深度分析:多核时代来临 机遇与挑战并存
来源:硅谷动力 更新时间:2012-04-15

从IDC的概念谈起

  IDC是互联网数据中心(Internet Data Center)的简称,就是电信部门利用已有的互联网通信线路、带宽资源,建立标准化的电信专业级机房环境,为企业、政府提供服务器托管、租用以及相关增值等方面的全方位服务。

  根据英特尔公司的分析,IDC的发展经历了三个不同阶段。第一代的数据中心只提供场地、带宽等基础托管服务。第二代的数据中心以增值服务和电子商务为核心。处于这一阶段的数据中心托管的全部是数据设备。第三代数据中心将是数据与语音的融合,这时的数据中心能够提供融合的托管服务,实时地将互联网信息、电话信息、传真信息等集成在一起,再以客户最容易接受的方式提供给客户。这时,数据中心就变成了网络的服务中心,话音与数据的融合也就从网络传输层面上升到了服务层面。数据中心进入第三代以后,不仅能提供电子商务服务,还可以提供话音商务服务。

  我国的IDC起步虽然比较晚,但是随着我国信息化建设进程的不断加快,IDC作为一个产业,已经见证并且参与到国家的信息化建设当中来。传统企业的信息化是国民经济信息化的基础与重点,中国的国民经济要实现持续、快速、健康的发展,实现经济结构的调整和产业的增值,企业信息化是至关重要的一环。而IDC的出现为企业信息化提供了一条廉价高效的途径。

  信息产业部信息化推进司司长宋玲指出:“如果没有IDC等计算机及网络技术在各行各业的应用,国家信息化就无从谈起。因此我国政府支持IDC等技术,希望它们能实实在在地在信息化应用上下功夫,切实为企业提供上乘的服务,真正为人们生活质量的提高做贡献。”

  我国IDC行业发展现状

  《2007 eNet服务器存储频道IDC行业调查报告》显示,当前情况下,我国IDC行业拥有500台服务器的企业已经将近占到企业总数的48%;而且已经有5%的企业拥有了超过5000台服务器。

企业分布情况很不平均,企业所在地为一级城市的公司占到总数的65%,超过了二级城市和三级城市的总和。


  在所有参加调查的IDC企业中,拥有带宽在10G以上的企业,占到总数的38%。


  在我们的调查中,我国的IDC行业呈现出多元化的发展态势,其中租用电信资源的服务商的比例占到33%,电信运营商占到23%,专业运营商和其他方面的企业分别占到20%和3%。


  而在这些多元化的企业当中,对于其贡献最大的业务也不尽相同:


  研究数据表明,我国的IDC企业正在向着多元化、大型化、高密度化、高带宽化的方向发展。
我国IDC行业面临的问题

  1、能耗问题

  很多IDC是在传统通信机房的基础上改建的,不过,IDC与传统通信机房有很大区别。

  通信机房主要是设计给传输交换设备使用的,电源供应一般以负48V为主,而且功率不大。而IDC中会有密集的服务器、大型存储设备等大功率、高发热的设备,有“电老虎”的绰号。所以建设一个IDC,必须进行电力扩容。例如,网通有限公司在北京的通泰IDC,机房配备了双路2500kVA的独立高压供电系统、N+1备份的UPS、3600kVA的柴油发电机,宛如一个小型发电站。

  在我们的调查中,对目前能耗状况表示不满意的企业占到了总数的45%。能耗问题不仅仅是耗电问题,它还带来了诸如提高生产成本,造成环境污染等一系列问题。


  在过去的十年中,服务器供电密度平均增长了十倍。据国际数据公司预测,到2008年IT采购成本将与能源成本持平。另一方面,数据中心的能耗中,冷却又占了能耗的60%到70%。因此,随着能源价格的节节攀升,数据中心的供电和冷却问题,已经成为所有的数据中心都无法回避的问题,进而成为整个行业乃至社会挥之不去的阴影。

  2、空间问题

  随着全国房价的突飞猛进,数据中心特别是大型数据中心的机房空间问题已经凸现。《2007 eNet服务器存储频道IDC行业调查报告》显示,当前情况下,我国IDC行业拥有500台服务器的企业已经将近占到企业总数的48%;而且有一部分企业已经拥有了超过5000台服务器的规模。对于这样的大型IDC企业,充足的机房空间显得难能可贵。
 3、性能与能耗的关系问题

  在摩尔定律掌管业界三十年之后,摩尔定律终于要走到了尽头。一直以来,业界一直在追求用高主频来换取高性能。而这所带来的高功耗和高热量也逐渐为人们所担忧。

  2004年10月20日,在Gartner 所赞助的产业大会上,INTEL首席执行官克雷格.贝瑞特(Craig Barrett)单膝跪地,宣布取消INTEL P4 4GHz计划。宣告INTEL乃至业界一直奉行的速度代表一切,频率说明一切的准则已经失效并被抛弃。

  如今,性能和能耗之间的关系成了IDC行业关注的重点,但这经常是一对矛盾。客户本着效率和效益的角度,总是希望不断提升性能,提供更快的访问和响应、处理更多的在线业务、获得更好的用户体验。但一个方面在CPU能力不变的情况下,性能的增加必然需要更多的CPU或者服务器,更大的能耗。

  另一个方面,客户通常会配置超过日常服务所需的性能以应对极端情况。这使得电力、空间、热量甚至机房管理都日益成为行业必须面对的问题,这已经超越了成本的范畴,尤其是当前国内的能源供应出现瓶颈,这些问题就更加严峻

  4、效率问题

  人们总是在追求更高的生产率,因此对性能指标的要求总是在上升。随着信息技术在企业和社会的应用不断深入,现在IDC中网络应用的复杂度也会不断加大,这很大程度上需要依赖CPU的处理能力。

  其实绿色IDC的概念也和CPU性能密切相关,例如,很多客户其实配置的服务器能力大大超过了实际业务的性能需求,但采购低配置的服务器常常有很多的麻烦或限制,因此只能让能耗白白浪费。

  而虚拟服务器的出现大大缓解了这一问题,多个用户共享一台物理的服务器,但却在底层系统就做到了完全隔绝,而且资源都可以自主选择,就好比是完全按用户性能需求配置了一台服务器。这应该说可以很大程度上降低IDC的能耗。但是虚拟服务器不能以牺牲性能为代价,因此高性能的多核处理器就成为企业的必然选择。

  5、环境安全问题

  目前IDC数据中心随着企业对数据安全和企业成本的考虑需求急增,随之而来的数据中心的环境状况,问题凸现。

  服务器产生多大的热量将决定数据中心的空间间隔大小,服务器间间隔大小,以及服务器内部空间大小及散热系统设计,以及要达到恒温对制冷的要求。而服务器产生的热量和相应的能耗是成正比关系的,也即低能耗将产生低热量。

  统计表明,在数据中心机房中,温度每升高10℃,系统的可靠性将下降50%,数据中心正面临着降低能耗、提高资源利用率、节约成本的严峻挑战,构建节能型的数据中心受到越来越多的数据中心管理人员和企业的关注,并成为未来数据中心的必然发展趋势。

  6、成本的上升

  随着服务器数量的不断增加,能源和环境的要求也越来越高。服务器数量增加、空间紧张、散热需求上升、机房扩建、管理的复杂性,等等,都带来了管理和维护成本的上升。

  对于目前的数据中心,企业管理者们总在抱怨IT环境的管理和维护费用太高,数据中心的运行成本在不断攀升。据业内专家分析,在今后的五年中,企业在管理和运作IT系统方面的成本将是其直接购买系统成本的三倍。业界急需出现一种新的技术来解决成本上升这一综合性的难题。
多核心处理器的出现

  多核心处理器的先天优势:

  控制逻辑简单:相对超标量微处理器结构和超长指令字结构而言,单芯片多处理器结构的控制逻辑复杂性要明显低很多。相应的单芯片多处理器的硬件实现必然要简单得多。

  高主频:由于单芯片多处理器结构的控制逻辑相对简单,包含极少的全局信号,因此线延迟对其影响比较小,因此,在同等工艺条件下,单芯片多处理器的硬件实现要获得比超标量微处理器和超长指令字微处理器更高的工作频率。

  低通信延迟:由于多个处理器集成在一块芯片上,且采用共享Cache或者内存的方式,多线程的通信延迟会明显降低,这样也对存储系统提出了更高的要求。

  低功耗:通过动态调节电压/频率、负载优化分布等,可有效降低CMP功耗。

  设计和验证周期短:微处理器厂商一般采用现有的成熟单核处理器作为处理器核心,从而可缩短设计和验证周期,节省研发成本。

  多核心处理器将带给我们什么?

  1、优异的能耗表现

  当前数据中心倡导的绿色环保首要问题就是提高性能功耗比。

  CPU的能耗问题由CPU的主频所决定,而主频和耗能成正比。多核处理器性能达到单核处理器同等性能时,多核处理器的主频可以更低,因此相应的功耗也下降,并且是指数方下降的。增加一个内核,处理器每个时钟周期内可执行的单元数将增加一倍,低频核心的处理器通过动态调节电压/频率、负载优化分布等,有效降低CMP功耗,缓解IDC能耗状况。多核处理器比单核处理器在能耗的降低作用方面是比较明显的。

  在数据中心中,固定的空间和散热系统下,即在能耗方面保持不变或是不超过的情况下,多核处理器的使用将会大大提高服务器的性能,从而加强数据中心的整体数据处理能力。

  由于多核处理器在单核处理器同等性能下耗能更低,那么相应的产生的热量也会更低。意味着在数据中心有限的空间资源内放置更多的服务器,或是降低制冷系统的耗能,或是减少电源的负荷,在环境控制方面可以实现更灵活方便的整合和维护。
我们的调查报告显示,在我国目前的IDC企业中,有将近半数并不满意公司目前的服务器能耗问题,但是有61%的企业表示多核处理器技术对其企业的能耗问题有很大帮助,承认有一定帮助的也占到12%。事实证明,多核处理器技术在能耗节约方面的积极作用是毋庸置疑的。


  虎翼网市场部营销策划经理 王彦平向我们介绍:“2006年初的时候使用的都是单核处理器,当时这样一个单核3.6G处理器消耗110瓦的能量。在升级多核处理器后,每核的耗电量是12.5瓦。比单核耗能减少了10倍。多核处理器在环保方面的表现确实很好。”

  多核处理器作为国内各数据中心向“绿色数据中心”转化,从而追求节能和节约空间资源的推动力是相当大的,或者可以说是数据中心向绿色转化的基础。没有低能耗的处理器,节能和节约空间将无从谈起。

  2、强大的性能与效率表现

  多核处理器可以无缝地共享内存控制器,从而能够利用这种架构显著地提升服务器性能。 他们能够以更低的频率处理更高的工作负担,因而能够避免通常由多处理器设计导致的功率需求(和散热问题)。多内核共同负担服务器负载,提高服务器数据执行的快速稳定性.

  相对于单核处理器,多核处理器能够使服务器在物理逻辑上实现并行处理任务,多核系统更易于扩充,并且能够在更小的核心面积(这是决定CPU 成本的关键因素,成本与核心面积基本上成正比)中融入更强大的处理性能。多核处理器的性能优势最能体现在多路计算环境,即需要进行真正的SMP计算的场合。

  从技术层面来看,多核处理器,较之当前的单核处理器,能带来更多的性能和生产力优势,因而最终将成为一种广泛普及的计算模式。而对于IDC用户来讲,强大的性能和效率优势,无疑也为进一步降低生产成本创造了不可或缺的条件。
 3、归根结底的成本优势

  多核心处理器设计和验证周期短,微处理器厂商一般采用现有的成熟单核处理器作为处理器核心,从而可缩短设计和验证周期,节省研发成本。多核架构能够使目前的软件更出色地运行,并创建一个促进未来的软件编写更趋完善的架构。随着向多核处理器的移植,现有软件无需被修改就可支持多核平台。

  所以多核处理器可以在不改变基础设施的情况下,服务器的整合将会变得更加经济,因为更少的主机可以处理更多的工作负担,提高数据中心的生产率,提升单位空间的利用率,显著提高能效比。

  多核处理器技术对数据中心的数据处理能力不仅提高运算速度、稳定性、降低功耗,多核处理器将极大地加强虚拟功能和安全性,可利用虚拟技术在处理器级别分配任务,从而大幅度提高系统的处理能力的实际可用性。利用多核处理器,这种分配可以在不降低系统总体性能的情况下进行,并将可信任的应用从不可信任的应用中抽离出来。还可以使超高速服务器因高速互联而实现高速访问,将提高数据中心的生产率,从而在某种程度上降低整个系统的生产成本。

  根据多核处理器的高集成度和高能耗比的特点,我们调查得出,如果算系统的功耗,比上一代产品功耗降低40%,也就是说功耗是大大的降低了。从整体的每瓦性能来讲,因为性能大大提高了,而功耗又降低了一半左右。

  IDC数据中心的运营成本,其中能耗成本占很重要的一部分,多核处理器的出现将会降低数据中心这一成本, 对于IDC数据中心价格的日趋高涨将有所缓解,同时将有助于把节约的资源投入到网络品质的建设上,将会有助于提高目前网络运营的品质。最终受惠的将是企业和网民乃至整个社会。

  机遇与挑战并存

  当今正是我国信息化建设飞速发展的时期,节能降耗、保护环境,推进可持续发展是我们国家的一个重大目标,也是国际社会的大势所趋。作为IDC行业来说,应该积极响应和配合政府的号召,追求产业的绿色发展。采用更节能的CPU处理器无疑能帮助我们降低能耗,更高的性能也可以从另一个角度在提高效能的同时推动能源的有效利用。

  面对日渐不胜负荷的国内各个数据中心,改进已是不可避免,但成本考虑是决定是否改进及如何改进的关键因素。

  多核处理器的出现为IDC行业转化为"绿色数据中心"提供了一个契机,但是一个运作中的数据中心,要针对多核心处理器作出彻底的机房改建并不简单。这将可能导致整个数据中心大规模的整改,从而导致需要一笔比较大的投入,在经济效益不明显的情况下,这种投入往往是不可能的。另外,在成熟运作的系统中,任何改变都意味着风险,比如安全问题,某些客户重视安全问题甚于耗能问题及成本问题。

  当然,在这种情况下,数据中心可以实现某部分的针对多核心处理器的整合,并且在效益可预期的情况下进行,在某个数据中心内可以实现部分的绿色概念,在可承受成本的范围内更换部分的设施和配置,结合使用多核CPU达到节能和节约空间的目的。
调查报告显示,有93%的企业已经对多核处理器的种种优势表示认同,并且有95%的企业表示会在未来的采购计划中选择多核处理器。

  但是目前数据中心的状况仅凭借处理器方面做出的努力是远远不够的,需要有一个整体的解决方案来改善环境,IDC数据中心环境管理任重道远,机遇与挑战并存。


 


  展望

  传统企业的信息化是国民经济信息化的基础与重点,中国的国民经济要实现持续、快速、健康的发展,实现经济结构的调整和产业的增值,企业信息化是至关重要的一环。而IDC的出现为企业信息化提供了一条廉价高效的途径。

  信息产业部信息化推进司司长宋玲指出:“如果没有IDC等计算机及网络技术在各行各业的应用,国家信息化就无从谈起。因此我国政府支持IDC等技术,希望它们能实实在在地在信息化应用上下功夫,切实为企业提供上乘的服务,真正为人们生活质量的提高做贡献。”

  IDC拥有广阔的市场前景,全球范围内的网络数据中心(IDC)的业务量正以40%的增长速率发展。但对运营企业来说,IDC除了应更注重是良好的服务,还要尽可能的进行资源的优化配置,节能减排,与国家倡导的创造节能型社会的方针政策相契合。多核心处理器以及相关技术的出现无疑为这一切创造了前所未有的条件,它所创造的巨大的经济及社会利益正在一步步的显现出来。一个以多核心中央处理器为代表的高性能集约型IDC产业链正在形成。