Intel и серверные технологии

Александр Минаков

По данным аналитической компании IDC (http://www.idc.com),
2002 г. оказался для ИТ-отрасли худшим за всю историю ее развития. Доходы в
области ИТ в прошлом году сократились на 2,3%, общий же спад за последние два
года достиг 3%. Между тем на притяжении последних 20 лет средний ежегодный прирост
в индустрии составлял около 12%. Как указывает IDC, сильнее всего в прошедшем
году сократились доходы в секторе систем хранения информации. Существенно снизились
обороты и на рынке вычислительных систем – доходы от продажи серверов и персональных
компьютеров упали на 9,3%. Чрезмерно обострившаяся конкуренция на рынке серверов
заставляла производителей значительно снижать цены для захвата доли рынка; в
результате из-за агрессивной ценовой политики 2002 г. компании практически лишили
себя возможности продолжить снижение цен в 2003 г.

Правда, прогноз развития высокотехнологичной индустрии на ближайшее будущее выглядит более оптимистично – аналитики предсказывают начало подъема после кризиса. Ожидается, что в нынешнем году большой приток инвестиций (порядка 875 млн долл.) приведет к общему положительному росту в 5%.

Другая аналитическая компания, Gartner Dataquest (http://www.gartner.com),
прогнозирует в 2003 г. изменения в секторе серверов, связанные с общим оздоровлением
рынка, увеличением доли серверов под управлением ОС Linux и появлением новых
стандартов на модульные вычислительные системы.

Ключевые прогнозы

По мере того как мировая экономика начнет проявлять признаки оздоровления, предприятия, как считают эксперты, снова станут уделять больше внимания своей серверной инфраструктуре. Для сохранения конкурентоспособности им придется модернизировать устаревшие аппаратные платформы, и производители серверов впервые с 2000 г. почувствуют увеличение объема продаж в натуральном и денежном выражении.

Аналитики полагают, что объем рынка серверов будет расти в основном за счет систем на базе процессоров с архитектурой Intel и операционной системой Windows или Linux. Хотя рост оборота в 2003 г. по сравнению с 2002 г. прогнозируется не слишком большим (скорее всего, в пределах 1%), он должен вновь привлечь внимание производителей к рынку серверов, оживить продажи и повысить конкуренцию. По существу, в этом году начнется оздоровление рынка, пострадавшего вследствие спада экономики и сокращения корпоративных бюджетов на информационные технологии.

Аналитики полагают, что корпоративным заказчикам следует подготовиться к модернизации серверной инфраструктуры в той степени, в которой позволяют их бюджеты. Конкуренция на серверном рынке будет особенно острой. Для того чтобы покупки были максимально эффективными и отвечали стратегическим интересам предприятия, необходимо иметь представление о конкурентных предложениях различных поставщиков. При этом цена не должна быть единственным фактором выбора.

Что касается динамики распространения серверных ОС, устанавливаемых на новые серверы во всем мире, то самый большой рост демонстрирует Linux. Благодаря улучшенной функциональности этой ОС и более целенаправленному маркетингу (например, в сфере поставок телекоммуникационных серверов) именно Linux обладает наибольшим потенциалом роста в 2003 г. по сравнению с другими серверными ОС.

Все более широкое использование Linux в качестве серверной ОС будет способствовать общему подъему на рынке серверов в 2003 г. Наиболее значительный рост применения серверов под управлением Linux ожидается на телекоммуникационном и корпоративном рынках, а также в области Web-приложений. Это будет способствовать повышению объема продаж Linux-серверов почти до 4 млрд долл., что составит 9% всего объема рынка серверов.

Большинство Linux-серверов, как и прежде, будут базироваться на платформе Intel и использоваться в качестве небольших серверов приложений, установленных на границе между корпоративной сетью и Интернетом. Но в 2003 г. развитие Linux продолжится в сторону удовлетворения более серьезных корпоративных требований. Аналитики полагают, что корпоративные заказчики могут начинать строить свои планы по найму персонала из числа профессионалов по Linux, количество которых постоянно увеличивается благодаря популярности этой ОС в образовательных учреждениях.

Один из других ключевых прогнозов Gartner Dataquest заключается в том, что в 2003 г. доход от серверов на базе процессоров Intel превысит доход от RISC-серверов. Хотя процессоры семейства Itanium еще не до конца оправдали надежды Intel с точки зрения продаж как в штучном, так и в денежном выражении, объем поставок 32-разрядных процессоров корпорации стабильно увеличивается. В то же время усиление ценовой конкуренции между поставщиками систем на базе RISC-процессоров негативно отразилось на рынке данного типа серверов.

По мнению экспертов, при выборе между серверами на базе процессоров RISC и Intel функциональные возможности платформы будут играть более важную роль, чем производительность, особенно для серверов старшего ценового класса.

Кроме того, эксперты в этом году ожидают появления подробных сведений о стандартах на модульные вычислительные системы и соответствующее программное обеспечение.

Модульные решения

В настоящее время корпорация Intel (http://www.intel.com)
предлагает широкий спектр конкурентоспособных высокопроизводительных серверных
решений всех уровней на базе процессоров Itanium 2, Xeon и Pentium 4. Кроме
того, в ассортименте Intel есть архитектуры платформ, сетевые технологии и средства
связи, а также программный инструментарий и услуги, ориентированные на различные
классы потребителей – государственные организации, промышленность и академическую
науку.

Микропроцессор Intel Xeon.

Одно из самых замечательных преимуществ, реализации которого ждут от серверов на базе процессоров Intel, – возможность разрабатывать серверную инфраструктуру, используя стандартные модули. Эта схема позволяет постепенно вкладывать относительно небольшие средства и создавать таким образом мощные вычислительные системы, разделяемые на модули или масштабируемые по мере необходимости. Для того чтобы модульная технология стала реальностью, необходимо выработать стандарты для ПО (в том числе связующего), которые будут поддерживать объединение этих модулей и управление ими на модульном уровне.

Как известно, с увеличением рабочих нагрузок конфигурации с высокой плотностью начинают создавать проблемы с электропитанием, теплоотводом и свободным местом. Во многом именно поэтому на сцену вышли низкопрофильные высокоинтегрированные серверы. Процессоры, оперативная память, средства подключения к сети и остальные компоненты у этих серверов расположены на единой системной плате. В отличие от традиционных систем, построенных по принципу "один корпус – одна системная плата", в низкопрофильных высокоинтегрированных серверах (известных также как blade-серверы, или серверы-лезвия) несколько десятков системных плат, вставляемых в слоты, совместно используют общий корпус, блок питания, общие вентиляторы и кабельные соединения. В результате обеспечивается упрощенная конструкция, позволяющая с оптимальной себестоимостью разместить множество серверов в одном корпусе.

Модульный сервер.

Представители Intel подчеркивают, что модульные решения – это не просто конструктив, а принципиально новая концепция, которая должна привести к изменению подхода к программному и аппаратному обеспечению.

Объединение множества вычислительных ресурсов в модельные схемы поможет решить проблемы экспоненциального роста объемов данных и справиться с задачей управления распределенными приложениями, серверами и многокомпонентными системами хранения. По словам представителей Intel, концепция модульных вычислений приобретает особое значение в нынешних непростых экономических условиях.

Уже сегодня Intel производит процессоры, сочетающие в себе высокую производительность, низкое энергопотребление и малое тепловыделение. Примерами могут служить микросхемы Pentium III со сверхнизким энергопотреблением для ультраплотных серверов и Pentium 4 для высокопроизводительных низкопрофильных серверов. В будущие низкопрофильные высокоинтегрированные серверы будут устанавливаться процессоры Xeon с технологией Hyper-Threading (до четырех) и процессоры семейства Itanium.

Корпорация Intel активно участвует в инициативах по созданию стандартов, заложивших основу для разработки модульных серверов. В их числе можно упомянуть технологии ввода-вывода (PCI Express, InfiniBand), Extensible Firmware Interface (EFI), IPMI 1.5 и т. д.

Модульные вычисления способны повысить производительность, эффективность и надежность Интернет-приложений, увеличить коэффициент полезной загрузки серверных ресурсов, упростить управление. IDC прогнозирует, что к 2005 г. доля низкопрофильных высокоинтегрированных серверов в общем количестве продаваемых серверных систем достигнет 27%. К этому же времени 35% низкопрофильных высокоинтегрированных серверов будут четырехпроцессорными, тогда как двухпроцессорная продукция составит 52% от общего объема проданных изделий.

Модульные вычисления тесно связаны с распространением кластерных технологий и распределенных вычислений. Кластеры могут со временем заменить крупные системы с симметричной многопроцессорной архитектурой.

Средства, которые поддерживают динамическое назначение ресурсов, пожалуй, можно назвать сердцем модульных вычислений. Разработки в этой сфере сейчас идут по таким направлениям, как саморегулирующиеся системы, восстановление после сбоев и динамическая оптимизация производительности.

Кластеры

Кластерная технология применяется уже более 20 лет, традиционно она использовалась для повышения надежности, готовности и удобства в обслуживании, эксплуатации и управлении. Но хотя при использовании таких функций, как горячее резервирование и переключение при отказе, кластерная технология и позволяла повысить надежность и готовность малых систем до уровня больших комплексов, весь потенциал производительности кластеров из-за ограничений программного обеспечения реализовать все равно не удавалось.

Объединение в кластеры позволяет создавать высокопроизводительные и надежные системы с использованием стандартных структурных компонентов. Распространение кластеров было обусловлено ростом популярности Интернета – стандартные серверные процессоры и системы, рассчитанные на обработку больших объемов данных, начали использоваться для обслуживания внешних приложений (хотя каждая система, как правило, управлялась отдельно, имела собственную операционную систему и прикладное ПО), что обеспечивало более высокую надежность. Разработка кластерных версий основных приложений уровня предприятия (таких, как Oracle9i с Real Application Clusters) и компонентного ПО (такого, как виртуальная машина Java J2EE), позволяющих распределять ПО между несколькими серверами, способствовала распространению кластеров на уровне предприятия.

Кластер на базе процессоров Intel.

Очень часто в кластеры объединяют серверы, которые обслуживают внешние приложения (Web-серверы, межсетевые экраны и прокси-серверы), а в последнее время – также серверы среднего уровня (обслуживающие приложения для бизнеса).

Новая же тенденция заключается в том, что коммерческие предприятия все чаще заменяют мэйнфреймы и крупные единые многопроцессорные системы, обслуживающие корпоративные базы данных, на кластеры из высокопроизводительных компьютеров на базе процессоров Xeon и Itanium, отличающиеся более привлекательным соотношением цена/производительность. Распространению кластерной технологии в среде внутренних вычислений способствует появление таких приложений, как Oracle9i с Real Application Clusters, оптимизированных для архитектуры Intel.

Это означает, что процессоры на базе архитектуры Intel будут все шире использоваться для обслуживания приложений в вычислительных центрах, что до недавнего времени оставалось прерогативой мэйнфреймов и больших многопроцессорных RISC-серверов.

Высокопроизводительные вычисления

Кластеры получают применение и в сфере высокопроизводительных вычислений. Высокоскоростные межкомпонентные соединения в сочетании с двухпроцессорными системами, обладающими прекрасными показателями производительности при выполнении операций с целыми числами и плавающей запятой, позволяют создавать очень большие кластеры для решения таких задач, как моделирование катастроф, вычисления в области гидро- и аэродинамики и финансовое моделирование. Ряд коммерческих и научных организаций (скажем, CERN и TeraGrid) уже используют кластеры из двухпроцессорных серверов на базе процессора Itanium 2 для решения задач, требующих высокой производительности.

В прошлом суперкомпьютеры стоили дорого и строились на единой платформе от одного поставщика. Доступ к таким системам был ограничен, и в результате они практически не применялись за пределами специализированных суперкомпьютерных центров. В 1990-е гг. появились высокопроизводительные RISC-решения, которые превзошли суперкомпьютеры по показателю цена/производительность. Но и они строились на базе фирменных компонентов от одного поставщика и отличались высокой стоимостью.

К середине 1990-х процессоры Intel усовершенствовались настолько, что кластеры на их основе достигли производительности настоящих суперкомпьютеров. В 1997 г. на базе процессора Intel Pentium Pro был создан первый в мире суперкомпьютер производительностью более 1 терафлоп. Сегодня процессоры Intel служат основой для ряда самых быстродействующих компьютеров мира. Еще важнее то, что экономические параметры масштабируемых платформ на базе процессоров Intel позволили расширить область применения высокопроизводительных систем за рамки суперкомпьютерных центров, сделав такие системы доступными широкому кругу пользователей в различных отраслях, а также тысячам небольших, но влиятельных научных, исследовательских и академических организаций. Решения на базе процессоров Intel не только отличаются хорошим соотношением цены и производительности и масштабируемостью, но и дают возможность использовать разработки с открытым исходным кодом и компоненты различных поставщиков.

Рейтинг TOP500, ранее почти целиком состоявший из суперкомпьютеров с закрытой
архитектурой на базе RISC-процессоров, сегодня включает 56 систем на базе процессоров
Intel (три года назад их было всего две). Две кластерные системы на базе процессоров
Intel вошли в первую десятку рейтинга TOP500 (http://www.top500.org).
Речь идет о кластерных системах Ливерморской национальной лаборатории (5-е место)
и Лаборатории прогнозирования Национального управления исследований океана и
атмосферы (8-е место).

Переход от RISC-систем к серийным решениям, основанным на стандартных платформах и технологиях соединений, имеет место и в крупнейших вычислительных центрах. В частности, этот шаг уже сделали Национальный центр по применению суперкомпьютеров (NCSA), Центр теоретических исследований Корнелльского университета и Европейский центр ядерных исследований в Женеве (CERN) – все эти организации внедряют системы на базе процессоров Itanium 2.

Следующий этап развития высокопроизводительных вычислений – так называемые матричные вычисления. Эта технология позволяет объединять свободные ресурсы процессора и устройств хранения данных и использовать их совместно в глобальной сети серверов, реализующей распределенную параллельную обработку данных.

Кроме того, активно развивается концепция высокопроизводительных вычислительных систем, связывающих настольные ПК, кластеры и большие симметричные многопроцессорные системы (SMP) в различных точках земного шара в единый виртуальный вычислительный ресурс. Такой подход позволяет совместно использовать высокопроизводительные системы, сети, архивы данных и научные приборы, обеспечивает доступ к ним различных организаций. Корпорация Intel в настоящее время поддерживает ряд проектов построения сетевых вычислительных систем в разных частях света, включая сеть Singapore BioIT, распределенную сеть Национального научного фонда TeraGrid и общественную сеть для поиска противораковых средств, организованную Национальным фондом противораковых исследований и Оксфордским университетом.

Технологии Intel и консолидация систем

Под консолидацией серверов обычно понимают упрощение развертывания серверных систем масштаба предприятия путем сокращения количества серверов и локализации их установки. Коммерческим предприятиям консолидация серверов позволяет добиться снижения расходов, повышения качества служб и качества доступа к информации, сокращая таким образом время вывода на рынок.

Процесс консолидации может включать различные этапы и компоненты. Так, при централизации вычислительных мощностей уже установленные серверы размещаются на меньшем пространстве, что дает возможность обслуживать серверы меньшим количеством "физических" ресурсов.

При консолидации данных на одном сервере интегрируются отдельные приложения предприятия, каждое из которых имеет собственную базу данных. Такой подход упрощает резервное копирование данных, повышает степень их связанности и снижает количество дублирующихся единиц информации. Кроме того, упрощается хранение данных с использованием технологий SAN и NAS.

Физическая консолидация подразумевает перемещение приложений с нескольких разных серверов на один большой сервер с последующим изъятием высвобожденной техники. Данный тип консолидации обеспечивает снижение объема незадействованных ресурсов сервера, обеспечивающих ему запас производительности, а также упрощает управление операционной системой и приложениями.

При интеграции приложений осуществляется перенос нескольких приложений с нескольких серверов на один. В этом случае снижается объем неиспользуемых ресурсов, необходимых для обеспечения запаса производительности для каждого отдельного приложения (доля таких ресурсов в отдельных серверах может достигать 50%).

Поставщики RISC-систем нередко утверждают, что единственный способ получить от консолидации серверов реальную пользу – это использовать очень большие серверы на базе архитектуры RISC под управлением ОС семейства UNIX, что, по сути, представляет собой подход вертикального масштабирования. Специалисты Intel говорят о том, что вертикальное масштабирование – лишь один из возможных способов консолидации (например, при консолидации баз данных предприятия), причем и в этом случае серверы на базе процессоров семейства Xeon и Itanium могут обеспечить оптимальное решение.

Другой путь – горизонтальное масштабирование. Здесь речь может идти о размещении на одной площадке нескольких одно- или двухпроцессорных серверов (обычно ультраплотных или низкопрофильных высокоинтегрированных серверов на базе процессоров Xeon или Pentium III со сверхнизким энергопотреблением). Такой подход пригоден для разных этапов консолидации (например, для централизации).

Горизонтальная консолидация на базе модульных серверов.

Здесь главный критерий выбора платформы – оптимальная масштабируемость. Эксперты полагают, что только серверы, основанные на отраслевых стандартах, позволяют осуществить правильное масштабирование независимо от стоящих перед клиентом консолидационных задач. Отметим, что специалисты Intel имеют богатый опыт выбора и применения эффективных методик планирования и реализации проектов консолидации, накопленный в центрах тестирования решений Intel Solution Centers и в ходе работы с клиентами.