之间通过机架服务器组成,多个节点服务器之间通过SMPFlex线缆按照一定的规
7、则顺序连接起来。线缆按照一定的规则顺序连接起来。小型机构成-IBM770每个每个4U机架式服务器包括一个机架式服务器包括一个Power7处理器卡,封装了两个处理器卡,封装了两个Power7芯片芯片插槽和插槽和16个个DDR3内存插槽。内存插槽。小型机产品-HP篇小型机构成-HPSuperDome2惠普的小型机惠普的小型机SuperDome2定位为关键业务服务器,为刀片架构,主要由定位为关键业务服务器,为刀片架构,主要由I/O扩展柜、刀片机箱和存储单元三部分组成。每个刀片机箱可插扩展柜、刀片机箱和存储单元三部分组成。每个刀片机箱可插8个刀片,个刀片,每个刀片可支持两颗安腾每个刀片可支持两颗安腾C
8、PU。小型机构成-HPSuperDome2以下以下为为Superdome2刀片上的主要组成单元。其中每个刀片上的主要组成单元。其中每个CPU通过通过4颗颗MemoryBuffer(内存缓冲)芯片连接到(内存缓冲)芯片连接到16个个DDR3-RDIMM(RegisteredECC)内存)内存插槽插槽。2颗颗Itanium处理器处理器与与sx3000Agent芯片组之间的连接,是通过每个芯片组之间的连接,是通过每个CPU提供的提供的3条条QPI来实现的。来实现的。小型机构成-HPSuperDome2小型机产品Oracle篇小型机构成-OracleT5系列服务器Oracle的的T5系列处理器,其中系
9、列处理器,其中T5代表此类服务器所用代表此类服务器所用CPU为为T5系列处系列处理器,理器,T5-x中的中的x代表代表CPU数量。数量。OracleT5-1B、T5-2、T5-4、T5-8系列处理器小型机构成-OracleT5系列服务器Oracle系列服务器支持系列服务器支持1/2/4/8颗颗CPU互联,其中两颗互联,其中两颗T5CPU处理器互处理器互联如下图。联如下图。本章小结本章小结总而言之,小型机有着有普通服务器不一样的内部构造,这是由于各厂商为提高小型机的整机性能和高可靠性而进行整体优化的结果。目录小型机历史及定义各厂商小型机内部构造小型机体系结构小型机CPU介绍小型机分区技术介绍小型
10、机操作系统小型机与x86服务器对比小型机体系结构小型机体系结构SMP结构:目前IBMPOWER系列处理器采用的是SMP结构,在CPU设计、操作系统架构等方面进行优化,可实现最大32路CPU互联。NUMA结构:目前浪潮天梭K1系统及惠普的SuperDome2采用的是NUMA结构。CPU直连:OracleT5系列小型机采用的体系结构天梭 K1P795Superdome2 SPARC M6-32Fujitsu M10服务器服务器体系架构体系架构-SMP-SMP SMP(SymmetricMultiProcessing):全称是对称多处理技术,是指在一个计算机上汇集了一组处理器(多CPU),各CPU之
11、间共享内存子系统以及总线结构。服务器服务器体系架构体系架构-SMP-SMPSMP(SymmetricMultiProcessing),并行处理技术,应用比较广泛,单处理器很难满足实际应用需求,厂商开始采用对称多处理来解决问题,常规的是4-8个CPU。CPU内部必须内置APIC单元。相同的产品型号,同样类型的CPU核心尽可能保持相同的产品序列编号SMPSMPSMP架构架构架构遵循的基本遵循的基本遵循的基本规则规则规则完全相同的运行频率SMPSMP体系结构体系结构适用性适用性扩展方面可用性方面可用性较差能承担一般性系统业务,在对应核心业务时,难以保障用户投资扩展能力有限每个CPU通过相同的内存总线
12、访问,造成内存访问冲突,降低CPU效率NUMANUMA体系结构介绍体系结构介绍 NUMA(Non-UniformMemoryAccess):为了突破SMP在扩展能力上的限制,来构建大型系统,NUMA技术顺势而生。NUMA(非一致性访问存储架构)由多个CPU模块组成,每个CPU模块由多个CPU组成,并且具有独立的本地内存、I/O槽口80末-90初90年代2000年20002001至今Cray推出Cray6400Compaq推出GS320HP推出SuperdomeINSPUR推出K1Sequent提出定义IBM推出NUMA-QNUMANUMA体系结构介绍体系结构介绍发展历程发展历程NUMANUMA
13、体系结构介绍体系结构介绍访问速度:本地节点邻居节点远端节点远端节点邻居节点本地节点对于某个节点中的所有CPU,此节点称为本地节点与本地节点相邻的节点称为邻居节点非本地节点或邻居节点的节点,称为远端节点NUMA具有多个节点(Node),每个节点可以拥有多个CPU(每个CPU可以具有多个核或线程)。节点可分为本地节点(Local Node)、邻居节点(Neighbour Node)和远端节点(Remote Node)三种类型。具有多个CPU模块,每个模块又几个CPU组成,分别有独立的内存、I/O、总线NUMA系统既能访问本地内存又可以访问远程内存。良好的伸缩性NUMANUMA体系结构特点体系结构特
14、点摆脱超大总线对多处理器的束缚,增强单一操作系统可管理的处理器、内存和I/O插槽让处理器快速的访问在同一单元的内存NUMANUMA体系结构优点体系结构优点提供内存互联的硬件系统在保持系统规模高扩展的前提下,实现处理器带宽与网络带宽相对平衡,并同时保持较低的互连网络平均延迟。NUMANUMA体系结构优点体系结构优点NUMA系统的带宽较宽,适合多线程、多事务的并发处理模式高负荷下,保障系统高性能、稳定性、可靠性银行设备税控设备互联网站机场进出港系统证卷交易其他设备和终端存储系统存储系统存储系统关键应用主机电信通讯设备NUMANUMA体系结构优点体系结构优点性能性能SMPNUMA操作性稳定性安全性可
15、扩展性开放性灵活性可维护性NUMANUMA结构与结构与SMPSMP结构对比结构对比目录小型机历史及定义各厂商小型机内部构造小型机体系结构小型机分区技术介绍小型机CPU介绍小型机操作系统小型机与x86服务器对比分区概念所谓分区,就是将一台物理上的服务器划分为多台机器来使用的技术,可分为物理分区、虚拟分区。在小型机分区技术里:物理分区可分为固定式分区、静态分区以及动态分区三种虚拟分区可分为逻辑分区、微分区。APP1HW1OS1APP2APPn虚拟分区APP3HW3OS3APP1HW1OS1APP1HW1OS1物理分区OS2OSnIBMPOWER服务器应用模式System P 服务器在一般的计算环境
16、中,都是以虚拟化的方式出现。HMC(Hardware Management Console,硬件管理控制台)和 IVM(Integrated Virtualization Manager,集成虚拟化管理器)、SystemsDirector 为实现服务器的虚拟化提供了强有力的支持。通过HMC管理服务器通过IVM管理服务器通过Director管理服务器POWERSystem分区技术LPAR、DLPAR、VPAR逻辑分区(LPAR)就是将单台服务器划分成多个逻辑服务器,彼此运行独立的应用程序。每个 LPAR 拥有自己的 CPU、内存和 I/O 设备分配。此类分区是在固件级别而不是在物理资源级别进行的
17、。每个 LPAR 包含自己的操作系统。然而,逻辑分区也有些限制,如要增加或删除资源,必须停止逻辑分区的运行,然后重新引导分区。动态逻辑分区(DLPAR)则允许在不中断应用操作的情况下,增加或减少分区占用的资源,为计算环境提供了很大的灵活性。微分区也是一种逻辑分区,是在 Power 5 及以后处理上使用的技术,它对 CPU 的划分粒度更细了,每颗CPU 可以等分成多个具有相同处理能力的 Entitle Unit,而每个分区最少可以分配 0.1 个 Entitle Unit。使用微分区技术对 CPU 资源的划分更加灵活了,提高了 CPU 资源的利用率。POWER 系统管理程序(Hypervisor
18、)控制分配物理处理器资源给每个共享的处理器分区。LPAR的问题UnassignedondemandresourcesHypervisorLinuxpartitionsIBMiAIXV5.3partitionsVirtualStorageVirtualI/OServerWorkloadmanagementandprovisioningVirtualNetworksVirtualProcessorsAIXV6partitionsVEnetVSCSIIVM*LinuxKernelsAIXKernelsVirtualNetwork/StorageAIX/WPARSKernelsSLIC逻辑分区/微分区
19、的原理和问题IBM的虚拟化在系统最底层使用Hypervisor实现分区资源的划分,一个mini的AIX操作系统,逻辑分区下,其CPU/内存资源在一个资源池中进行分配,而IO板卡和内置存储资源也需要统一由Hypervisor进行管理。因此,从体系架构上无法做到真正的分区之间的电气隔离,在分区的安全性和稳定性上存在风险。因一个分区的故障导致整机宕机的情况在电信、银行行业中也有发生。微分区的部署模式下,需要额外使用1-2个逻辑分区安装VIOS(虚拟IO服务器),用于处理微分区之间的IO资源的共享使用,但内存/CPU资源由Hypervisor统一管理调配,如果用于存储VIOS核心的内存出现物理故障,有
20、很大可能导致VIOS分区宕机,从而导致所有微分区的IO出现故障而宕机。单点故障风险非电气隔离,分区故障容易引起整机宕机浪潮天梭K1系统分区技术u硬件分区:浪潮天梭K1系统可选择硬件分区技术,单一分区(节点)装载单一操作系统,各个分区拥有独自的资源。u应用容器:浪潮天梭K1系统可以实现在同一操作系统内将不同应用隔离起来,实现不同应用之间的隔离。APP1HW1OS1APP3HW3OS3APP1HW1OS1硬件分区APP1HW1OS1APP2APPn应用容器硬件分区、应用容器技术优势u最高级别可靠性:分区与分区之间完全电气隔离,一个分区出现的软件或者资源故障对其他分区没有任何影响,最高级别的可靠性。
21、u降低总体拥有成本:分区的功能降低了总体拥有成本。硬件分区应用容器u一定级别的可靠性:实现在同一操作系统上不同应用的隔离。u更高程度的灵活性:硬件资源可被所有应用程序共享,资源配置更灵活。目录小型机历史及定义各厂商小型机内部构造小型机体系结构及分区技术小型机CPU介绍小型机操作系统小型机与x86服务器对比u复杂指令集-CISC(ComplexInstructionSetComputer)uX86系统uIA-32、EM64T、AMD64u精简指令集-RISC(ReducedInstructionSetComputing)uPower、SPARC处理器(IBM、oracle小型机)u专用平台、专用
22、系统u大型应用后台密集集中处理u显式并行指令集-EPIC(ExplicitlyParallelInstructionComputers)uIA-64安腾处理器(Hpsuperdome、浪潮K1关键应用计算机)u大型应用后台密集集中处理u专用平台、专用系统CPU指令集分类CPU指令集比较比较内容RISC/EPICCISC指令系统简单、精简复杂、庞大指令数目通常小于100通常大于200指令格式通常小于4通常大于4寻址方式通常小于4通常大于4指令字长等长不固定各种指令使用频率相对平均相差较大各种指令执行时间绝大多数在一个周期内完成相差较大优化编译实现易实现相对困难如今如今CISC和和RISC/EPI
23、C指令集之间也相互学习,指令集之间也相互学习,CISC指指令也不随意增加,大部分指令也能在一个时钟周期内完成。令也不随意增加,大部分指令也能在一个时钟周期内完成。RISC也设计了一些复杂的指令,允许在更多时钟周期内完也设计了一些复杂的指令,允许在更多时钟周期内完成。成。各厂商小型机CPU浪潮和惠普使用的为浪潮和惠普使用的为Intel的安腾系列的安腾系列CPUIBM主要为主要为POWER系列系列CPUOracle主要为主要为SPARC的的T系列和系列和M系列系列CPU安腾安腾CPUCPU产品定位及应用场景分析产品定位及应用场景分析Intel安腾系列处理器安腾系列处理器的市场定位是在于的市场定位是
24、在于企业级服务器与企业级服务器与高效能运算系统。高效能运算系统。面向面向商业智能分析商业智能分析、数据库、数据库、大型内存应用、云计算、大型内存应用、云计算等等最繁重的应用领最繁重的应用领域。域。商业智能分析数据库云计算大型内存应用安腾安腾CPUCPU产品亮点产品亮点关键业务顶级计算能力针对UNIX与大型主机系统优化设计采用安腾CPU的UNIX操作系统运行数据库、数据仓库、大型ERP 等应用测试,证实了安腾CPU的超级计算能力关键数据终极保护安腾CPU集成了多种容错技术,处理器可自动检测并从多种错误中恢复另外安腾CPU在设计过程中始终将错误预防放在首要位置,很多错误在电路设计层面就被避免安腾C
25、PU具有一系列的RAS特性,保证了数据完整性功耗智能管理Intel独有的睿频加速技术提供了先进的功耗监控和管理功能,最大化平衡了处理器性能和功耗支持内存动态时钟,降低了系统功耗IntelItanium9500:IntelItanium9500:迄今为止最出色的迄今为止最出色的IntelIntel处理器处理器CommonEnterpriseBenchmarks相对相对于于9300系列处理器有了巨大提升系列处理器有了巨大提升整体性能提高2.4倍2倍的核数,2倍的指令吞吐量主频提升40%,I/O速率提升33%功耗降低8%,待机功耗降低80%关键创新技术关键创新技术Intel指令重试Intel超线程技
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