日益增長(zhǎng)的需求催生數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)新思維

預(yù)計(jì)截止至2020年，互聯(lián)設(shè)備的數(shù)量將達(dá)到500億。而如此眾多的設(shè)備預(yù)計(jì)將在2017年產(chǎn)生高達(dá)7.7 ZB的互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)。隨著運(yùn)營(yíng)商放棄了客戶端-服務(wù)器以及局域網(wǎng)(LAN)架構(gòu)，并轉(zhuǎn)而青睞側(cè)重在服務(wù)器、存儲(chǔ)與網(wǎng)絡(luò)中采用虛擬化的設(shè)計(jì)，如此大量的數(shù)據(jù)處理需求將給數(shù)據(jù)中心生態(tài)系統(tǒng)帶來(lái)巨大挑戰(zhàn)。為此，有越來(lái)越多的公司開(kāi)始選擇基于移動(dòng)計(jì)算、云服務(wù)、大數(shù)據(jù)和社交網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)先技術(shù)的更加靈活且開(kāi)放的平臺(tái)。

亞馬遜、谷歌與Facebook等創(chuàng)新領(lǐng)袖正在積極構(gòu)建超大規(guī)模的數(shù)據(jù)中心，以處理海量的帶寬需求與工作負(fù)載。最近，F(xiàn)acebook在開(kāi)放計(jì)算項(xiàng)目(Open Compute Project)主辦的開(kāi)放計(jì)算峰會(huì)(Open Compute Summit)上分享了一個(gè)關(guān)于其數(shù)據(jù)中心開(kāi)發(fā)的經(jīng)典案例。開(kāi)放計(jì)算項(xiàng)目由Facebook創(chuàng)立，旨在通過(guò)分享服務(wù)器、存儲(chǔ)與網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)，開(kāi)發(fā)高性能、低成本且節(jié)能的數(shù)據(jù)中心。據(jù)Facebook透露，開(kāi)放平臺(tái)已經(jīng)幫助其節(jié)省了12億美元的成本。

最近，許多企業(yè)正投入云計(jì)算的懷抱，他們一般從第三方購(gòu)買(mǎi)計(jì)算容量，節(jié)約運(yùn)營(yíng)自身數(shù)據(jù)中心所需的資本與運(yùn)營(yíng)費(fèi)用。因此，云服務(wù)提供商已成為對(duì)開(kāi)放平臺(tái)超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心投資力度最大的投資者之一。以溢價(jià)提供高級(jí)服務(wù)的傳統(tǒng)服務(wù)器提供商可能將面臨來(lái)自開(kāi)放平臺(tái)提供商的激烈競(jìng)爭(zhēng)，后者的成本更低且基礎(chǔ)架構(gòu)更靈活、可擴(kuò)展。

使用開(kāi)放平臺(tái)的方法意味著須整體看待數(shù)據(jù)中心開(kāi)發(fā)項(xiàng)目。雖然服務(wù)器是核心技術(shù)，但需要考慮包括服務(wù)器、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)以及軟件在內(nèi)的整體系統(tǒng)，并以全新方法將這些組件更好地整合在一起，讓數(shù)據(jù)中心實(shí)現(xiàn)真正的突破性變革。

雖然開(kāi)放平臺(tái)觸及的不僅僅是服務(wù)器，但在滿足下一代數(shù)據(jù)中心的傳輸容量、處理速度與節(jié)能高效的需求方面，服務(wù)器仍發(fā)揮著關(guān)鍵作用。在構(gòu)建服務(wù)器時(shí)，必須通過(guò)一臺(tái)物理服務(wù)器容納多臺(tái)虛擬服務(wù)器，以便在虛擬化成為業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的情況下提高服務(wù)器利用率。服務(wù)器需要使用既快速又節(jié)能的多核處理器，且必須與日益虛擬化的存儲(chǔ)及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)無(wú)縫互動(dòng)。

許多半導(dǎo)體公司與服務(wù)器制造商現(xiàn)在都在開(kāi)發(fā)運(yùn)行于ARM處理器、而非行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)x86架構(gòu)的服務(wù)器。ARM處理器普遍用于智能手機(jī)、平板電腦及其他便攜式設(shè)備以及隨物聯(lián)網(wǎng)(IoT)趨勢(shì)而出現(xiàn)的新興設(shè)備、聯(lián)網(wǎng)家電、汽車(chē)和各種網(wǎng)絡(luò)傳感器。ARM有助于各公司開(kāi)發(fā)擁有創(chuàng)新型多核CPU的處理器，實(shí)現(xiàn)真正的服務(wù)器級(jí)性能，并面向網(wǎng)絡(luò)、通信、大數(shù)據(jù)、存儲(chǔ)及安全應(yīng)用提供業(yè)界最佳的虛擬化加速器。

現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心還需要更快速的網(wǎng)絡(luò)連通性，千兆以太網(wǎng)(GbE)將被10GbE、40GbE并最終被100GbE規(guī)模的管網(wǎng)所替代。10GbE結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)(網(wǎng)絡(luò)中的流量可流向各個(gè)方向)將有利于節(jié)能、易管理性以及通過(guò)網(wǎng)絡(luò)虛擬化靈活使用計(jì)算資源。

同時(shí)，為了提高數(shù)據(jù)中心內(nèi)架頂式(ToR)交換機(jī)與服務(wù)器網(wǎng)卡(NIC)之間的速度，降低兩者間以太網(wǎng)連通性成本，最近成立的行業(yè)組織25Gb以太網(wǎng)聯(lián)盟(the 25 Gigabit Ethernet Consortium)制定了新的以太網(wǎng)規(guī)范說(shuō)明，以允許數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用25Gbps或50Gbps以太網(wǎng)鏈路協(xié)議。

符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)且可互操作的25 Gb以太網(wǎng)規(guī)范旨在提升性能，大幅降低架頂式(ToR)交換機(jī)與服務(wù)器網(wǎng)卡(NIC)之間每Gbps的互聯(lián)成本。相對(duì)于當(dāng)前的10 Gbps與40 Gbps以太網(wǎng)鏈路，該規(guī)范規(guī)定了單通道25 Gbps以太網(wǎng)與雙通道50 Gbps以太網(wǎng)鏈路協(xié)議，能夠讓機(jī)架端點(diǎn)與交換機(jī)之間的每條物理通道或屏蔽雙軸銅纜性能提升最高達(dá)2.5倍。作為以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的管理機(jī)構(gòu)，美國(guó)電氣與電子工程師協(xié)會(huì)(IEEE)也在考慮將該技術(shù)用于未來(lái)的IEEE標(biāo)準(zhǔn)。

為云計(jì)算而構(gòu)建的現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心還通過(guò)所謂的存儲(chǔ)解聚(storage disaggregation)開(kāi)創(chuàng)了存儲(chǔ)技術(shù)新天地。近些年來(lái)，存儲(chǔ)因服務(wù)器計(jì)算而聚合在一起，因此數(shù)據(jù)可以更快速地從存儲(chǔ)中檢索出來(lái)。但是，隨著固態(tài)硬盤(pán)(SSD)成為新的存儲(chǔ)媒介，上述服務(wù)器的存儲(chǔ)成本開(kāi)始升高。現(xiàn)在，計(jì)算與存儲(chǔ)之間的連接速度得到了提升，存儲(chǔ)可以與計(jì)算再次分開(kāi)或者解聚及共享。

新的互聯(lián)技術(shù)能夠讓數(shù)據(jù)傳輸速度提升至40 Gbps， 并將很快升至100 Gbps，幾乎一蹴而就。存儲(chǔ)解聚能夠讓數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)商更加靈活地升級(jí)或替換個(gè)別組件，而非替換整個(gè)系統(tǒng)。對(duì)于需要快速檢索的數(shù)據(jù)，還可以使用SSD存儲(chǔ)，而價(jià)格較低的SAS與SATA驅(qū)動(dòng)器則用于不太緊急的數(shù)據(jù)。

在設(shè)計(jì)開(kāi)放平臺(tái)數(shù)據(jù)中心時(shí)，還必須考慮安全技術(shù)，避免以往的事后彌補(bǔ)。網(wǎng)絡(luò)需要深度數(shù)據(jù)包檢測(cè)技術(shù)，并以達(dá)到Gb級(jí)速度來(lái)篩查異常情況。其他需要具備安全能力的網(wǎng)絡(luò)組件還包括邊緣路由器、防火墻、家庭網(wǎng)關(guān)以及虛擬私人網(wǎng)絡(luò)(VPN)設(shè)備等。在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，提供安全性的同時(shí)不得影響網(wǎng)絡(luò)速度與性能。

雖然上述技術(shù)變化可能會(huì)給更加熟悉客戶端-服務(wù)器物理硬件運(yùn)營(yíng)的數(shù)據(jù)中心管理人員帶來(lái)挑戰(zhàn)，但可以開(kāi)發(fā)更高效開(kāi)放平臺(tái)超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心的大量潛在機(jī)會(huì)也隨之而來(lái)。而這種數(shù)據(jù)中心將能滿足在高速發(fā)展的設(shè)備上完成更快、更高容量計(jì)算的不斷增長(zhǎng)的需求。

作者簡(jiǎn)介：

Nick Ilyadis是博通(Broadcom)公司基礎(chǔ)設(shè)施和網(wǎng)絡(luò)集團(tuán)副總裁兼首席技術(shù)官，他負(fù)責(zé)為包括網(wǎng)絡(luò)交換、以太網(wǎng)控制器、高速控制器、PHY、企業(yè)無(wú)線局域網(wǎng)、SerDes、處理器和安全等技術(shù)在內(nèi)的一系列芯片產(chǎn)品制定產(chǎn)品策略和跨產(chǎn)品線組合方案。

在加入博通公司之前，他在北電網(wǎng)絡(luò)公司擔(dān)任負(fù)責(zé)企業(yè)數(shù)據(jù)產(chǎn)品工程的副總裁。他還在美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司(DEC)和 Itek 公司擔(dān)任過(guò)工程方面的職務(wù)。Ilyadis 先生擁有新罕布什爾州大學(xué)電子工程碩士學(xué)位和羅切斯特理工學(xué)院的電子工程學(xué)士學(xué)位。