معرفی سرورهای تیغه ای (Blade Servers)

سرورهای تیغه ای

مقدمه

سرورهای تیغه ای سیستم هایی هستند که تمامی اجزاء‌ آنها بر روی یک برد قرار دارد . این سیستمها برای سرویس دهی در حجم و ظرفیت بالا طراحی شده اند . در این سرورها پردازش مرکزی بر روی برد اصلی انجام می شود و قسمتهای دیگر سیستم به صورت مجزا قرار دارند و دیوایس های آن به صورت کارت به سیستم متصل می شوند . در این سرورها کیس اصلی دارای برد های مختلفی است که هریک از این بردها آن مانند کارت های شبکه ، سیستم خنک کننده ،‌ کارت های SCSI و کابلهای برق به صورت جداگانه به سرور متصل می شوند. به این سیستمها میتوان تا چندین برد پردازشی متصل نمود و همه آنها را از طریق یک مدار کنترل کننده ،‌ مدیریت کرد.

سرورهای تیغه ای در واقع کامپیوتر هایی هستند که به صورت ماژولار طراحی شده اند. با استفاده از این طراحی انعطاف پذیر ، در استفاده از فضا و انرژی بهینه سازی صورت میگیرد. در سرورهای تیغه ای بسیاری از قطعات به منظور کاهش فضای مورد نیاز و انرژی مصرفی حذف شده اند اما همچنان کارایی یک سرور عادی را دارند.

یک مجموعه شامل تعدادی سرور تیغه ای ، منبع تغذیه ، سیستم خنک سازی ، ارتباطات شبکه و غیره باشد تشکیل یک سیستم تیغه ای (BladeSystem) می دهند. البته استاندارد شرکت های مختلف تولیدی ، در مورد اینکه چه تجهیزاتی بر روی خود تیغه ها و چه تجهیزاتی در سیستم تیغه ای نصب می شوند، با یکدیگر متفاوت است. در یک قفسه سرور عادی Rack-42U، تعداد تجهیزاتی که به طور مستقیم قابلیت اتصال به سیستم را دارند محدود به 42 عدد است، در حالی که در سرورهای تیغه ای به علت صرفه جویی در ابعاد و بهینه سازی مصرف، این محدودیت وجود ندارد. در سال 2014، تراکم حدود 180 سرور بر روی هر سیستم تیغه ای (یا 1440 سرور در هر Rack) به صورت تجاری تولید شده است.*
* مربوط به محصولات سری MoonShot کمپانی اچ پی

تاریخچه

توسعه دهندگان سیستم های شبکه، ابتدا در دهه 70 میلادی با قرار دادن یک میکروکامپیوتر به صورت کامل روی یک کارت و پکیج کردن آن روی یک Rack استاندارد 19 اینچی، مفهوم طراحی ماژولار را شروع به بررسی و آزمایش کردند.
این معماری در صنعت به عنوان جایگزینی برای مینی کامپیوترها در زمینه کنترل پروسه های صنعتی، مطرح و مورد استفاده قرار گرفت. سیستم های اولیه تنها امکان اجرای یک عملیات را داشتند. اما با توسعه این سیستم ها توسط محققین ، در سال 1981 معماری جدیدی با نام VMEbus مطرح شد که اینترفیس جدیدی را ارائه می کرد. در این سیستم با استفاده از یک کامپیوتر کوچک به اندازه یک برد، که روی یک شاسی نصب شده بود، اسلات های مختلفی تعبیه شده بود تا حافظه ، ظرفیت پردازشی و درگاه های ورودی و خروجی اضافی را بتوان به آن اضافه کرد.

وجه مشترک کامپیوتر های روی شاسی این است که در واقع کل شاسی یک سیستم واحد را تشکیل می دهد، با این حال قسمت های مختلفی قابلیت اضافه و کم شدن به این سیستم را دارند ، اما همواره یک برد اصلی مسئولیت کنترل کل سیستم و اجرای فرامین را برعهده دارد.

اولین معماری سرورهای تیغه ای توسط Christopher Hipp و David Kirkeby در سال 2001 ارائه شد. این افراد اعضای شرکتی به نام RLX بودند که اکثرا از کارکنان اسبق شرکت Compaq تشکیل می شد. شرکت RLX Technologies در سال 2005 به مالکیت شرکت HP در آمد. نام سرور تیغه ای هنگامی به وجود آمد که محققان توانستند کارتی شامل پردازنده، حافظه، درگاه ورودی و خروجی ، و ذخیره ساز Flash طراحی کنند. این امر به تولید کنندگان اجازه داد تا یک سرور کامل را به همراه سیستم عامل و نرم افزار های مورد نیازش روی یک کارت جاسازی کنند. بنابراین کارت ها می توانستند به طور مستقل روی شاسی نصب شوند و به صورت مستقل عملیات را انجام دهند . مهمترین مزیت های این روش استفاده کمتر از فضا، بهره وری بسیار بالاتر انرژی، خنک سازی آسان و مدیریت آسان شبکه است. این بهره وری بالا به دلیل استفاده مشترک از منابع در سیستم است که اتلاف را کاهش می دهد. بنابراین استفاده از سیستم های تیغه ای باعث کاهش چشمگیر هزینه های کلی مشتری (Total Cost of Ownership-TCO) می شود.

سیستم تیغه ای روی شاسی چیست؟

این سیستم ها با تخصیص منابع به صورت اشتراکی هزینه های کلی را بسیار کاهش می دهند. زیرا از اتلاف یا عدم استفاده صحیح منابع توسط دیوایس های مستقل جلوگیری می شود و همه منابع توسط یک برد مرکزی مدیریت می شوند.

قسمت های اصلی یک سیستم روی شاسی به شرح زیر است:

منبع تغذیه

برای تامین انرژی تجهیزات سرور نیاز به یک یا چند منبع تغذیه وجود دارد. حتی سرورهای ضعیف نیز نیاز به منابع تغذیه حجیم و پر مصرف دارند که اتلاف حرارتی بالایی دارند و مصرف انرژی دستگاه را افزایش می دهند.. اما در سیستم های تیغه ای، از یک منبع تغذیه مرکزی برای تمام شاسی استفاده می شود. این منبع می تواند به صورت اختصاصی داخل شاسی نصب شده باشد یا به صورت یک منبع تغذیه مستقل به چند شاسی متصل شود. این امر موجب کاهش شدید نیاز به منابع تغذیه حجیم جهت ایجاد پایداری می شود.

همچنین به دلیل استفاده روزافزون از سیستم های تیغه ای، منابع تغذیه UPS مختص این سیستم ها طراحی شده اند که به نام BladeUPS نام گذاری شده و مورد استفاده قرار می گیرند.

خنک کننده

در هنگام استفاده از سرور، تجهیزات الکتریکی و مکانیکی تولید حرارت می کنند که این حرارت باید از سیستم دفع شود. در سیستم های تیغه ای نیز مانند اکثر سیستم های کامپیوتری از فن ها برای خنک سازی استفاده می کنند. استفاده مشترک سیستم های تیغه ای از انرژی و همچنین خنک سازی سیستم به صورت مشترک ، موجب تولید گرمای کمتر نسبت به سایر دستگاه ها می شود. سیستم های تیغه ای جدیدتر دارای فن های قابل تنظیم ، سیستم کنترل و پایش دما و گاها سیستم خنک سازی با مایعات هستند تا به صورت هرچه کاراتر حرارت را از سیستم دفع کنند.
باید توجه داشت که در سیستم های تیغه ای به علت چگالی بسیار بالاتر استفاده از سرورها در هر Rack (128 سرور در هر قفسه در سیستم های تیغه ای در مقابل 42 سرور در هر قفسه در سرورهای عادی)، در مجموع گرمای بیشتری تولید می شود و نتیجتا نیاز به خنک سازی نیز بیشتر است.

شبکه

سیستم های تیغه ای عموما شامل کنترلر شبکه برای اترنت (Ethernet) و یا شامل آداپتور هاست برای سیستم های ذخیره ساز Fibre Channel هستند. همچنین ممکن است از آداپتور شبکه یکپارچه استفاده کنند که می تواند هردو را از طریق کانال فیبر روی اینترفیس اترنت با هم ترکیب کنند.
عموما سیستم های تیغه ای شامل یک اینترفیس متصل به مادربرد هستند و بقیه اینترفیس ها توسط کارت ها به سیستم اضافه می شوند. یک سیستم تیغه ای می تواند پورت های خارجی مستقلی داشته باشد که اینترفیس شبکه مربوط به هر تیغه بتواند به آن متصل شود. همچنین سیستم تیغه ای می تواند تمامی اینترفیس ها را به دیوایس های ارتباط داخلی (مثلا سوییچ ها) مرتبط کند.

ذخیره سازی

با اینکه کامپیوترهای عادی که از هارددیسک ها برای نگه داری اطلاعات، سیستم عامل و برنامه های کاربردی استفاده می کنند اما نگهداری این اطلاعات به صورت داخلی شاید همیشه مورد نیاز نباشد. بسیاری از متودهای ارتباطی متل SATA SAS, iSCSI, و FireWire به آسانی به خارج از سرور متصل می شوند و در سرورهای تیغه ای می توان آنها را به شاسی متصل کرد. با این کار می توان عملا سیستم هایی با حجم کمتر و سرعت بالاتر داشت. همچنین امکان بوت سیستم های تیغه ای توسط شبکه SAN اجازه استفاده از سرور بدون هارد دیسک را می دهد که باعث افزایش سرعت و کاهش فضای مورد نیاز می شود.

ماژول های دیگر

سیستم های تیغه ای به علت ماهیت ماژولار بودن خود، یک متود استاندارد را برای انتقال سرویس ها به دیوایس های کامپیوتر فراهم می آورد. blade-serverاز همین جهت، می توان از دیوایس های دیگری نیز در این سیستم به منظور تکمیل سرویس های مورد نیاز استفاده کرد. استفاده از ماژول های تیغه ای سوییچ، روتر، ذخیره ساز، SAN و … می تواند تمامی سرویس های مورد نیاز را به به سیستم اضافه کند.

کاربردها

با توجه به افزایش روز افزون اطلاعات و لزوم رشد دیتاسنترها برای نگهداری این حجم عظیم اطلاعات، همچنین افزایش اهمیت پردازش اطلاعات در اکثر جوامع، لزوم استفاده از سرویسهایی که توانایی پردازش حجم بالایی از اطلاعات را در زمانی کوتاه داشته باشند بسیار بیش از پیش احساس می‌شود.

سرویس دهنده های تیغه ای با طراحی و معماری مجتمع و ماژولار این امکان را فراهم می کنند که پردازش حجم زیادی از اطلاعات در فضای کم به صورت بهینه انجام شود. علاوه بر موارد ذکر شده با توجه به ماژولار بودن این دستگاه ها، امکان تعویض اکثر قطعات بدون خاموش نمودن سرور امکانپذیر است و به همین دلیل سرویسهای ارائه شده توسط این سرورها از پایداری بسیار زیادی برخوردار هستند. با توجه به موارد ذکر شده مزایای استفاده از Blade Server به صورت اختصار عبارتند از:

۱- فضای اشغال شده کم
۲- استفاده از توان پردازشی بالا
۳- ضریب امنیت و پایداری بالا
۴- کاهش توان مصرفی

سیستم های تیغه ای عموما در کاربردهای میزبانی وب، مجازی سازی، دیتاسنتر و پردازش شبکه ای مورد استفاده قرار می گیرند. مزیت عمده این سیستم ها این است که کاربر می تواند هنگامی که نیاز به قدرت پردازش و یا مموری بیشتری دارد با استفاده از تیغه ها قدرت مورد نیاز خود را تامین کند بدون اینکه نیازی به خاموش کردن یا وقفه در سیستم باشد.
اگرچه به صورت تئوری سیستم های تیغه ای قابلیت پشتیبانی از دیوایس های مربوط به چندین تولید کننده مختلف را به طور همزمان دارند اما عملا از سال 2009، روند تولید این دستگاه ها به سمت استاندارد سازی اختصاصی دستگاه ها برای هر تولید کننده خاص پیش رفته است. به طوری که در هنگام استفاده از دیوایس های مربوط به یک تولید کننده واحد با مشکلات به مراتب کمتری مواجه خواهید شد.

شرکت های تولید کننده

طبق برآورد سازمان IDC در سال 2014، مهمترین شرکت های فعال در حوزه سیستم های تیغه ای به عبارت ذیل هستند:
HP –IBM –Dell -Cisco بازیگران اصلی این صنعت هستند و بقیه شرکت های مهم فعال نیز شامل Oracle – Hitachi و Fujitsu می شوند. بر اساس این گزارش شرکت HP با داشتن 42% سهم بازار پیشتاز این زمینه است. پس از آن Cisco با 26% و IBM با 12% دنبال کنندگان HP هستند.

همچنین موسسه تحقیقاتی گارتنر نیز در گزارش ماه می سال 2015 خود در زمینه سرورهای ماژولار شرکت HP را به عنوان رهبر این زمینه از محصولات در بازار معرفی کرده است.
توجه: رده محصولات سرور ماژولار شرکت IBM هم اکنون تحت مالکیت شرکت Lenovo به فعالیت خود ادامه می دهد.