一種新型融合架構的SmartRack服務器系統(tǒng)研究.pdf

1、SmartRack是一種新型融合性架構服務器系統(tǒng)，其具有部署密度高、資源配置靈活、管理方便、低耗能等一系列優(yōu)點。
　　受新型融合架構的需求影響，電子硬件、機構件、固件及上層軟件上都發(fā)生了一系列革命性改變化，其主要體現(xiàn)在“融合”思想上，在完成軟硬件協(xié)議以后，將傳統(tǒng)的硬件、軟件進行解耦融合，使之從傳統(tǒng)的“堆疊”向“有機融合”深層變革。
　　2009年，互聯(lián)網(wǎng)公司為解決傳統(tǒng)服務器系統(tǒng)與應用發(fā)展需求產(chǎn)生的問題，對新型融合架構服務器提

2、出初步概念，2012年由BAT（百度、阿里、騰訊）三家互聯(lián)網(wǎng)巨頭牽頭提出融合服務器架構，并推出了“天蝎計劃”，對融合架構做了統(tǒng)一規(guī)范，2014年“天蝎計劃”開始V3.0規(guī)范討論，同年浪潮的SmartRack系統(tǒng)也成功升級到V4.0，從硬件架構到軟件管理都有了更為貼近用戶的改善。
　　浪潮SmartRack系統(tǒng)是跟隨在互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展需求變革的道路上產(chǎn)生的，從“天蝎計劃”開始，浪潮便深度參與其中，為“天蝎計劃”的發(fā)展起到了積極推動作用，也

3、是業(yè)內(nèi)第一家全程參與“天蝎計劃”的服務器供貨商，并成為業(yè)內(nèi)融合架構服務器系統(tǒng)及解決方案最主要的廠商，占有業(yè)內(nèi)超過60％的份額，成為百度、阿里巴巴、騰訊、奇虎360、京東、12306的戰(zhàn)略合作伙伴，作為持續(xù)引導行業(yè)融合架構發(fā)展方向的主導者之一，SmartRack系統(tǒng)還會不斷發(fā)展，爭取為各種不同的客戶提供更為高效的服務。
　　本論文以融合架構中的硬件作為研究主體，對各子系統(tǒng)的硬件部分進行分析，完成硬件系統(tǒng)的設計研究。本論文的主要研究內(nèi)

4、容有:
　　1.方案采用集中供電、集中散熱解決能耗問題，采用標準接口定義解決各家軟硬件兼容性問題及成本控制問題，采用資源池化解決資源利用率問題，采用集中管理解決管理效率問題。
　　2.將硬件系統(tǒng)進行子系統(tǒng)劃分，對各子系統(tǒng)開展可行性研究分析，對以主板、電源板、管理板、Expander擴展板、硬盤背板、風扇板等進行接口定義、物理尺寸、邏輯芯片實現(xiàn)、高速互聯(lián)信號完整性上進行分析，得出最終可行的技術方案，并對方案中的風險點進行分析和

5、預防，最終將方案進行技術驗證。
　　3.詳細研究各子邏輯架構實現(xiàn)方案，主要從芯片、連接器等主要部件選擇上進行實現(xiàn)研究，主要包括對:BMC芯片、Redriver芯片、網(wǎng)絡芯片、VRD芯片、CPLD芯片、PowerConnector、高密SSB、銅牌皇冠夾等方面的接口定義、成熟度、廠家配合度、可制造性方面進行研究分析。從管理軟件配合上進行I2C、GPIO等功能接口定義實現(xiàn)進行分析。
　　4.研究各子系統(tǒng)PCB物理實現(xiàn)方案，研究物

6、理互聯(lián)的最佳實現(xiàn)方式，研究各主要器件及部件的物理空間擺放，研究各互聯(lián)板卡的PCB材料選擇包括DK、DF、CAF、TG、TD參數(shù)選取，研究各互聯(lián)線路特別是高速信號如PCIE、QPI、LAN、SAS/SATA、USB、Clock以及敏感信號如SVID、SPI、PECI、LPC、I2C等信號在PCB板上走線的方式，分析如何使降低Crosstalk、InsertionLoss等。
　　5.從信號仿真對系統(tǒng)高速互聯(lián)進行研究，對所有互聯(lián)Bus

7、進行全鏈路梳理，針對風險較高鏈路，開展模型提取，鏈路搭接，仿真分析研究，對無法滿足SPEC要求的鏈路進行應對措施研究，保證各多級互聯(lián)線路的信號完整性。
　　6.對制造完成的板卡進行信號測量分析研究，利用TDR、VNA、高速示波器以及相關測量治具對各主要高速鏈路開展信號測量，并分析信號測量數(shù)據(jù)的問題點及優(yōu)化方向，與仿真數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)進行對比，優(yōu)化仿真模型。
　　本論文的主要創(chuàng)新點如下:
　　1.首次實現(xiàn)了整機柜中各類節(jié)點（計算

8、、存儲等、網(wǎng)絡等）靈活互換，實現(xiàn)數(shù)據(jù)機房的資源池化整合，通過高速網(wǎng)絡互聯(lián)實現(xiàn)數(shù)據(jù)機房的計算單元、存儲單元、網(wǎng)絡單元解耦整合，利用軟件實現(xiàn)虛擬資源池，實現(xiàn)軟件定義計算，軟件定義存儲，軟件定義網(wǎng)絡，依據(jù)上層需求實現(xiàn)資源動態(tài)分配，從而得到最大資源利用效率。
　　2.首次實現(xiàn)各子節(jié)點集中管理，通過I2C總線將各子節(jié)點集中鏈接到管理中板的BMC管理芯片上，通過BMC對外的1000M網(wǎng)絡，實現(xiàn)各子節(jié)點的電壓、電流、溫度、開關機等功能;在減少獨

9、立管理所需的軟硬件資源外，大大提升了管理效率。
　　3.首次實現(xiàn)整機柜集中供電，采用PowerSupply前維護方式，在機柜中間設計獨立的PowerSupply供電盒，采用N+N冗余方式供電，220V交流輸入通過PowerSupply轉換成12V直流，傳導進入自上而下的兩根銅牌上，各節(jié)點通過皇冠夾統(tǒng)一從銅牌上取電。集中供電降低了分散式供電的損耗，提升了供電效率。
　　4.采取了集中散熱模式，首次使用了風扇墻設計，通過偵測三組