实现高效低碳 新一代高密度数据中心分析

处理器核心数量大战已经恶斗了几年，从单核心到双核心再到现在的多核心，频率与缓存容量也同样经历了从低到高的一个完整过程。目前，多核心处理器已经发展的非常成熟了，从功耗、性能、发热量等方面都有着不错的表现。

多核心处理器已经完全普及

多核心处理器的普及，让计算密度更上一层楼。原来2U机架只能安装4颗物理处理器，而现在的一些2U机型能够实现24甚至48核心的超高密度了，多核心处理器功不可没。

计算密度的增加，也使得高密度数据中心逐渐多了起来。新工艺下的多核心处理器在功耗及发热方面都得到了良好的控制，极大的降低了高密度数据中心部署难度。现在很多企业都在谈高密度数据中心，那么高密度数据中心有何优势呢？下面让我们来看看两个案例。

高密度计算方面：著名的电影特效公司IndustrialLight&Magic使用了IBM最新的刀片式服务器替换了他们的服务器。每个新的服务器机架大约节省了140千瓦的用电量，这大约是这个机架用电量的84%。

高密度存储方面：百度正在规划建立大容量高密度绿色数据中心，以降低搜索技术所带来的碳排放，减少能耗、保护环境。据了解，百度内部针对绿色数据中心的建设已经启动。从08年开始，百度就采用更低功耗的存储解决方案提升服务器利用率。当年，全百度实现了闪存设备在网页搜索服务上的大规模集群式使用，成为全球首家告别硬盘的互联网公司。据权威组织估算，采用更低功耗的存储解决方案后，百度一年可节电4030万度，相当于节省近1.3万吨原煤，节省2亿升水，减少二氧化碳排放量60450吨，相当于兴建了2485亩森林。

上述两家公司分别部署了高密度计算和存储数据中心，目的在于提高效能降低运营成本，实际实用性效果也值得肯定。高密度数据中心的建设离不开基础设施，其中就包括最核心的计算存储单元--服务器。目前已经有不少厂商推出计算密度很高的服务器产品，既有机架式也有刀片。

戴尔的新PowerEdge C6105是一款高密度服务器，因为体积小巧，所以能在一个机架式机箱内放入多个“服务器”。在这种情况下，2U的机箱可以容纳4个半宽服务器，由两套系统堆叠而成。采用这样设计的产品，能够在1U尺寸下实现四个处理器插槽，大大节约了空间。

戴尔认为，皓龙4100系列具备它固有的功耗与体积方面优势，它每颗处理器具备4或6颗核心，是PowerEdge C6105的首选处理器。为何这样说呢？因为戴尔可以通过上述技术实现在2U空间内部署48颗核心，功耗方面没有太大变化，但计算密度大大提高，更加适合未来云计算的需求。

PowerEdge C6105基于AMD的SR5760芯片组支持DDR3内存，具备12个插槽，支持单条2 GB、4GB或8GB容量，最大支持96 GB的容量。另外值得注意的是，C6105在低功耗方面设计的非常全面，它可以支持三星的8GB低电压内存，能够有效降低发热和功耗。

C6105可以支持146GB的2.5英寸SAS或24个各种容量的SATA磁盘，24个SATA固态硬盘，或12个3.5寸SAS或SATA磁盘支持从250 GB到2TB容量。

Tilera与Quanta Computer共同开发了一款超高密度服务器，在一个标准机架内实现了最高可以容纳10000个处理器核心，远远高于目前主流产品的密度。

Tilera此次推出的产品更是迎合了当前趋势，其服务器在一个2U机箱内可以容纳8个处理器节点，实现了更高的每瓦性能。每个节点包含一个64核TilePro64处理器，每个2U机箱的核心数量可以达到512个。节点还包括每秒176G的输入/输出带宽，最高可以扩展至64个双列直插内存模组插槽，最高可以容纳24个2.5英寸热插拔SAS，SATA或者固态硬盘。

据了解，与主流产品相比，基于Intel双核多芯片服务器系统功耗普遍在200w左右，而基于Tilera技术与前者性能相同的服务器仅需要40w，由此可见其节能优势相当明显。

硅谷的一家公司SeaMicro推出了一款低功耗服务器SM10000，比较特殊的是，其配备了512颗Intel Atom处理器。

每个单元配备一颗Intel Atom Z530 1.6GHz Silverthorne单核心处理器，基于US15 Poulsbo芯片组，搭配2GB DDR2内存。通信方面，搭配了一颗ASIC控制芯片，连接在US15芯片组的PCI-E x2上，作用相当于一个I/O Hub，可提供SATA、千兆以太网等所有输入输出功能，而且还有虚拟化I/O技术，功能非常完善。

比较有创意的是，SeaMicro将这样规格的八个这种单元组合在一起，组成尺寸为12.7×27.9厘米的适配卡，拥有32条PCI-E信道，通过两条PCI-E x16插槽接入系统。

每台SM10000服务器都采用10U设计，包含64块适配卡，总计512颗Atom Z530处理器和256颗SeaMicro ASIC。单颗处理器独享2G DDR2内存，通过环装总线来让各个服务器之间共享虚拟化I/O，互相访问虚拟化硬盘，这一点设计的非常巧妙。比较遗憾的是Intel US15芯片组内存控制器不支持ECC校验，缩小了SM10000的适用范围。

每套SM10000系统都有64个千兆以太网接口，每颗Atom处理器虚拟支持出四个SATA接口，整套系统最多可实际连接64个2.5寸硬盘，还支持RAID 0。操作系统全面支持Linux，但暂不支持Windows。

最近，IBM在其BladeCenter服务器系列也加入了GPU选项，在之前的GPU技术大会中，IBM曾经展示过相关产品。此次加入到服务器中的GPU产品是NVIDIA Tesla M2070，其通过PCI-E插槽中的X16扩展刀片插头与主板相连，配备一个标准散热片。基于至强芯片的HS22刀片服务器也加入了扩展插槽，共有4款刀片服务器中加入了GPU处理器的选项。如此看来，一台HS22刀片就可以相当于5个高性能计算单元了。

除了HS22之外，IBM的iDataPlex dx360 M3混合式服务器也首次加入了GPU选项，它将可以使用NVIDIA的Tesla M1060和M2050这两款GPU芯片，作为协处理器使用。iDataPlex dx360 M3在2U空间内最多可以配备两颗GPU。

据了解，当iDataPlex dx360 M3搭配NVIDIA最新的GPU协处理器之后，其浮点性能可以达到49万亿次了。

从节能与空间占用等角度讲，高密度数据中心确实有着众多优点，但其也并非完美。在制冷、散热和电力供应等方面，还存在着一些问题。

由于高密度服务器的体积越来越小，使得单个机架内处理器核心、内存等容量有了成倍提高，对于供电需求也随之上升。在相对密集的空间内进行制冷散热的难度逐渐增加，对制冷设备也提出了更高的要求。

Google在比利时的一个数据中心尝试抛弃制冷剂，而改用自然空气为数据中心降温。

不过IT厂商们在这方面依然有很多创新技术，按需制冷、制冷液温度精确调控、精密空调循环散热等等技术逐渐应用到了新建数据中心当中。此外，在纬度较高或者常年有循环风的沿海地区，一些节能化高密度数据中心能够通过自然空气来散热，这样更是大大减少了能源消耗，PUE值实现更低。

随着处理器等芯片工艺水平的不断提高，高密度数据中心逐渐多了起来，在很多特殊应用场合其有着不可替代的作用。高密度数据中心也将加快IT设备的低碳化进程，相信小体积、高效率的新一代计算设备会更多的出现在我们身边。