让应用选择服务器 浅析惠普Moonshot System

ZDNet至顶网服务器频道 05月06日 评论分析（文/赵效民）： 1961年5月，美国正式启动了历史上著名的登月计划——Apollo Project。1969年7月20日，“阿波罗11”号宇宙飞船登陆月球，7月21日，宇航员Neil Armstrong（阿姆斯特朗）踏上了月球，成为了第一个在另外一颗星球上留下足迹的人。当时他说了一句经典名言：“这是个人迈出的一小步，但却是人类 迈出的一大步”（That's one small step for [a] man, one giant leap for mankind）。如今，这句话也演变为惠普推出新一代服务器的宣言。

Moonshot System的理念与启示——让服务器为应用而生

事 实上，类似于Moonshot System这种模组化的微服务器设计，业界已经并不新鲜，长期专注于微服务器设计的SeaMicro就是典型一例，其主打的SM15000系列服务器就 提供了4种服务器模组的选择，CPU涵盖了AMD、英特尔两大x86处理器厂商。不过论业界的地位，SeaMicro显然不能与HP相提并论，而HP在自 己商业服务器产品家族中推出Moonshot System，也就表明了这种模组化微服务器，在HP的未来市场预期中的前景将更为确定。

SeaMicro的SM15000系列微服务器，可在10U的机箱内，装载64个服务器模组

HP之所以对这种新的模组化服务器有更强烈的信心，我认为其根本在于HP通 过这种新的服务器形态，找到了一种更有效的与当前企业应用需求之间互动的方式。它以一种将应用需求到具体设备变更最小化的方式，来引出一种新的理念—— HP称之为“软件定义服务器”（Software Defined Server ），我更愿意理解为“让你的应用选择服务器”，而这也是Moonshot System与SeaMicro系统的一个关键区别，HP对于Moonshot System的野心从微服务器开始，但远不止如此。

在此，有必要先阐述一下“应用需求到具体设备变更最小化”，它也是实现应用 选择的一个关键。我们可以这样来理解，传统的一台机架服务器，至少是1U的大小，有完整的机箱、电源、主板、存储等标准组件，当这台服务器不能更好的满足 当前应用的标准，需要换另一种不同厂商的CPU时，此时应用需求到具体设备变更量就是一台完整的服务器，因为你无法在保留原有的标准组件的前提下，只更换 CPU。到了刀片服务器，好一些了，需要不同类型的刀片时，变更量只限定在刀片一级，而不用换整个机箱，比如你完全可以在一台刀片机箱里混插多种类型处理 器的刀片，AMD、英特尔又或是RISC/EPIC刀片。不过，刀片与Moonshot System的服务器模组相比，仍然巨大，即使是最高密度的刀片服务器，也只能在10U的空间内提供32台服务器，但Moonshot System则在4.3U的空间内提供45至180个服务器。这种颗粒度的细致性，两者是不可比拟的。而且，Moonshot System的服务器模组相较传统刀片也更为简单，基本就是处理器模块，也就是说将计算属性的资源更为集中。因此用户在根据应用需求而挑选、替换服务器 时，所变更的量是最小化的，只是模组本身而已，Moonshot System机箱与其他组件都不用变，所以用户在变更起来，速度更快且成本更低。从这个意义上讲，Moonshot System本身其实是一个应对不同应用需求的，服务器模组插座。与之相呼应的，HP也在全力拓展Moonshot System的服务器模组类别，其中，服务器模组就涵盖了从x86至ARM的多个主流厂商。

Moonshot System的存储模组，两块SFF硬盘或SSD（硬盘最大容量为1TB，SSD为200GB），通过存储总线架构与服务器模组互联，预计2013年下半年发布

Moonshot System的4节点Atom版微服务器模组，集成4颗Atom S系列处理器（相当于4个服务器节点），预计下半年发布，由于一模组上有4个服务器节点，所以一台Moonshot System的总服务器节点数量也将达到180个（45 x 4），一个47U机柜也因此将有创纪录的1800台微服务器

Moonshot System的单路Applied Micro（APM）版本ARM服务器模组，采用APM的64位（ARMv8）X-Gene处理器平台，预计下半年或2014年上半年发布

Moonshot System的4节点设Calxeda版ARM微服务器模组，集成4颗EnergyCore ECX-1000处理器（Cortex-A9架构），总节点数量与4节点Atom版本相当，预计下半年发布

Moonshot System目前所涵盖的处理器厂商，为Moonshot System创造了一个丰富的应用生态环境，现在除了AMD和德州仪器外，其他厂商的服务器模组均已亮相

Moonshot System目前虽然只正式推出了基于Atom S系列的服务器模组，但在计划中，已经有多款模组整装待发。不过，HP的愿景并不仅限于当前的规模，在未来，服务器模组还将根据应用的属性进一步丰富，包 括GPU、DSP，以及现场可编程阵列（FPGA）等专用处理芯片（ASIC）。而在HP的规划中，Moonshot System的目标行业领域包括了高性能计算（HPC，High Performance Computing）、游戏、通信、金融、基因研究等，若从工作负载类型来分，则包括了内容缓存、Web主机、Web前端加速、大数据分析、VDI（虚拟 桌面基础架构）、面部识别、视频处理等等，而每种负载也将有最适合、最优化的服务器模组与之对应。

Moonshot System的发展规划重点就是针对不同应用定制的服务器模组（Cartridge）， 今天我们看到的率先发布的就是单Atom S1260处理器的服务器模组，接下来我们将会看到4xAtom节点、4xARM A9节点以及4xARM A15+DSP节点，虽然现在还没有看到AMD的样品，但HP方面表示，AMD的处理器（包括APU）一定会出现在Moonshot System中

以目前的Moonshot System的服务器模组规划，我们似乎没有看到英特尔至强（Xeon）系列的产品，x86领域目前只有英特尔的Atom系列，包括下半年上市的 Avoton（22nm，乱序执行），但是是在HP负责超大规模服务器硬件研发的 Gerald Kleyn在接受采访中表示，从技术基础上看，Moonshot System可以支持2x或3x槽位规格的服务器模组（现有的都是1x槽位），也就是说它在技术上是可以做到支持更大体积的服务器模组。就好比当前HP C7000刀片机箱内可以有半高（BL460c）、全高（BL685c）、双宽（BL680c）刀片的差别，从而在理论上也就为采用英特尔至强E3、E5 处理器提供了可能。对此，Gerald Kleyn强调最终还要看用户的具体需求。如果这一理论上的设想真能实现，那么一台Moonshot可以搭载最多15台更高性能的单/双路至强服务器模 组。

综上所述，我们可以清晰看到由Moonshot System所体现出来的新服务器设计理念。HP称之为“软件定义服务器”，在我眼中则“应用定义服务器”，即以应用的需求选择适配的服务器。毕竟现在用 软件定义为开头的新理念与新技术越来越多，如SDDC（软件定义数据中心）、SDN（软件精义网络）等，但这里的软件定义其实是从一个更高级的软件逻辑层 来替代原有的硬件层的功能，从而能更灵活、更有效率的规划与利用硬件资源。然而，软件定义服务器从理念上讲，并非是通过软件将下层的服务器透明化，实际上 它的主旨就是为不同的应用进行定制的优化，所以我认为“应用定义服务器”更能符合Moonshot System的根本用意。但不管怎样，Moonshot System的出现都带给了我们一种启示——传统的通用服务器的通用化设计，是否对于某些特殊的应用仍然适用？我们是否有必要将这些应用对于IT资源的需 求定制化，并配以相应优化的硬件？Moonshot System通过最小化的服务器模组设计，让厂商从产品设计伊始就可以灵活的为各种应用准备相应的模组，而从用户角度来看，这种微服务器模组设计，也使得 为不同的应用选择相应的处理平台，较以往更为便利，从而让“应用定义服务器”成为可能。因此，无论Moonshot System最终是否在市场上取得成功，我认为都是对这种理念有益的实践。

Moonshot System的未来猜想——OS与软件是否随之改变？

在HP于北京发布Moonshot System当天，我曾经发表过这样一条微博——我认为Moonshot的最大意义，并不是让Atom与ARM登上大雅之堂，而在于对应用负载平台的一种 全新认识，不管是应用优化也好，还是软件定义服务器也罢，都在于一个新思路——定制轻核心+精细物理颗粒+高密度分布式处理，但这需要时间的检验。在本 文，我认为这段话可以算是对Moonshot System未来带给业界影响的进一步猜想。

在传统的信息封闭时代，应用软件大多基于单机环境来运行，强调的是 Scale-Up纵向扩展的能力，CPU的核心数量越多、内存容量越大越好。然而，互联网的不断普及，引发了一系列的IT应用与技术变革，当人们越来越追 求便利、灵活、动态的IT环境时，Scale-Out横向扩展的能力也就愈加重要了，因为它在理论上可以带来无穷无尽的IT资源，以满足全球信息互联大环 境下的信息收集、处理与分发的需求。因此，如果说用户的需求引发了云计算、大数据等浪潮，那么从另一方面讲，Scale-Out也就是这一潮流的基础。在 这一环境下，更多的强调的是多机协同、集群分布式处理。俗话说“猛虎架不住群狼”，以数量众多的小机器，借助于横向扩展的能力，也可以与一台强调纵向扩展 的高性能大机器相抗衡。而在这种潮流下，应用自身也在转变，从单机环境向集群环境迁移，这就如同高性能计算领域的变迁——越来越多的HPC应用会构建于 MPI而不是OpenMP之上，因为后者是在单机环境下，再怎么Scale-Up又如何能与成千上万台服务器相比呢？虽然并不是所有的应用都适用于分布式 处理，但大部分应用均可以有效迁移至分布式环境已经是不争的事实。

现在，我们能在操作系统与越来越多的应用软件上看到了Scale-Out的 倾向，不过这仍然是一种通用层面上的调整。而Moonshot System的出现，则带给了我们另一种猜想——当硬件厂商以定制化的微服务器来应对指定的应用时，相关的操作系统与应用是否也将为这种新的轻核心、高密 度、分布式架构做出调整呢？

以当前第一代Moonshot System的设计，在4.3U的空间内，提供了45个微服务器，以Atom S1260的设计来看，则相当于90个核心、180个线程。这一密度在当前业界虽不算最高（DELL的PowerEdge C6145可以在2U空间里提供128个核心），但也相当引人瞩目，如果换成4x的版本，则将无人能及（Atom版本可达360核心、Calxeda版本 可达720核心）。而这种新的服务器形态，从资源管理、应用开发或部署理念上看，将可能带来一种新的思路。

以DELL的PowerEdge C6145为例，在2U的机箱内集成了两个4插槽计算节点，也就是说在4U空间（相当于Moonshot 1500机箱）里提供了16个处理器，它虽然有256个核心，可就节点与处理器数量来讲，颗粒度还是非常大的，如果想最大限度的利用资源，虚拟化是必需 的。而这就需要一个中间层（虚拟化层），在这层之上部署应用，并为应用分配相应的虚拟CPU、虚拟内存与虚拟I/O资源，可以说这是一个当前非常典型的应 用方式。而Moonshot System出现后，则提供了45个单独的计算节点与45个处理器，此时如果基于硬件分区的技术，即可以对这45个节点与处理器进行分割，颗粒度可以到2 个核心为一组（以Atom S1260为例）。到了今年下半年，一台Moonshot System即可达到180个处理器（4x节点的版本）与360核心（Atom）或720核心（ARM/Avoton）的规模，所以就整体的可管理性和硬 件资源的利用方面，无疑提供了一种新的理念——不借助软件层面的虚拟化，直接以硬件分区取可实现资源的快速调配，并且不影响硬件的性能。其实，硬件分区早 已在UNIX小型机上应用多年，但在x86领域还非常罕见，而Moonshot System这样的产品，可能会像开放式计算项目（OCP）那样，引发更多用户对软件虚拟化之外的资源利用方式的关注。

而在应用开发方面，由传统的通用核心向轻量级、定制、优化的核心迁移，也将会是一种可行的趋势。它将带来更低的复杂度、更小的能耗与空间占用，以及更少的成 本。根据HP的测试，采用Atom S1260的Moonshot System，在其专注的Web前端应用领域，相比传统服务器复杂度降低97%，节约能耗89%，节省空间80%，成本减少78%。相类似的，我们可以想 像在未来Moonshot System不同类别的服务器模组之上，与之对应的应用又会有怎样的表现呢？另一方面，如果我们将Moonshot System中的计算节点（现在是45个，未来可达180个），更为细化的对应应用的线程，就会发现每个线程所拥有的独立内存与I/O资源，与传统的服务 器架构就有了很大的不同，假如分布式编程得当，相信每个线程的执行效率也将有显著的提升。相对于传统的通用设计的服务器，它将让应用开发者更好地有的放 矢。

这种应用定义化的微服务器集群，虽然每个核心的处理效能不可与当前主流的通用服务器的CPU相比，但借助于这种高密度的分布式处理架构，配合相应的应用优 化，也将起到意想不到的效果。因此，从某种角度上讲，Moonshot System可以认为是一组服务器集群，也可以认为是一台特殊的应用服务器，就看应用如何针对其优化和使用了。

也许有人会说，分布式处理、高密度集群早已经不是新鲜东西，但关键在于以往 的这些平台大都采用的是主流通用处理器平台，比如至强、皓龙等，而Moonshot System的创新在于引入了更丰富的处理器类型，从x86到ARM，再到GPU、DSP、FPGA等ASIC，以应对更多特定属性的应用，在当前还没有 哪个主流服务器厂商这么做，因此其对于整个业界的影响不能忽视。这就好像GPU进入HPC领域一样，当越来越多的定制化微服务器出现，并以高密度集群、分 布式的形态呈现在用户眼前时，也就为我们打开了更多的想像空间。那时，也许Moonshot System这类的服务器，也不再会是被大型、巨型企业所独享，而会像刀片服务器那样，在更多的市场与领域展露拳脚。

一个好的硬件平台，离不开丰富的硬件与软件合作伙伴支持，惠普也希望借助自身的影响力，带动越来越多的伙伴投入到Moonshot System的市场开拓中，而这对于Moonshot System也至关重要。在这一合作过程中，也许就会引发新的应用开发思路甚至应用平台的变革

当然，我们也必须承认，就如某些应用并不适用分布式处理一样，肯定不是所有 的应用都适用于Moonshot System这样的产品，至少以现在的处理平台规划而言不会，传统的主流通用处理器仍然有强大的生命力（如果Moonshot System未来真有E3、E5的服务器模组则会大大扩展其应用范围），毕竟还有很多传统的应用在服役。而且就算是分布式处理环境，不同的应用对于每个核 心的性能要求也各不相同，这就需要用户进行具体的权衡，就好比一个由新兵组成的连队，和一个由老兵组成的连队，战斗力肯定不可相比一样。如果只是日常的巡 逻，新兵连队就能胜任，但如果是抢滩登陆，恐怕就非老兵连队莫属了。

因此，我认为Moonshot System可能会开启一种新的服务器潮流，并会引发软件产业相应的变化，但绝不会一手遮天。HP的发言人，曾经将Moonshot System比作十几年前的刀片服务器诞生（2001年5月由康柏投资的子公司RXL发布了业界第一款刀片服务器，一年后康柏被HP收购，因此HP认为自 己是刀片服务器的创始者），认为它会引领一个新的计算形态，不过时至今日，刀片并没有成为绝对主流，传统的机架服务器仍有旺盛的生命力。所以在我看 来，Moonshot System是针对当前超大规模、超高密度、定制化应用的一次尝试，就如同当初刀片服务器应对的高密度数据中心需求一样，而并非服务器的统一形态。

展望未来，Moonshot System是否会像刀片服务器那样，最后得以发扬光大，我不好判断。但是，Moonshot System的这次尝试无疑带给了我们某些新的启发，其中最重要的就是由应用的视角选择为之优化的服务器，打破了对通用、标准化服务器的传统认知，同时应 用也将针对新的服务器形态产生可能的变化。而这种启发与认知一旦形成规模，将会带来更为重大的变革，我想这才是HP发布Moonshot System的最大意义之所在——阿姆斯特朗在登上月球时留下了人类的足迹，标志了人类对外太空认识有了重大进步，40多年来，通过不断的积累，如今人类 已经开始向更遥远的火星进发……IT产业何尝不是在永无止境地前进呢？我认为，这应该就是HP用Moonshot来命名该服务器研发计划的原因吧……