SuperCTO私享会 顾炯:X86取代小型机是互联网思维的选择

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楼主 2020-10-22 10:17:01
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本期嘉宾

顾炯


  中国电信浙江公司中国电信云计算实验室、SDx联合技术开放实验室专家委员。作为第一完成人,多个项目获得省部级和集团级科技进步奖。



顾炯/gu

中国电信科技委委员

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  《X86取代小型机是互联网思维的选择》


内容介绍 


  "小型机”是一种通俗的说法,但在华为推出32路CPU互联的X86服务器也称小机以后,还是需要再明确一下今天晚上讨论的小型机定义。小型机是否会被X86所取代?


本期内容

"小型机”是一种通俗的说法,但在华为推出32路CPU互联的X86服务器也称小机以后,还是需要再明确一下今天晚上讨论的小型机定义。今天讨论的小型机是只指UNIX服务器。华为的昆仑小型机其实就是X86服务器阵营的巨无霸。


成也萧何败也萧何——小机的封闭体系


各厂家UNIX服务器使用自家的UNIX版本的操作系统和处理器。比如IBM公司采用Power处理器和AIX操作系统,Sun、Fujitsu(富士通)公司采用SPARC处理器架构和Solaris操作系统,HP采用安腾处理器和HP-UX操作系统等等。


另外小型机的I/O 总线也不相同,比如Fujitsu 是 PCI,Sun 是 SBus。这就意味着各公司小型机机器上的IO设备 ,如网卡、显示卡、SCSI 卡等可能也是专用的。


专用的设备和操作系统会被厂家调校到性能最优、最稳定,再在这个基础上采取冗余等保证措施,建立完整、快速响应的服务体系,保证了小型机的高RAS(Reliability, Availability, Serviceability 高可靠性、高可用性、高服务性)。


使用小型机的电力、金融、电信等传统基础设施提供者等用户一般是看重Unix操作系统和专用服务器RAS特性和纵向扩展性以及高并发访问下的出色处理能力。这些高端用户看重的是能持续不断的提供稳定的能力,所以往往采用“高大上”的小型机方案。



劳斯莱斯(Rolls-Royce)是汽车王国雍容高贵的唯一标志,无论劳斯莱斯的款式如何老旧,造价多么高昂,至今仍然没有挑战者。劳斯莱斯最与众不同之处,就在于它大量使用了手工劳动,在人工费相当高昂的英国,这必然会导致生产成本的居高不下,这也是劳斯莱斯价格惊人的原因之一。直到今天,劳斯莱斯的发动机还完全是用手工制造。现在,劳斯莱斯汽车的年产量只有几千辆,品牌的成功得益于它一直秉承了英国传统的造车艺术:精练、恒久、巨细无遗。因此令人难以置信的是,自1906年到现在,超过60%的劳斯莱斯仍然性能良好。劳斯莱斯与其竞争对手相比具有两大特点:制造工艺简单、行驶时噪声极低。为了保证本公司产品在市场上的领先地位,仅靠产品自身的优良品质还远远不够,必须向客户提供连续不断的售后服务才能进一步培养他们对品牌的忠实度。


小型机的技术架构、实现方式、服务体系和劳斯莱斯很像。一直以来占领的是高端市场。和手工打造的发动机一样,小型机的发动机—CPU也是定制的。


小型机定制了精简指令集(RISC)。他们发现二八原理也适合CPU,即80%的应用只用到20%的指令集。所以小型机采用的RISC指令集只保留最常用的20%指令,这样CPU芯片的结构简单,指令执行效率高,并发能力强,稳定性也得到提高。但是就苦了程序员,需要掌握特殊技能。在小型机上“盖房子”,都是原始的材料,没有什么“预制件”,进入的门槛也高、效率低。所以小机上的软件也卖得贵了。高端用户不得不再次掏出成本。


怎么理解RISC和CISC的区别呢?举个例子帮助理解一下。比如帮别人系鞋带。RISC指令集就需要将动作分解开,比如走到需要系鞋带的人身边——蹲下——打结——站起来;而CISC则是先训练系鞋带的整套流程,学会后,直接下指令“帮助系鞋带”。如果来个系鞋带比赛,CISC指令只要不停的喊“帮助系鞋带”就可以了。


整个小型机的研发-生产-销售-服务整个链条都是“封闭”的,稳定压倒一切。从整体上来看,稳重的巨无霸发展缓慢、竞争也不充分。和“开源”草根的X86“百花齐放”的体系相比,不管在技术上、价格上都失去优势。小机的封闭架构在发展前期和成功的根源,但是也是互联网数据泛滥时代走向衰弱的导火索。


众人拾柴火焰高——X86开放体系


X86走的是另外一条路,一条互联网的路。X86的发展思路和互联网的进程完全契合。互联网的核心精神是“草根”,是开放共享,是共同发展,大家都是吃瓜群众,没有谁比谁更重要。能生产X86服务器厂家很多,但没有一家是完全包办的,每个部件都可以有不同的选择,竞争充分、优胜劣汰。所以X86一直在持续发展,一直在适应发展。


如果说小机是劳斯莱斯,那么X86服务器就是经济型轿车。相当没有一个厂家是整体生产汽车的,每种车结构大致相同,配件有不同的厂家提供,进过校调后,整合成为整车。也建立起4S的服务体系,在保修期内免费服务。擦擦碰碰也不心痛,也可以选择路边小店修修补补也可以......这就是草根的优势——普及。


X86服务器的核心是CPU,现在的 Intel 和 AMD CISC处理器的内核其实也都是 RISC内核,是在内核的外围电路中把复杂指令动态翻译成精简指令,然后送到 RISC内核中处理。严格来说,现代CPU本质上都是 RISC处理器。很多X86提供商将服务器基础架构设计得和小机类似,也建立起完善的服务体系,RAS极大提高。X86上最常用的操作系统——Linux继承了UNIX的设计思想,是一个性能稳定的多用户网络操作系统。而且是开源、免费的操作系统,来自全世界的无数程序员参与了Linux的修改、编写工作,程序员可以根据自己的兴趣、灵感和需求对其进行改变,这让Linux吸收了无数程序员的精华,不断壮大,并不断的吸引用户使用,百炼成钢。于是,X86服务器替代小机只需要一个契机,等待一个龙头来实践、来突破。


英特尔在2010年发布的Nehalem-EX架构至强7500处理器,使X86平台真正具有了叫板同时期主流小型机系统的实力。而至强系列处理器所实现的睿频加速、超线程、虚拟化和智能节能等一系列技术,使x86架构的服务器在性能上足以抗衡基于RISC架构的小型机,但在成本上却大大降低。


互联网领袖捅破窗户纸——小型机的没落


2008年当一个互联网的“王者”阿里提出了提出去“IOE”的时候,大部分“名门正派”们觉得那是“痴人做梦”、“自掘坟墓”。几年后,真正被惊醒的却是“名门正派”们。他们发现草根的系统比自己的复杂得多了,并发用户也多得多,对性能的要求也高得多,对稳定性的也很苛刻......居然还都能替换成X86服务器。于是,在传统产业里开展了一场自上而下的去“IOE”,并且去“I”(小机)是最为成功的,也是最彻底的。到了2017年,X86还是在快速的发展,小机还在坚守越来越小的市场。

引用小麦杂记里面的文章《小型机和x86服务器的CPU性能比较》的结论:

1

Power在最高端机型上性能仍然略强于x86,但两者性能已经非常非常接近。

2

在8路(及以下)的机型上,x86服务器的性能已经超越了Power。

3

Power的主频及多线程能力依然更强,但核心数量方面已经落后x86许多。


其实和绝大部分应用都不用谈X86服务器性能问题,不然云计算就没有那么“火”了。很多人把云计算直接等于虚拟化,今天不讨论这种错误的认识。但是,虚拟机的普遍使用至少说明大部分的应用连一台X86服务器都使用不完,计算能力一定不是瓶颈。


那么x86服务器的稳定性呢?我认为现在X86服务器的稳定性还是劣于小型机的。而且在现有草根的X86体系还很难赶上。但是对了廉价的X86来说,还有“绝招”——分布式。分布式能使X86服务器稳定性的提高和计算能力的线性增加。额外增加一个助手——负载均衡,使大部分应用不需要修改软件就能提高稳定性和增加处理能力。分布式架构让X86服务器的稳定性成几何级数的提高,同时也让x86服务器的处理能力成倍数的线性增加:


原来系统的安全系数=A    处理能力=B     n=X86服务器的台数


整体应用的安全系数=1-(1-A)n


整体处理能力=n*B


比如:A=99.99% B=10000  n=2


安全系数=99.9999%


处理能力=20000

三个臭皮匠顶一个诸葛亮,何况还不是臭皮匠。


小型机也可以虚拟化,但是还是封闭、基于特定厂商、特定操作系统的分区虚拟化技术,成本代价很高,使用的人很少。目前计算虚拟化往往专指X86服务器的虚拟化。基于X86虚拟化的虚拟机对于操作系统和应用来说,就是一台X86服务器。计算虚拟化使得X86服务器得到更快速的发展。同时X86服务器的CPU从指令集上就支持虚拟化,让X86服务器如虎添翼。虚拟机的迁移、弹性伸缩等特性更加提高了应用的稳定性。

Q&A
Q
1、AMD新推出了Naples处理器,您怎么看待这款产品?ARM芯片在服务器市场有前途吗?

  Naples处理器基于Zen架构,拥有最多32个物理核心,每个核心均有独立的512KB二级缓存,每四个核心组成一簇共享8MB三级缓存,总计64MB。但没有本质飞跃。另外,不太看好ARM芯片在服务器市场的前途,ARM芯片的特点是低功耗,但其无法满足现在大规模的计算能力,并且实际应用也比较匮乏。

Q
您怎么看现在市面上推出的所谓的X86小型机在市场存在的意义?

  X86服务器做到8路CPU是和CPU的QPI总线相关的,目前英特尔E7的8系列的3条QPI总线的架构也只能支持到8路。例如虚拟化,虚拟机的普遍使用至少说明大部分的应用连一台X86服务器都使用不完,如果用户的需求进一步加大可以昆仑,昆仑可以解决多路CPU互联后内存共享的问题,所以说性能并不是阻碍x86服务器发展的瓶颈。



   从上面分析来看,不管是互联网、传统行业的最终用户、软件开发商、系统集成商还是整个产业链都推动了这样变革。

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