Из чего состоит сервер: экскурс по серверным комплектующим

Сервер — это основа любой сетевой инфраструктуры. Серверы выполняют огромный пласт различных операций, связанных с обработкой данных, проведением вычислений и выстраиванием сетевых коммуникаций. Важно понимать, что такой широкий спектр применения обеспечен сложной архитектурой, в которую входит множество различных компонентов. Они то и наделяют сервера их техническими характеристиками и дифференцируют одни модели от других. Сегодня мы углубимся в анатомию серверов и подробно расскажем вам обо всех их компонентах.

Процессор — самый главный компонент сервера. Процессоры отвечают за главный параметр серверов, а именно за производительность. В отличие от десктопных процессоров, серверные процессоры отличаются повышенной надежностью, расширенным диапазоном температур и увеличенным количеством ядер. Функционал серверных процессоров включает обработку информации, проведение вычислительных операций, а также управление программным обеспечением. От сокета процессора, количества его ядер и тактовой частоты зависит, насколько тот или иной сервер будет производителен. Кроме того, линейки процессоров популярных производителей, таких как Intel и AMD, имеют свои конкурентные преимущества, которые отличают их друг от друга. Например, линейка Intel Xeon 6 оптимизирована под ускорение работы с искусственным интеллектом, а AMD EPYC 9004 Series с поддержкой 3D V-Cache имеют внушительные объемы кэш-памяти, благодаря которой процессоры гораздо быстрее справляются с задачами.

Кроме того, процессоры поддерживают дополнительные технологические решения, которые расширяют их функциональные возможности. Также ввиду повсеместного развития индустрии разработки ИИ, в актуальные линейки процессоров интегрируют технологии, которые помогают улучшают эффективность работы с машинным обучением и искусственным интеллектом. К таким технологиям относятся интегрированные блоки NPU (Neural Processing Unit) и Deep Learning Boost. NPU — это специальные блоки, которые интегрируются в процессор на архитектурном уровне, благодаря чему ускоряется выполнение задач, связанных с обучением искусственного интеллекта, а также появляется возможность внедрить расширенные наборы инструкций, такие как DL Boost. 

Рынок процессоров разнообразен и включает в себя решения для различных спектров задач:

• Для широкого спектра бизнес-задач — Intel Xeon Scalable 5 Gen, Intel Xeon 6900P и AMD EPYC 9004;
• Для встраиваемых систем —Intel Xeon D и AMD EPYC Embedded;
• Для рабочих станций — Intel Xeon W и AMD Ryzen Threadripper;
• Для лучшего соотношения энергоэффективности и производительности — Intel Xeon 6700E и AMD EPYC Turin.

Оперативная память используется для временного хранения данных, которые сохраняются только до момента отключения питания сервера. Однако, ввиду того факта, что серверы обычно работают круглосуточно, оперативная память серверов может выполнять задачи иного рода. RAM применяется для временного хранения данных и программ, которые активно используются сервером в данный момент. За счет оперативной памяти ускоряется доступ к необходимой для решения задач информации и увеличивается эффективность одновременного выполнения сразу нескольких операций, в результате чего растет общая производительность системы. Чем больше ОЗУ имеет сервер, тем больше данных он может обрабатывать одновременно, что очень полезно для работы с ресурсозатратными приложениями.

Серверная оперативная память отличается от обычной компьютерной оперативной памяти поддержкой технологий, обеспечивающих большую надежность работы. В частности, используются технология ECC — функция коррекции ошибок, защищающая память сервера от сбоев при интенсивных вычислительных операциях. Несмотря на то, что наличие ECC может увеличить стоимость модуля на 10-30%, эта технология значительно повышает надежность сервера. Сейчас на рынке представлены 2 поколения оперативной памяти с разной скоростью передачи данных: DDR4, который сейчас активно вытесняется и наиболее актуальной и быстрой памятью DDR5. Выбор модулей памяти — это методичный и ответственный процесс, при котором нужно учитывать не только соответствие физической совместимости DRAM по разъему DIMM, но и по применяемым в них технологиям, например, одним процессорам требуется полноценная буферизированная память с коррекцией ошибок, а другим упрощенная память ECC без буферизации.

Несмотря, что все современные сервера используют память с технологией ECC, на рынке есть более совершенный тип серверной памяти, который используется лишь в топовых линейках устройств — ECC REG. REG (Registered Memory) — это буферизированный тип памяти со специальным чипом, который обрабатывает данные, поступающие от процессора, и передает их к микросхемам DRAM, что снижает нагрузку на процессор, позволяя ему взаимодействовать только с контроллером, вместо целой россыпи банков памяти.

Накопители — это компоненты сервера, на которых хранятся все данные. Дисковые накопители, установленные в сервер, формируют систему хранения данных. От отзывчивости дисковой системы зависит то, как быстро будут выполняться приложения, обрабатываться данные и решаться прочие серверные задачи.

Современные серверы могут быть оснащены как классическими HDD, так и более современными SSD и NVMe-накопителями. Рассмотрим более подробно, в чем заключаются особенности трех видов накопителей. 

• Винчестеры (HDD) занимают больше места, выделяют больше тепла и шумят, а также они более подвержены механическим повреждениям. Однако, они остаются популярными благодаря низкой стоимости и большому объему памяти. Полезны для хранения больших объемов данных. Из-за механической конструкции, этот тип накопителей имеет трудности с доступом к случайным файлам, однако, они отлично справляются с линейными нагрузками. Благодаря этому HDD подходят под резервное копирование и другие виды хранения “холодных” данных;
• SSD-накопители работают по принципу флеш-памяти и лишены большинства недостатков HDD: они компактны, устойчивы к механическим повреждениям и обеспечивают более высокую скорость работы. Хоть они и дороже, чем HDD, их надежность, эффективность и в разы большая скорость обработки данных полностью оправдывают высокий ценник. Благодаря гораздо большему числу IOPS, чем у HDD, накопители SSD отлично подойдут для развертывания баз данных и других операций, чувствительных ко времени отклика дискового массива;
• U.2, M.2 или EDSFF — это наиболее современный и быстрый вид SSD с максимальным значением IOPS. Они идеальны для серверов с высокими требованиями к скорости доступа к данным, например, для работы с базами данных и эффективной работы виртуальных машин.

Подключение накопителей осуществляется через различные интерфейсы:

• SATA. Имеет скорость до 6 Gb/s и используется для подключения HDD и SSD. Имеет максимальную совместимость, благодаря чему актуален даже в наши дни;
• SAS. Интерфейс имеет увеличенную пропускную способность до 24 Gb/s. Диски с поддержкой этого интерфейса гибко масштабируются и имеют повышенную производительность за счет дуплексной передачи данных, а также расширенного набора команд, чем у интерфейсов SATA; 
• NVMe. Стандарт передачи данных на базе протокола PCI-E, совершивший революцию в скоростных показателях накопителей благодаря пропускной способности до 32 Gb/s. Сейчас диски NVMe применяются повсеместно и составляют серьезную конкуренцию интерфейсам SAS.

Переплата за скорость оправдана в ситуациях, когда сервер должен обрабатывать большие объемы данных или минимизировать время доступа к ним, что очень важно для высоконагруженных веб-ресурсов и приложений, требующих минимальную задержку.

Контроллеры и адаптеры обеспечивают связь компонентов, защиту данных, а также расширяют функциональные возможности сервера.

• Сетевые адаптеры. Подключают сервер к сети, определяют тип и скорость соединения (Ethernet, InfiniBand). Они обеспечивают связь между серверами, сетевыми устройствами и интернетом. При выборе сетевого контроллера важно учитывать объем передаваемых данных и тип сети. Современные сетевые адаптеры имеют скорость до 400 Gb/s, а также поддерживают передовые технологии, такие как RDMA, iWARP и RoCE. Благодаря сетевым картам SmartNIC, современные сетевые адаптеры также поддерживают offloading CPU, что увеличивает производительность системы;
• RAID-контроллеры. Создают массивы жестких дисков и управляют ими, улучшая производительность и надежность системы хранения данных. Они поддерживают различные уровни RAID (0, 1, 5, 10 и др.), защищая данные от потери и увеличивая общую производительность системы;
• Контроллеры HBA (Host Bus Adapter). Предназначены для быстрого и бесперебойного подключения устройств хранения данных к серверу. Эти контроллеры необходимы для высокоскоростной передачи данных и позволяют выстраивать программные RAID-конфигурации на базе специализированных файловых систем, например ZFS;
• GPU(Графические адаптеры). Используются для вывода видеосигнала, удаленного управления, машинного обучения и рендеринга видео. Помимо этого, графические адаптеры могут выступать в роли сопроцессора для обработки данных, что повышает эффективность работы сервера.
• DPU. Расширение сетевых карт SmartNIC, которое берет выполнение всех задач ввода/вывода на себя, благодаря чему с центрального процессора снимается лишняя нагрузка и, как следствие, увеличивается его производительность;
• NPU. Сопроцессоры, ускоряющие выполнение операций, связанных с машинным обучением и работой искусственного интеллекта;
• FC-адаптеры. Адаптеры, благодаря которым можно подключать высокоскоростные сети Fiber Channel, что дает возможность использования систем хранения данных, таких как SAN или NAS, при этом сохраняя максимальную скорость передачи данных.

Блоки питания обеспечивают подачу электроэнергии всем компонентам сервера. Серверные блоки питания часто лицензируются лучшими сертификатами 80 PLUS, что указывает на максимально высокий КПД этих устройств. Стабильность электропитания обеспечивается лучшей компонентной базой внутри блоков питания, так как серверные системы должны работать 24/7.

Также серверы оснащаются резервными блоками питания, число которых может варьироваться от 2-х до 4-х. Это нужно для обеспечения бесперебойной работы в случае выхода из строя основного источника питания. Мощность блока питания определяется в зависимости от энергопотребления процессоров, оперативной памяти, накопителей и других компонентов. Если планируется апгрейд сервера, то следует предусмотреть запас мощности блоков питания. Мощность БП обеспечивает максимально допустимое потребление энергии, что напрямую влияет на возможности масштабирования и апгрейда системы.

Материнская плата является ключевым элементом, который обеспечивает взаимодействие всех компонентов сервера друг с другом. На ней размещаются процессоры, оперативная память, контроллеры и другие компоненты сервера. При выборе материнской платы важно учитывать совместимость с комплектующими:

• Сокет. Сокет отвечает за совместимость с линейками процессоров, в которые интегрирована системная логика, отвечающая за возможности материнской платы. Вследствие этого сокет является важнейшим элементом материнской платы;
• Разъемы для оперативной памяти. Слоты DIMM должны соответствовать типу установленной памяти. Количество разъемов очень важно, поскольку от этого зависят возможности масштабирования объема оперативной памяти;
• Слоты расширения PCI-E. Количество слотов PCI-E напрямую влияет на возможности установки плат расширений, например, сетевых карт, RAID-контроллеров и так далее;
• IPMI (BMC). Интерфейс для удаленного доступа к управлению сервером. Благодаря нему можно перезагружать и настраивать сервер, а также мониторить работу устройства.

Все компоненты сервера размещаются в корпусе, который определяет его тип: напольный (Tower), стоечный (Rack) или блейд (Blade). Рассмотрим каждый вид корпуса более подробно:

• Tower-серверы — напольные серверы, которые подходят для небольших организаций с ограниченными вычислительными потребностями. Tower-серверы обычно более тихие, чем его стоечные собратья, а также не требуют особых условий содержания. Такие серверы обычно устанавливаются в небольших организациях, где нет необходимости в большом количестве оборудования;
• Стоечные серверы — стандартный выбор для дата-центров, где оборудование устанавливается в телекоммуникационные стойки, экономя пространство и позволяя эффективно организовать охлаждение, например, с помощью «горячих» и «холодных» коридоров. Все Rack-серверы имеют стандартный ширину 19 дюймов и различаются по высоте: 1U, 2U, иногда встречаются модели 3U, 4U и более юнитов. Такие серверы более требовательны к обслуживанию и помещению, в которых они эксплуатируются;
• Блейд-серверы — это те же Rack-серверы, но с повышенной плотностью компоновки. С помощью Blade-серверов к одному серверному шасси можно подключить сразу несколько узлов, которые совместно используют блоки питания, сетевые интерфейсы, бэкплейны. Обычно такие серверы имеют юнитовые форм-факторы и они отлично подходят для использования в дата-центрах.

Системы охлаждения серверов варьируются в зависимости от высоты корпуса сервера и его требований к охлаждению. В корпусах различной высоты применяются как активные, так и пассивные системы охлаждения.

• Активное охлаждение. Включает в себя вентилятор и радиатор, изготовленный из алюминия с медными трубками. Преимущественно используется в системах, использующих процессоры с высоким показателем TDP;
• Пассивное охлаждение. Система охлаждения на основе серверных радиаторов, преимущественно применяется в системах с форм-фактором 1U и 2U. Охлаждение происходит за счет воздуха, поступающего из корпусных вентиляторов шасси.

В зависимости от высоты и конфигурации корпуса, выбираются наиболее эффективные решения для поддержания оптимальной температуры и надежной работы серверных компонентов.

Сервер — это сложный вычислительный комплекс, состоящий из различных комплектующих. Только благодаря совокупности всех этих компонентов он получает свои черты, отличающие его от других вычислительных устройств — высокую производительность и надежность. При этом, каждый элемент сервера взаимозаменяем и при необходимости апгрейда вы в любой момент можете подобрать нужный компонент под текущие потребности. Если же вы испытываете трудности в подборе серверных компонентов, вы всегда можете написать в онлайн-чат у нас на сайте, где менеджеры ServerFlow подберут для вас совместимые компоненты с гарантией до 1 года.