服务器概念、组成和架构详解

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前言：服务器是构建云计算的最核心基础设备，在“新基建”加快推进、公有云持续放量的背景下，服务器行业正迎来景气拐点。本文围绕4个核心问题，由浅入深对服务器进行深入剖析：

1、服务器是什么/strong>

2、服务器的构成/strong>

3、服务器的分类/strong>

4、X86/ARM之争/strong>

一、服务器是什么/strong>

服务器的英文名称为“ Server”，是指在网络上提供各种服务的高性能计算机。作为网络的节点，存储、处理网络上80％的数据、信息，因此也被称为网络的灵魂。

服务器和普通计算机的功能是类似的。只是相对于普通计算机，服务器在稳定性、安全性、性能等方面都要求更高，因此CPU、芯片组、内存、磁盘系统、网络等硬件和普通计算机有所不同。

具体来说，服务器与普通计算机的主要区别包括：

1）通信方式为一对多：PC、平板、手机等固定或移动的网络终端，上网、获取资讯、与外界沟通、娱乐等，必然要经过服务器，服务器通过“一对多”来组织和领导这些设备。

2）资源通过网络共享：服务器通过侦听网络上其它终端（Client）提交的服务请求，在网络操作系统的控制下，将与其相连的硬盘、打印机、Modem及各种专用通讯设备提供给网络上的客户站点共享，也能为网络用户提供集中计算、信息发表及数据管理等服务。

3）硬件性能更加强大：服务器的高性能主要体现在高速度的运算能力、长时间的可靠运行、强大的外部数据吞吐能力等方面。

服务器厂商会根据不同的应用场景，对服务器进行差异化设计，目前主要的应用场景包括文件交互、数据存储和查询、应用程序应答与运行等。

2.2 服务器的硬件

服务器硬件主要包括：处理器、内存、芯片组、I/O（RAID卡、网卡、HBA卡）、硬盘、机箱（电源、风扇）。

在硬件的成本构成上，CPU及芯片组、内存、外部存储是大头。以一台普通的服务器生产成本为例，CPU及芯片组大致占比50% 左右，内存大致占比 15% 左右，外部存储大致占比10%左右，其他硬件占比25%左右。

3.1 按产品形态

服务器按产品形态，可以分为：塔式服务器、机架服务器、刀片服务器、机柜服务器等。

2）机架式服务器（Rack Server）

机架结构是传统电信机房的设备结构标准，宽度为19英寸，高度以单位“U”计算，每“U”为1.75英寸（可换算成4.445cm）。通常有1U、2U、4U和8U之分，其中以1U和2U为主，其次是4U和8U。近期市场也有3U和6U等高度的机架产品出现。机架服务器是一种外观按照统一标准设计的服务器，配合机柜使用。可以认为机架式是一种优化结构的塔式服务器，它的设计宗旨主要是为了尽可能减少服务器空间的占用，而减少空间的直接好处就是在机房托管的时候价格会便宜很多。主要应用在云计算、软件定义存储、超融合架构、CDN缓存、超算中心等场景。

4）机柜式服务器（Cabinet Server）

是未来数据中心基础架构的核心形态和发展趋势。它集成计算、网络、存储于一体，以及面向不同应用时，可以部署不同的软件，提供一个整体的解决方案。机柜式服务器一般由一组冗余电源集中供电，散热方面由机柜背部风扇墙集中散热，功能模块和支撑模块相分离，通过供电、散热的整合，相比普通机架式服务器，运行功耗低、且可靠高效。此外，机柜式服务器无需繁琐拆装，维护便捷，能够轻松实现统一集中管理和业务的自动部署。主要应用在虚拟化、大数据分析、分布式存储、超算中心等快速一体化部署场景。

1）CISC服务器

也被称为X86服务器，采用Intel、AMD或其它兼容X86指令集的处理器芯片以及Windows操作系统的服务器，是目前主流的服务器架构。

2）RISC服务器

RISC服务器基于RISC处理器，目前主要包括IBM的Power和Power PC处理器，SUN和富士通合作研发的SPARC处理器，华为基于ARM架构级授权研发的鲲鹏920处理器。

3）EPIC服务器

EPIC服务器基于EPIC处理器，目前主要是Intel研发的安腾处理器等。

使用RISC或EPIC架构的服务器又称非X86服务器。包括：大型机、小型机和UNIX服务器，并且主要采用UNIX和其它专用操作系统。

3.4 按应用类型

在不同的应用场景，对服务器的功能要求会有所侧重，按照其应用类型，可以分为文件服务器、数据库服务器、应用程序服务器。

1）文件服务器

在计算机局域网中，以文件数据共享为目标，将供多台计算机使用的文件存储在一台服务器中，这台主机就被称为文件服务器。文件服务器相当于一个信息系统的大仓库，保证用户和服务器磁盘子系统之间快速数据传递。在该类型服务器的各个子系统中，对系统性能影响大小依次排列为网络系统、磁盘系统、内存容量、处理器性能。

2）数据库服务器

用于频繁的读取和索引数据的服务器，比如企业的财务系统、人事系统及各种管理系统均有类似需求。不同类型的企业对数据库服务器的要求不同，对于较大的企业，会涉及到分布式并发数据查询等问题，这对网络系统以及I/O的数据传输能力有比较高的要求；而对于较小的企业，并发用户相对较少，分布式查询需求不高，磁盘系统更为重要。

3）应用程序服务器

类似于文件服务器为很多用户提供文件一样，应用程序服务器让多个用户可以同时使用应用程序。在该类型服务器的各个子系统中，对处理器性能的要求会更高。

四、 X86/ARM之争/strong>

正如前文所述，按照指令集类型，服务器可以分为CISC服务器、RISC服务器、EPIC服务器。其中CISC服务器又被称为X86服务器，RISC和EPIC服务器又被统称为非X86服务器（也即Non-X86服务器）。从服务器的产业趋势来看，目前正形成双强的局面，其中X86服务器以Intel/AMD处理器为主导，而非X86服务器以ARM架构处理器为主导。双方各有优劣势，将长期共存。

中国X86服务器市场需求有望拐点向上。在中国“新基建”政策的推动下，未来5年，中国X86服务器市场景气度有望提升。根据IDC的预测，2020-2024年，中国X86服务器的出货量复合增长率为9.1%。

英特尔10nm新一代芯片即将面世，X86服务器有望迎来新一轮产品迭代。处理器是服务器的核心，而X86服务器芯片的霸主为英特尔，英特尔的产品迭代对X86服务器的产业周期有重要影响。早在1978年，英特尔即推出第一代X86架构处理器—8086，用于PC。此后，英特尔进军服务器领域，历经奔腾、至强产品线。根据英特尔公布的路线图，公司将于2020年四季度推出10nm服务器处理器Ice Lake-SP系列，进一步升级微内核，预计最多为38核76线程，支持64条PCIe 4.0通道，同时降低功耗。英特尔加快处理器迭代步伐，有望为X86服务器的发展带来强力催化。

未来，随着数据中心软件生态逐步支持ARM架构，以及其天生的低成本和低功耗特性，在华为、AWS等ICT巨头的带领下，ARM架构CPU的价格和性能有望改善，将可为用户提供更低成本的云计算服务，实现出货量的进一步成长。

来源：智能计算芯世界

结语

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来源：开源Linux