深入解析IBM新一代高密度伺服器 IBM NeXtScale System

在IBM的各種伺服器產品，依照類型與應用情境，可分為直立式（Tower servers）、機架式（Rack servers）、刀鋒伺服器（Blade servers），以及高密度伺服器（High-density servers）等，而在2013年9月發表的NeXtScale System，就是採用高密度的設計，可在專屬的6U機箱n1200中，搭載最多12臺伺服器節點（計算節點），也就是說同樣在6U的機架空間中，可以容納的伺服器數量比全部放置一般1U機架式伺服器還多一倍，近似一般市面上常見的雙胞胎伺服器，但所配置的機箱高度更大。

另外，這系列伺服器還有幾項特點，例如除了伺服器節點之外，它還有擴充節點（Native Expansion Tray，又稱NeX Tray），可增加伺服器節點的儲存容量和PCIe介面卡數量。而且在它的外觀配置和一般伺服器也有很大差異，機身後方只有電源供應器的插槽，所有的網路埠都位於機身前方面板。

目前NeXtScale System已經推出2種節點，包括採用Intel Xeon E5-2600 v2系列處理器的伺服器節點，以及可安裝7臺3.5吋硬碟的儲存擴充節點。這系列產品將是IBM新一代高密度伺服器的主力機種，可以預期IBM會為這系列伺服器持續推出各種套件與新的節點模組，除了目前已經推出的伺服器與儲存擴充節點之外，該公司還會在2014年推出PCIe擴充節點、搭配 2.5吋硬碟的擴充節點，或是採用不同處理器的計算節點，讓NeXtScale System有更多搭配的規格。

採用半寬的節點設計，伺服器密度提高一倍
以採用半寬，提高伺服器密度的設計而言，NeXtScale和其他廠商的雙胞胎伺服器類似，例如Dell C6100、Supermicro的FatTwin系列、華碩RS720Q，以及泰安SYS-6027TR-HTRF等，都是在1U、2U或4U的機箱中，搭配1U高度與半寬的內接節點，因此每臺伺服器都可容納2臺、4臺或8臺等數量的伺服器。

以機箱尺寸來說，目前雙胞胎伺服器常見的機箱，大多在4U以下，而以高密度而言，還有另一種密度更高，可在3U機箱中容納8個，甚至12個伺服器節點的微型伺服器，不過這類伺服器目前僅能採用單顆處理器的架構，因此在單臺的運算效能上，無法和主流的半寬節點雙胞胎伺服器相比。

而NeXtScale比較特別的地方，就在於它的n1200機箱採用目前雙胞胎伺服器少見的6U尺寸，而且每臺伺服器節點還可搭配專用擴充節點模組，是目前雙胞胎伺服器中，少數可搭配擴充模組的雙胞胎伺服器。

就伺服器節點的單位密度來看，每一臺NeXtScale System可容納的伺服器節點數量，和一般雙胞胎伺服器相當，都是每U可安裝2臺2路伺服器。不過有一點要注意的就是，若加裝了擴充節點，將使每個伺服器節點的體積，從1U的高度變成2U，因此原本可安裝12臺伺服器節點的n1200，若在每個伺服器節點都加裝1個擴充模組，原本的n1200機箱就只能安裝6臺伺服器節點。

IBM這臺新型的高密度伺服器與一般雙胞胎伺服器相比，最大的不同，在於它在機箱上設有一個電源與風扇的管理模組，作用和IBM刀鋒伺服器的機箱管理模組（CMM）類似，可監控整臺機箱的風扇轉速或電源供應器等。

採可搭配標準機櫃，提高相容性，並延續擴充模組設計

其實，IBM在2008年就已經推出同樣屬於x86架構的高密度伺服器（雙胞胎伺服器）系列iDataPlex，這個系列產品採用的是2U高度的機箱，最多可內接2臺伺服器節點，或是一臺伺服器節點（加裝擴充模組），不過這個高密度伺服器系列的節點採用全寬設計，而且節點相當短，只有一般標準機架式伺服器的一半左右。在機櫃的規格上，iDataPlex可安裝於一般19吋機架的機櫃，或是搭配iDataPlex專用的機櫃。

而這個iDataPlex專用機櫃與一般標準機櫃不同的地方，在於它的正面較寬，相當於兩座標準機櫃，裡面機架有兩排，但是由於深度有限，無法安裝一般機架式伺服器，但是可安裝左右兩排dx360 M4的機箱，使用時就像一座橫放的標準19吋機櫃，因此2排總計有100U（每排50U）。

單以iDataPlex System採用2U高的dx360 M4機箱體積來看，它的體積確實比一般1U機架式伺服器小（因為節點機身較短），但是安裝在標準機櫃的時候，因為每臺iDataPlex所採用的dx360 M4機箱仍需占用2U空間，換算起來，每臺dx360 M4所占用的空間和一般1U伺服器並沒有太大分別，因此它安裝在一般機櫃時，伺服器的密度和一般機架式伺服器一樣，並沒有比較高。

相較之下，而IBM新一代的高密度伺服器NeXtScale System，只支援標準機櫃，而使用的機箱尺寸加大，而且它所內接的節點模組寬度也縮減為一半──高度同樣是1U，但是只有半寬，每個n1200機箱最多可安裝的伺服器節點達到12臺。換句話說，若一座42U的標準機櫃插滿7臺n1200機箱，而每臺n1200也裝滿12臺伺服器節點，此時，一座機櫃可容納的伺服器總數量可達到84臺，是一般標準機架式伺服器的2倍，伺服器密度也高出iDataPlex 1倍。

機箱
在規格上，目前NeXtScale這系列伺服器採用的機箱型號是n1200，如前面所提，它的尺寸為6U，而且機箱正面可分為左右兩排，每排都可有6個節點插槽，一共可安裝12臺伺服器節點，而管理人員只要在從機箱前面，就可抽取或安裝節點。

在n1200的背面，一共可安裝10臺直徑8公分的散熱風扇、6臺900瓦的電源供應器，以及電源與風扇控制模組。IBM宣稱這些電源供應器的供電能力比通過80+白金級認證的同級設備，擁有更高的電力轉換效率，在電源供應器100%運作的時候，電力轉換率達92.53%，比80+白金級的91%還高。

從NeXtScale System的節點規格中，我們發現，這臺伺服器除了機箱管理的IMM埠位於機箱後方之外，全部的I/O介面都在伺服器的正面，與一般伺服器的設計相反。

IBM表示，這樣的設計，讓系統管理人員在檢視每臺伺服器節點的時候，在機身前方即可調整或更換網路線、連接伺服器的KVM等，不需到機身後方，換句話說，IT人員在機房的冷通道中就可維修管理這臺伺服器，不需到熱通道中，在碰到需要系統檢視或維護的狀況時，對管理人員來說比較方便。

伺服器節點
搭配的伺服器節點（計算節點）方面，目前僅推出一款型號為nx360 M4，是一臺可安裝2顆Intel Xeon E5-2600 v2系列處理器的2路伺服器，最多可擁有24顆實體核心，它內建8個記憶體插槽，目前最大可支援256GB（32GB×8），以及DDR3-1866記憶體，而儲存容量方面，nx360 M4伺服器節點可內接1臺3.5吋硬碟，也可換裝2臺2.5吋硬碟，或是4臺1.8吋固態硬碟，並內建Server RAID C100控制器，可建立RAID 0、RAID 1與RAID 10等磁碟陣列模式。在其他連接埠規格上，這個伺服器節點內建了2個GbE網路埠、1個和IPMI功能一樣，用於遠端管理的IMM埠（Integrated Management Module），以及1個KVM連接埠，另外也可透過特殊的夾層介面卡（Mezzanine Card），額外增加2個10 GbE網路埠，或是2個InfiniBand連接埠。其實，這個夾層介面卡就是一個PCIe 3.0 ×8的介面插槽。

而nx360 M4還有另外2個PCIe 3.0×16的插槽，只要搭配橫向轉接卡，就可額外加裝磁碟陣列卡，建立其他如RAID 5或RAID 50等磁碟陣列模式。

擴充節點
另外，前面提到NeXtScale System的另一個特點，就是有擴充節點可以選擇。目前IBM已推出了可安裝7臺3.5吋硬碟的儲存擴充節點，搭配伺服器節點內接的硬碟，可以讓伺服器擁有最多11臺硬碟（7臺3.5吋＋4臺1.8吋），若以目前3.5吋硬碟的最大容量4TB，以及1.8吋固態硬碟的最大256GB容量來算，每臺伺服器的總儲存空間可達到29TB，同時還可擁有固態硬碟的高速I/O優勢。

除了3.5吋硬碟儲存擴充節點，IBM之後還會推出可安裝2張GPU繪圖卡的PCIe擴充節點，以及採用2.5吋硬碟的儲存擴充節點。

機箱尺寸接近刀鋒伺服器，但沒有節點管理模組
NeXtScale System機身前方，可安裝多達12臺伺服器節點，且機身背後可安裝電源供應器、風扇模組，而且還有風扇及電源的管理模組，這樣的配置或許有人會將它與刀鋒伺服器聯想在一起。
就外觀來說，NeXtScale和一般刀鋒伺服器相當類似，它們都有6U以上的機箱，而且可安裝多臺伺服器節點。但是刀鋒伺服器擁有可涵蓋整臺伺服器的節點管理模組，IT管理人員只要登入單一管理介面，就能夠掌握整臺刀鋒伺服器的全部節點，而且這類型伺服器還有將全部節點網路整合的網路模組；而NeXtScale System除了共用機箱（共用電源供應器與散熱風扇）之外，每臺伺服器節點都是獨立運作，不像刀鋒伺服器機箱擁有管理模組，透過單一介面，即可管理全部伺服器節點，因此NeXtScale System並不是刀鋒伺服器，它和其他廠商所推出的雙胞胎伺服器較為接近。

兼顧高密度與擴充特性，未來可望取代上一代產品
以IBM NeXtScale與iDataPlex這兩個不同系列的高密度伺服器來看，現階段都有各自的優勢與缺點。

例如早在2008年推出的iDataPlex，擁有完整的擴充模組，包括儲存與PCIe介面模組，而且搭配專用機櫃還可選用水冷套件，加強伺服器節點的處理器冷卻效果，但搭配一般標準機櫃時，所提供伺服器密度並不會比傳統機架伺服器高。

反觀新一代的NeXtScale採用半寬的節點尺寸，不需要搭配專用機櫃，即可擁有雙倍的伺服器數量，在一般標準機櫃上，就可讓伺服器的密度，達到每U高度可安裝 2臺的數量，足足高出iDataPlex一倍。但是很可惜的是，目前NeXtScale這系列伺服器處於剛起步的階段，可用的擴充模組與套件都不如行之有年的iDataPlex，不過，IBM在近期推出一些新的軟體應用上，例如General Parallel File System、GPFS Storage Server、xCAT、Platform Computing都以此為環境為基準建置。

nx360 M4 節點特色