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處理器/DSP  

新需求推動資料中心設計新思維

上網時間: 2014年12月22日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:網路  資料中心  設計  開放式平台  雲端 

作者:Nicholas Ilyadis / 博通(Broadcom)基礎架構及網路事業群副總裁暨技術長

網路連線裝置將於2020年達到500億台,屆時網路上將有大量資料流竄。預計2017年,網路傳輸的資料量將達到7.7 Zettabyte。如此驚人的資料量讓資料中心生態圈中的業者如臨大敵。業者逐漸捨棄主從式架構(client-server)與區域網路(LAN)架構,轉而投向伺服器、儲存設備和網路設備虛擬化的懷抱。愈來愈多企業也開始採用以行動運算、雲端服務、巨量資料和社群網路等技術為基礎的開放式平台,以獲得更高的靈活度。

引領潮流的領導廠商,例如Amazon、Google和Facebook,都已開始建置巨型資料中心,以因應龐大的頻寬需求與工作量。Facebook更在開放運算高峰會(Open Compute Summit)上分享他們的資料中心開發案例。這個高峰會是由Facebook創辦的開放運算計畫(Open Compute Project)主辦。該計畫的宗旨是透過分享伺服器、儲存設備和網路設備的設計規格,帶動高效能、低成本與節能省電的資料中心發展。Facebook表示開放式平台已為公司節省了12億美元的成本。

許多企業已開始擁抱雲端運算,特別是向協力廠商購買運算容量,以省下自行建置資料中心的資本與營運資出,這也促使雲端服務供應商斥資發展開放式平台的巨型資料中心。由於採用開放式平台的基礎架構具有較低成本、較高彈性與擴充性的優勢,因此將會對以收取權利金提供高階服務的傳統伺服器廠商造成衝擊。

採用開放式平台時,必須從整體角度來看待資料中心的開發。雖然伺服器是核心技術,但仍須同時考量整個系統中的伺服器、儲存設備、網路設備與軟體,並試圖讓這些元件以最佳方式整合,讓資料中心達到真正的破壞式創新。

雖然開放式平台考量的點不僅止於伺服器,但伺服器在新一代資料中心的容量、處理速度與能源效率需求中仍扮演重要角色。當虛擬化成為主流,單一實體伺服器中將會安裝許多虛擬伺服器,以提高伺服器使用率,屆時將會需要配備快速又節能的多核心處理器,而且還必須確保能與日益虛擬化的儲存和網路設備順暢溝通。

許多半導體廠商與伺服器製造商的伺服器都已從業界標準的x86架構轉移到以ARM為基礎的處理器架構。在物聯網(IoT)趨勢的帶動下,ARM處理器已廣泛應用於智慧型手機、平板電腦、可攜式裝置與新興設備中,並成為家電、汽車及各種感測器與網路連線的媒介。ARM公司也協助企業利用創新的多核心CPU處理器,為網路、通訊、巨量資料、儲存和安全應用程式提供伺服器等級的效能與頂級的虛擬加速器。

快速的網路連線是現代化資料中心的另一個必備條件,因此,網路的連線速度必須從目前1GbE提升為10GbE、40GbE甚至於達到100GbE。透過網路虛擬化技術,10GbE的網路架構在水平與垂直傳輸流量時,可以節省更多電力及更高的管理性,同時更靈活地運用運算資源。

為了讓資料中心的機頂(Top-of-Rack,ToR)交換器與伺服器網路介面控制器(Network Interface Controller,NIC)之間獲得更快速與更低成本的乙太網路連線,業界已開始發展新乙太網路標準。新25 G乙太網路聯盟正努力開發新規格,將資料中心網路的乙太網路通訊協定提升到每秒25 Gbps或50 Gbps的速度。

符合業界標準,並可與既有標準協同作業的25GE規格不僅能提高效能,更大幅減少機頂(TOR)交換器與伺服器網路控制器(NIC)之間的每Gbps的互連成本。此規格是使用單通道25GE與雙通道50GE通訊協定,讓機架端點與交換器之間的每個實體通道或twinax銅纜線效能比10GE或40GE高2.5倍。負責規範乙太網路標準的電機電子工程師學會(Institute of Electrical and Electronics Engineers,IEEE)也考慮將此技術制定為未來IEEE標準。

分散式儲存技術也讓現代化雲端資料中心的儲存技術獲得革命性的發展。近年來,為了更快速存取儲存資料,都把儲存資料與運算資源一起存放在伺服器上。隨著固態硬碟(SSD)成為新儲存媒介,伺服器的資料儲存成本也因而增加。隨著運算與儲存之間的連線速度變快了,因此儲存資料可以再一次與運算資料分開存放,或透過分散與共享的方式來佈署。

新的互連技術可以讓資料以40Gbps的速度快速傳輸,甚至於即將達到完全無延遲的100Gbps速率。因此分散式儲存模式可以讓資料中心業者,在升級或替換個別元件時不需要替換整個系統,同時擁有更高的靈活度。您也可以使用SSD儲存需要快速取得的資料,並用SAS與SATA硬碟儲存急迫性較低的資料。

安全技術是使用開放式平台資料中心的另一個重要考量,一方面要用深層封包檢查技術來掃描網路上的異常封包,一方面讓網路保持Gigabit等級的傳輸速率。另外,邊緣路由器、防火牆、常駐型閘道器與虛擬私有網路(VPN)設備也都需要安全防護能力。不論在網路上哪個角落,都需要不會影響速度與效能的安全防護機制。

雖然這些新技術對主從架構的資料中心管理員而言極具挑戰,但可以協助他們在開放式平台上開發更高效率的巨型資料中心,即使連線設備迅速增長,也能滿足隨之而來的高運算速率與容量需求。





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