伺服器架構翻新 核心數再提升
x86伺服器處理器目前由Intel與AMD包辦，兩家都在近日推出最高核心數的處理器，同時也一併更新了伺服器平台，尤其是搭配MP多處理器的架構上，為了聚合更高的運算效能，不論是Intel平台或是AMD平台伺服器的擴充與延展性成為最重要的更新！另外在效能提升之餘，強化x86平台過去所不足的RAS機能以及電力管理，也是伺服器平台發展的重心！我們將首先介紹x86處理器以及平台的部分，下期會繼續針對各品牌的x86伺服器作進一步的介紹。

儘管處理器核心數的增加是目前Intel以及AMD的處理器產品最令人關注的焦點，但其實新平台還代表著伺服器架構的大翻新，舊款伺服器終究都將因為較少的運算核心、較高的能耗、有限的擴充延展而逐漸被淘汰。

永遠不嫌快

對資料中心或大型企業來說，流行的字眼——「雲端運算」即使各家定義不同，但針對資料中心所需的基礎架構皆有賴新一代的伺服器技術來降低成本、提升更高的運算效能、減少能耗與空間佔用。

而對所有企業來說，實質上能夠幫助企業節省成本的技術，肯定不能漏掉虛擬化，伺服器虛擬化則需要更多的處理器核心提供運算能力，也必須擁有大量的記憶體讓各個虛擬機器同時運作。

處理器擁有更多的核心可以滿足運算資源的需求，而藉由伺服器平台架構的改善更可以讓多路伺服器得到爆炸性的延展，這是目前Intel與AMD平台上共同的發展趨勢，而加入更多的RAS機能則是更有機會挑戰RISC處理器架構的可能性。

AMD Opteron 6000系列伺服器平台

在x86多處理器伺服器的領域，AMD推出的是Opteron 6000系列平台（代號Maranello），新的平台主要提供雙路以及四路以上伺服器使用，同時AMD也推出先前代號為Magny-Cours的12核Opteron 6100處理器！


▲ AMD到2011年的伺服器平台策略。


▲ 先前代號為Magny-Cours的12核Opteron 6100處理器。

過去Opteron處理器以1000、2000、8000系列為主，在6000平台上市後，將會轉變為採用G34插槽的Opteron 6100以及採用C32插槽的Opteron 4100為主（即將上市），G34與C32將是未來AMD伺服器最主要的兩種系統。

儘管在晶片組部分維持AMD特有的相容性（晶片組同樣採用AMD SP5100/SR56X0），但這並不意味著你可以直接將現有伺服器升級到Opteron 6100，前一代的Istanbul插槽為Socket F(1207 pins)，Magny-Cours則為G34(1974 pins)。除了G34，另一種腳位C32雖然針腳數與Socket F相容，但並不能直接升級。

在新一代的6000系列平台下，直接溝通架構(Direct Connect Architecture)技術邁向2.0是改變最大的部分，包含速度、通道都獲得提升，這使得單一處理器可以多達12個核心、4個記憶體控制器以及4個HyperTransport連接。


▲ 直接溝通架構1.0(2003~2009)。


▲ 直接溝通架構2.0

由於在記憶體頻寬上獲得提升，系統記憶體配置也獲得更彈性的選擇。6100與4100處理器都內建記憶體控制器，兩者都支援UDIMM(Unbuffered DIMM)以及RDIMM(Registered DIMM)兩種記憶體，這讓企業在使用時更加有彈性。一般伺服器可能都會搭配RDIMM，因為他具備了更高的記憶體擴充可能性（最高可到16GB）以及ECC偵錯功能，不過對於非關鍵任務伺服器來說，當不需要大量的記憶體容量、希望不要太耗電或成本更低的配置時，UDIMM的選項則相當重要（UDIMM的價格只有RDIMM的一半不到）。

AMD Opteron伺服器平台的RAS機能主要必須搭配南橋晶片SR5690/SR5670/SR5650方能發揮，主要包括：
‧PCI-Express進階錯誤報告(Advanced Error Reporting, AER)：根據PCI Express 2.0基礎規格而來。
‧PCI-Express Extended CRC(ECRC)。
‧PCI-Express的熱插拔支援。
‧HT Error Reporting：在HyperTransport介面上所使用的通訊協定、溢位、CRC錯誤等，增強邏輯化檢測和錯誤報告。
‧Data Poisoning Passthrough：關於安全性的機能，移轉在處理器與端點裝置間傳送已知錯誤的資料。
‧Parity protection of all internal memory arrays：對於AMD-Vi的快取資料能夠加以保護。


▲ AMD伺服器平台RAS機能。

電源管理功能，包括閒置模式下的C1E省電模式(Enhanced C1 state)；APML(Advanced Platform Management Link)讓支援APML的平台能從遠端監控耗電與冷卻系統；CoolSpeed技術則是當系統溫度超過設定的門檻時，系統會自動切換至p-states模式。

Opteron 6100系列處理器目前最高檔型號為12核心的Opteron 6176 SE@2.3GHz，每千顆單價為1386美金；最低檔則為Opteron 6128@2.0GHz，擁有八核心，每千顆單價266美金。

在AMD目前的Roadmap顯示下一代處理器將為32nm製程，現有8/12核心Opteron 6100的下一代代號稱為Interlagos，為12/16核心數的設計，平台代號仍為Maranello；而在4/6核心Opteron 4100的接班人代號為Valencia，將擁有6/8核心，會有強調能源最佳化的San Marino平台以及強調最低耗電Adelaide兩種平台。而這些處理器都將維持在晶片組/插槽相容的平台上，這也是AMD不斷強調的特點之一。

Intel Xeon伺服器平台


▲ Xeon 7500處理器系列(右)以及Xeon 5600處理器系列。


▲ Xeon 7500處理器平台架構。


▲ Xeon上市型號以及研發代號對應。

Nehalem微架構的Xeon處理器（Nehalem-EP, Xeon 5500）在去年首推之後，Intel在今年第一季繼續將其他伺服器產品線Xeon 3000/5000/7000系列以Nehalem微架構的處理器補足，包括先前代號為Nehalem-EX的「Xeon 6500/7500系列」以及過去代號為Westmere-EP的Xeon 3600/5600系列。

除了Itanium 2的Xeon 9000系列以外，Xeon 3000/5000/7000系列囊括了Intel伺服器處理器的主流產品線，其中3000系列為單處理器(UP, Uni-processor)、5000系列為雙處理器(DP, Dual-processor)、7000系列則為四顆處理器(MP, Multi-processor)（以上）的x86伺服器所使用。

Xeon 7500主要用在MP架構，伺服器中各處理器以速度6.4GT/s的QPI(QuickPath Interconnect)架構互連，每個處理器可以控制4個DDR3記憶體通道，每個通道透過Intel Scalable Memory Buffer支援4個DIMM插槽，因此單一Xeon 7500處理器可以支援16條記憶體。

Xeon 7500系列透過Intel 7500晶片組（代號為Boxboro，1567腳位）來提供PCIe的I/O能力，由於平台架構、晶片組和插槽都已經和前代的六核心Xeon 7400系列（代號Dunnington，Q3'08上市，604腳位）不相容，因此從Xeon 7400到Xeon 7500並不能以直接更換處理器的方式來升級。

代號為Boxboro的Intel 7500晶片組，目前支援Xeon 6500/7500系列處理器。Boxboro-EX為雙路以上伺服器平台代號，支援45nm Nehalem-EX以及32nm的Westmere-EX。

Xeon 7500系列處理器主要在三方面做了提升，除了效能外，擴充性、延展性以及可靠度都要重大的更新。Nehalem-EX中的EX即代表可擴充(expandable)，以Xeon 7500處理器系列建構的平台在處理器插槽、記憶體和輸入/輸出(I/O)都能加以延展，例如它可以透過系統供應商的合作，提供從2個插槽擴充到256個插槽以及支援達16TB 。


▲ 藉由模組化的延展，Xeon 7500的系統可以設計擴展到256個插槽的伺服器。


▲ MCA-Recovery技術可將標示錯誤的資料關閉並重新啟動程序，提升系統可靠度。

Xeon 7500增加了超過20項的RAS(Reliability, Availability,Serviceability)可靠性功能，其中最重要的稱為「機械檢查架構復原(MCA-Recovery ,Machine Check Architecture - Recovery)」。當計算過程中出現錯誤時，過去主要是以採用硬體修正的方式，但若無法修正可能就會導致系統當機，現在多了MCA-Recovery之後，可以將硬體無法修復的錯誤在記憶體區塊中進行標示，通知作業系統或虛擬機器管理員(OS/VMM)不再使用，OS或VMM可以將標示錯誤的資料關閉並重新啟動程序，在這之前，Intel只有Itanium處理器系列和其他RISC處理器（精簡指令集）具備這樣的機制。

其他的RAS功能根據Intel Xeon Processor 7500 Series RAS白皮書敘述大約可以分成三類，請見附表。


▲ Xeon 7500/6500系列新增RAS機能表。

在Intel新發佈的Xeon處理器中，Xeon 7500系列是目前Intel效能最高的處理器，該系列目前最高階型號為Xeon X7560@2.26GHz，為8C16T以及24MB L3 Cache的設計，目前每千顆單價為3838美金；最低階型號為Xeon E7520@1.86GHz，為4C8T及18M L3 Cache的設計，每千顆單價為856美金。

Nehalem-EP的處理器還包括Xeon 6500系列，這也是Intel第一款6000系列的Xeon處理器。如型號所示，其定位介於5000和7000之間，但RAS功能上也同樣支援。以最高等級的Xeon X6550來看，其具備同樣的8C16T，但是在L3 cache的18MB則少了一些，每千顆單價為2558美元也低了許多。Xeon 6500系列目前最低階為Xeon E6510@1.73GHz，為4C8T以及12M L3 Cache設計，每千顆單價為744美元。

在雙路伺服器DP的部分，Intel同時也推出先前代號為Westmere-EP的Xeon 5600系列，Westmere-EP實際上還包括Xeon 3600(UP)系列，都是屬於企業一般會使用的機種。

過去代號為Tylersburg的平台則包括像桌上型X58晶片組以及伺服器5520/5500晶片組，用以搭載Xeon 5500處理器。

而支援新款處理器的平台稱為Tylersburg-EP，同樣是Intel 5520晶片組可以支援Xeon 5600處理器，主要是以1~2路伺服器為主，這意味著採用Xeon 5500系列處理器的伺服器可以直接升級到Xeon 5600系列。

Intel DP產品的架構和MP架構主要差別在於記憶體支援的容量的部分，Xeon X5680現為5000系列最高階版本，具備6C12T以及12MB的快取，每千顆單價為1663美元。而最低階版本為Xeon L5609@1.86GHz，採用4C4T、12M L3 Cache的設計，每千顆單價為440美元。

Xeon W3680是目前唯一一款Westmere-EP的3000系列處理器，為6C12T以及12MB快取，但與Xeon X5680在記憶體的支援度上有很大的差異，Xeon W3680最大可支援24GB、X5680最大可支援288GB。Xeon W3680為1366腳位，搭配Ibex Peak平台，X58晶片組的伺服器也可以直接升級。


▲ Nehalem下一代的微架構稱為Sandy Bridge，將使用AVX指令集提高浮點運算效能。

【原文刊載於RUN!PC雜誌：2010年05月號】

—x86伺服器採購(1)處理器篇 --- 伺服器架構翻新 核心數再提升
—x86伺服器採購(2)伺服器篇 --- 從品牌目標市場看x86伺服器採購
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—x86伺服器採購(3)效能篇 --- Opteron 6100與Xeon 5600