刀片服務(wù)器(Blade Server)是一種拆卸式的服務(wù)器計算機，其模塊化設(shè)計經(jīng)過優(yōu)化可最大限度減少對物理空間和能源的使用。一臺標準機架式服務(wù)器可以配備(至少)一個電源線和網(wǎng)線，但是刀片服務(wù)器有很多可移除的組件，從而節(jié)約空間和最大限度降低能耗。刀片服務(wù)器機箱可容納多個刀片服務(wù)器，提供能源、冷卻、網(wǎng)絡(luò)、各種互連以及管理等服務(wù)�？傊�，刀片和刀片機箱構(gòu)成了刀片系統(tǒng)(不同刀片提供商在刀片和刀片系統(tǒng)的構(gòu)成上有不同的原則)。

在一個標準服務(wù)器機架配置中，1U(一個機架單元，寬19"[48 cm]，高1.75" [4.45 cm])是任何設(shè)備的最小尺寸。最常見的機架是42U高，這使得一個機架內(nèi)可堆放的單個計算機設(shè)備數(shù)量限制在42個。而隨著應(yīng)用對于計算能力的渴望不斷擴張，單位機架的計算密度的需求不斷提高，有別于傳統(tǒng)機架服務(wù)器的，新的可以大幅度提高單位機架計算密度的服務(wù)器就有了市場的需求，由此也就催生出了當前的刀片服務(wù)器，但在此之前，有關(guān)于它的技術(shù)積累其實早已開始。

刀片服務(wù)器的歷史

在8位微處理器問世不久，開發(fā)人員就在20世紀70年代向板卡上配置了完整的微型計算機，并將其封裝在標準的19英寸機架中。這種架構(gòu)被用于工業(yè)流程控制領(lǐng)域，作為可取代迷你計算機控制系統(tǒng)的一個選擇。

VMEbus架構(gòu)(約公元1981年)定義一個計算機接口包括配置一個安裝在機架背板的板級計算機，可插拔的板上帶有多個插槽提供了I/O、內(nèi)存或者額外的計算能力。PCI工業(yè)計算機制造商組織(PICMG，PCI Industrial Computer Manufacturers Group)為后來出現(xiàn)的CompactPCI總線開發(fā)了一個機箱/刀片結(jié)構(gòu)。這些基于機箱的計算機有一個共同點，那就是整個機箱是一個整體系統(tǒng)。雖然一個機箱中可能包括多個計算機部件來提供所需的性能和冗余性，但是通常只有一個板卡在使用，一個主板卡在協(xié)調(diào)整個系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)。

PICMG擴展了CompactPCI規(guī)范可在背板的板卡之間使用標準以太網(wǎng)。PICMG 2.16 CompactPCI Packet Switching Backplane規(guī)范從2001年9月開始生效，提供了首個針對多服務(wù)器機箱的開放架構(gòu)。PICMG遵循功能更豐富的AdvancedTCA，后者瞄準了電信行業(yè)對高可用性和高密度計算平臺以及更長產(chǎn)品壽命(10年以上)的需求。雖然AdvancedTCA系統(tǒng)和板卡通常售價要高于刀片服務(wù)器，但是AdvancedTCA供應(yīng)商宣稱，較低的運營成本和總擁有成本讓基于AdvancedTCA的解決方案成為下一代電信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建塊的理想選擇。

第一個商用刀片服務(wù)器架構(gòu)是由Christopher Hipp和David Kirkeby發(fā)明的，他們的美國專利號6411506被劃歸為休斯敦RLX Technologies(主要由一些原康柏電腦員工所組建的公司)所有。RLX在2001年出貨首款商用刀片服務(wù)器，并在2005年被惠普公司收購。

RLX的刀片，采用的還是全美達(TRANSMETA)的處理器，其實按今天的標準，它其實一個刀片PC，而不是刀片服務(wù)器

RLX刀片的機箱，這一模式的刀片在后來延續(xù)了很長時間

2006年2月，Blade.org組織成立，其目的是為了增加用戶可用刀片平臺解決方案的數(shù)量和加速推向市場的進城。這是一個專注于加速IBM刀片服務(wù)器平臺開發(fā)和采用的合作機構(gòu)和開發(fā)社區(qū)。

當一個板卡中包括處理器、內(nèi)存、I/O和非易失性存儲(閃存或者小體積硬盤)的時候，刀片服務(wù)器這個命名就出現(xiàn)了。這讓制造商可以在一個板卡或者刀片中封裝帶有操作系統(tǒng)和應(yīng)用的完整服務(wù)器。然后這些刀片可以在一個常見機箱內(nèi)獨立運作，更有效地運行多個服務(wù)器設(shè)備。除了這種封裝顯著的優(yōu)點以外，由于共享了通用基礎(chǔ)架構(gòu)來支持整個機箱，而不是為每個服務(wù)器提供資源，因此能源、冷卻、管理和網(wǎng)絡(luò)效率將有所提高。

根據(jù)分析公司IDC的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，刀片市場的主要參與者包括惠普和IBM。其他銷售刀片服務(wù)器的公司包括AVADirect、Sun、Egenera、Supermicro、Hitachi、Fujitsu-Siemens、Rackable、Verari Systems、Dell和Intel(通過轉(zhuǎn)售IBM的刀片機箱)。

刀片服務(wù)器的標準區(qū)分??刀片機箱

機箱執(zhí)行你可以在大多數(shù)計算機中看到的很多非核心計算服務(wù)。通過將這些服務(wù)定位到一個地方，然后在刀片組件之間進行共享，整體的利用率將有所提高。不同廠商提供的服務(wù)細節(jié)可能會有所不同。

不過，由于刀片的尺寸與接口設(shè)計是廠商各自想法的體現(xiàn)，它們只是在最終的外形機箱上與機架的相關(guān)標準(比如寬度和高度單位)保持一致，但就機箱本身而言，它可以說是另一種變向的機架，這也就使得刀片的標準有很多，廠商各自為戰(zhàn)，互不兼容(機架服務(wù)器可以插入任何一個標準的42U機架中，但不同廠商標準的刀片無法在實現(xiàn)互插)，所以有些刀片標準也就在競爭中逐漸走向消亡。

從刀片在2001年正式銷售以來，一共出現(xiàn)過40多款機箱，其中包括我國的聯(lián)想與曙光公司的設(shè)計，以及國外大廠，如HP、Dell和Sun的一些型號，而到現(xiàn)在能穩(wěn)定供貨的只有10余款(圖中紅色標記的機箱已經(jīng)從市場上消失)，這也就意味著，很多廠商自己的刀片服務(wù)器標準前后都是不統(tǒng)一的

目前唯一能保持刀片標準延續(xù)性的就是IBM的BladeCenter家族，它最早由英特爾與IBM在1999年開始研發(fā)，在2002年正式推出(BladeCenter E機箱)，雖然在推出時間上并不領(lǐng)先，但與RLX的刀片不同的是，BladeCenter支持全線的英特爾x86處理器并提供多種高性能I/O可選配置，在2006年，又在E機箱的基礎(chǔ)上推出了面向高性能計算的BladeCenter H機箱，提供了高端的10Gb以太網(wǎng)與InfiniBand 4X的交換互聯(lián)能力

隨后，IBM將BladeCenter努力打造成一個開放的刀片架構(gòu)，將重點放在了基于前后兼容性考慮的處理器、內(nèi)存與I/O配置上，并聯(lián)合了業(yè)界主要的相關(guān)元件與設(shè)備的供應(yīng)商(如電源、網(wǎng)絡(luò))來加盟，blade.org也由此誕生。之后，IBM又推出了BladeCenter HT和最新的BladeCenter S機箱，在這一過程中，IBM一直堅持著刀片標準的統(tǒng)一，所以2002年BladeCenter E機箱仍然延用至今，這在其他廠商的刀片服務(wù)器發(fā)展史中是絕無僅有的。

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BladeCenter的最大特點就是刀片機箱眾多，應(yīng)對的行業(yè)與應(yīng)用更為全面，而與此同時還能保持刀片的兼容性

根據(jù)BladeCenter的標準，相應(yīng)的硬件提供商可以方便的設(shè)計出與其相兼容的組件和功能刀片，比如網(wǎng)絡(luò)交換機機、存儲交換機，以及用于刀片服務(wù)器的適配卡等，而這種周邊的配套支持所營造出來的生態(tài)環(huán)境，也反過來加強了BladeCenter在業(yè)界的領(lǐng)導(dǎo)地位。

其實，業(yè)界有關(guān)于刀片服務(wù)器標準化的爭議一直沒有停止，而為了推動這一標準，英特爾也發(fā)起了SSI(Server System Infrastructure)開放標準的刀片服務(wù)器的倡議，但由于傳統(tǒng)的刀片服務(wù)器大廠已經(jīng)有了廣闊的用戶基礎(chǔ)和豐富的技術(shù)積累與產(chǎn)品延革，因此SSI在某種角度上講，目前只是增加了一種刀片服務(wù)器的標準，還遠沒有到統(tǒng)一標準的時候。相較而言，SSI更適合那些小型的，很難推廣自己的標準并建立相應(yīng)的生態(tài)環(huán)境的服務(wù)器廠商。

刀片服務(wù)器的其他組成部分

在刀片機箱內(nèi)部，除了刀片服務(wù)器外，就是一些相關(guān)的關(guān)鍵組件，它們與服務(wù)器機箱與刀片的標準息息相關(guān)，對于刀片服務(wù)器來說也是非常重要的，而由于密度很高，也對元件的設(shè)計提出更高的要求。我們下面以IBM的BladeCenter E機箱來說明一下。

IBM的BladeCenter E機箱前面板，可以看出有四個電源槽，可插入最多4個電源模塊(冗余設(shè)計)

IBM的BladeCenter E機箱后面板設(shè)計，有兩個散熱風(fēng)扇模塊(Blower Module)，分上下層給刀片服務(wù)器散熱，而I/O Module則是用來插入符合BladeCenter標準的I/O模塊，這是一個刀片標準的重要組成部分(請注意，最下面的I/O模塊插槽與上面的不太一樣，我們暫且用半高與全長模塊來區(qū)分)

電源

計算機在直流電壓范圍內(nèi)工作，但是電力提供是交流電的形式，并且高于計算機所要求的電壓。這種電流的轉(zhuǎn)換要求有一個或者多個電源(或者PSU)為了確保一個電源故障不會影響到計算機的操作，即使入門級的服務(wù)器都會配備冗余電源，再次增加了設(shè)計的體積和散熱。

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IBM BladeCenter H機箱所采用的電源，電源數(shù)量更多或功率更大，就意味著可以承載更多的刀片，或者說刀片上的處理器可以采用更強勁的型號

刀片機箱電源是機箱內(nèi)的所有刀片的單一電源，它可能是機箱的電源或者是為多個機箱提供直流電的一個單獨的專用電源。這種設(shè)置減少了提供彈性電力供應(yīng)所需的PSU數(shù)量。

刀片服務(wù)器的普及引發(fā)了機架式UPS單元數(shù)量的增加，包括專門針對的刀片服務(wù)器的UPS單元(例如BladeUPS)。

冷卻

在操作過程中，電子及機械部件會產(chǎn)生熱量，系統(tǒng)必須排除熱量以確保組件的正常運作。大多數(shù)刀片機箱和大多數(shù)計算系統(tǒng)一樣都是通過風(fēng)扇散熱的。刀片共享能源和冷卻意味著不會產(chǎn)生傳統(tǒng)服務(wù)器那么多的熱量。新型刀片封裝設(shè)計采用了高速可調(diào)節(jié)的風(fēng)扇和控制邏輯，根據(jù)系統(tǒng)的需求調(diào)節(jié)冷卻，甚至是采用水冷系統(tǒng)。

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與此同時，刀片服務(wù)器配置越來越高的密度仍然會導(dǎo)致整體冷卻需求增長，對于早期刀片來說更是如此。一個完全配置的刀片服務(wù)器機架可能要求比標準1U服務(wù)器更高的冷卻能力。這是因為你可以向一個原本只能容納42個1U機架服務(wù)器的空間內(nèi)裝進128個刀片。

網(wǎng)絡(luò)

計算機制造商開始更多地出貨配備了高速和集成網(wǎng)絡(luò)接口的產(chǎn)品，而且大多數(shù)都是可擴展能夠支持更快、更具彈性和運行在不同傳輸介質(zhì)(銅線和光纖)的附加連接。這也許要求在刀片的設(shè)計和制造上下更多工夫，需要占用安裝空間和容量空間，因此會增加復(fù)雜性。高速網(wǎng)絡(luò)拓撲要求有高成本高速度的集成電路和媒介，而大多數(shù)計算機并不是百分百地使用帶寬。

這種刀片封裝提供了一個或者多個可以連接刀片的網(wǎng)絡(luò)總線，不管是單獨地在一個位置提供這些端口，還是聚合成數(shù)量更少的端口以削減連接單獨設(shè)備的成本�？捎枚丝诳商峁┙o機箱本身或者在網(wǎng)絡(luò)刀片中。

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用于BladeCenter機箱的半高BNT 10Gb以太網(wǎng)交換機模塊

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用于BladeCenter機箱的全長BNT虛擬網(wǎng)絡(luò)交換機模塊

從功能上講，一個刀片機箱可以有兩種網(wǎng)絡(luò)模塊：交換或者直通。

存儲

雖然計算機通常是使用硬盤來保存操作系統(tǒng)、應(yīng)用和數(shù)據(jù)的，但這在本地并不是必須的。雖然很多存儲連接方式(例如FireWire、SATA、E-SATA、SCSI、DAS、FC和iSCSI)是可以隨時用于除了服務(wù)器之外的地方，但是并非所有都是用于大型企業(yè)環(huán)境的。在計算機中配置這些連接方式會帶來和網(wǎng)絡(luò)接口一樣的挑戰(zhàn)，同樣地可以從刀片上移除，獨立或者聚合地用于機箱中或者其他刀片。

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博科(BROCADE)的用于BladeCenter的光纖通道交換機模塊，用于BladeCenter與SAN的連接

能夠從SAN啟動刀片的能力可以實現(xiàn)一個完全不需要磁盤的刀片。這使得更多的電路板空間用于增加CPU上。而一些刀片服務(wù)器可能包括或者不包括內(nèi)置服務(wù)器設(shè)備，當然這取決于不同的廠商。

其他刀片

因為刀片封裝提供了為計算機設(shè)備交付基本服務(wù)的標準方法，或者其他類型的設(shè)備也可以利用刀片封裝。提供了交換、路由、存儲、SAN和光纖通道的刀片可以插入封裝中，為封裝中的所有計算部分提供這些服務(wù)。

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用于BladeCenter服務(wù)器的存儲與I/O擴展刀片

系統(tǒng)管理員可以利用存儲刀片而無需額外的邏輯存儲。

刀行天下 鋒向云巔

隨著企業(yè)的數(shù)據(jù)積累不斷增加，企業(yè)的需要處理的信息量不斷加大之后，刀片服務(wù)器的優(yōu)勢也在越來越多的領(lǐng)域時體現(xiàn)出來。總的來說，刀片服務(wù)器有以下三大優(yōu)點：

裝機密度高：以IBM的BladeCenter E為例，單機箱可裝14個刀片，而機箱高度為7U，也就是說比傳統(tǒng)的1U機架服務(wù)器的密度高了一倍，或者說占用的機架空間少了一倍，這也就變向節(jié)省了成本。另一方面，這種高密度也讓單位的IT管理人員/服務(wù)器數(shù)量比大大降低，也有效提高了單位人工的管理效率。

可擴展靈活性與可維護性高：刀片的整體封裝與集成化、熱插拔設(shè)計、簡約的I/O連接架構(gòu)，讓刀片服務(wù)器的可維護性比傳統(tǒng)機架服務(wù)器更高，便于管理人員迅速根據(jù)應(yīng)用需求進行彈性調(diào)整，而且這種特性使其非常適合于集群化的服務(wù)器架構(gòu)。

更為節(jié)能高效：仍以IBM的BladeCenter E為例，雙電源共4600W左右，而7臺1U服務(wù)器基本上要到4800W左右，而且刀片機箱已經(jīng)集成了網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備，所以在電力消耗方面比機架服務(wù)器方案更節(jié)省，節(jié)省的幅度最高可達30%左右，這也符合當前綠色化IT的潮流。

總體上看，刀片服務(wù)器很適合于網(wǎng)絡(luò)托管、虛擬化和集群計算等特定目的。單個刀片通常是可熱插拔的。隨著用戶向刀片服務(wù)器中增加更多的處理能力、內(nèi)存和I/O帶寬，他們可以應(yīng)對更大更多樣化的工作負載。所以對于大規(guī)模的服務(wù)器應(yīng)用，或者是空間緊湊的應(yīng)用需求，刀片服務(wù)器都是理想的選擇。不過，較傳統(tǒng)的機架服務(wù)器它也有自己的一些不足，比如單機成本更高，不利用規(guī)模較小的企業(yè)采用;機箱設(shè)計更為復(fù)雜，而且沒有標準化，這也將限制用戶的選擇自由度(選擇一家廠商的刀片服務(wù)器，以后就不能升級到其他廠商的刀片，只能重新購買，但機架服務(wù)器沒有問題，因為機架是通用的);另一方面刀片服務(wù)器的能耗密度非常大，這對于傳統(tǒng)的機架供電來說是個考驗，很多老的數(shù)據(jù)中心供電設(shè)計并不適用于刀片服務(wù)器，要使用刀片服務(wù)器的話將面臨供電改造的問題。

不過刀片服務(wù)器的顯著優(yōu)點讓它獲得了越來越多的關(guān)注，就目前的市場形勢來看，刀片服務(wù)器正呈現(xiàn)迅猛發(fā)展之勢。但是，雖然很多獨立的專業(yè)計算機制造商都提供了刀片解決方案，但是刀片服務(wù)器市場仍然被大型IT公司所主導(dǎo)，例如IBM、惠普等公司，截至2010年第一季度，惠普在該市場擁有56.2%的市場份額，IBM位列其次，占有23.6%的市場份額(Dell應(yīng)該是第三名，但差距較大，IDC將其并入到其他廠商的類別里)。而從總體的市場來看，2010年第一季度刀片服務(wù)器廠商銷售收入將2009年第一季度提高了37.2%，出貨量提高了20.8%，這在服務(wù)器市場里是非常顯眼的成績，這些刀片服務(wù)器中包括了x86、安騰與RISC服務(wù)器刀片，總共產(chǎn)生了14億美元的收入，占2010年第一季度總體服務(wù)器市場的13.6%，這其中90%的收入來自于x86刀片服務(wù)器，而x86刀片服務(wù)器的收入占總體的x86服務(wù)器收入的18.8%。可以說，我們開始進入了“刀行天下”的時代。

IDC公布的2010年第一季度刀片服務(wù)器市場占有率

對于刀片服務(wù)器未來的發(fā)展，IDC最近的一項調(diào)查應(yīng)該是很說服力的。IDC的終端用戶調(diào)查顯示，刀片服務(wù)器正在成為下一代服務(wù)器的動態(tài)平臺。IDC發(fā)現(xiàn)，受調(diào)查的大多數(shù)IT機構(gòu)現(xiàn)在在IT基礎(chǔ)架構(gòu)中戰(zhàn)略性項目中采用刀片。除此之外，那些將刀片視為他們戰(zhàn)略項目中關(guān)鍵組成部分的受訪者在刀片上部署虛擬化的比例也更高一些，這為向數(shù)據(jù)中心內(nèi)私有云的過渡鋪平了道路。

IDC企業(yè)平臺和數(shù)據(jù)中心戰(zhàn)略趨勢高級研究分析師Jed Scaramella表示：“除了整合和系統(tǒng)密度之外，刀片系統(tǒng)的價值定位對于用戶來說正在變得越來越明晰。IT機構(gòu)意識到，刀片技術(shù)可以幫助優(yōu)化他們的IT環(huán)境以滿足不斷變化的業(yè)務(wù)需求，同時簡化他們的IT基礎(chǔ)架構(gòu)，提高資產(chǎn)利用率、IT靈活性和能源效率。”

IDC調(diào)查的重要發(fā)現(xiàn)包括：

刀片部署仍然多數(shù)是以數(shù)據(jù)中心為中心的。有超過2/3的刀片是用于數(shù)據(jù)中心的，而不是服務(wù)器機房或者機柜。

刀片支持一系列應(yīng)用，沒有哪一個工作負載所占的比例超過26%。業(yè)務(wù)處理工作負載是最常見的工作負載(25.3%)，其次分別是IT基礎(chǔ)架構(gòu)(21.7%)和應(yīng)用部署與行業(yè)研發(fā)(17.6%)。

刀片被視為一個大型項目(其中很多是旨在提高IT速度和靈活性的動態(tài)項目)中關(guān)鍵組成部分，包括存儲虛擬化、遷移和整合、公共計算/動態(tài)計算。

IT機構(gòu)更多地是在刀片服務(wù)器上實施虛擬化，而不是其他類型的服務(wù)器上。根據(jù)受訪者透的虛擬化刀片所占比例數(shù)據(jù)，平均有38%的人運行了某種虛擬化??這幾乎是整個服務(wù)器市場的兩倍。

在用戶計算環(huán)境中，虛擬化采用率隨著刀片采用率的增長而增長。換句話說，刀片在整個IT環(huán)境中所占比例越高，這些刀片被虛擬化的程度也就越高。

刀片仍將是推動服務(wù)器行業(yè)增長的一個動力，受訪者表示，未來兩年刀片仍將在服務(wù)器采購中占據(jù)較大比重。

Scaramella表示：“刀片是聚合系統(tǒng)的基礎(chǔ)服務(wù)器，并將成為私有云的組成部分之一。企業(yè)正在從IT孤島轉(zhuǎn)向形成一個內(nèi)部云基礎(chǔ)架構(gòu)的虛擬資源池。到目前為止，IDC看到刀片正在幫助用戶走上通往整合和虛擬化、最終向私有云的道路�！�

事實上，刀片的三大主要的優(yōu)點也正好與云計算的基本平臺架構(gòu)的需求相吻合??即高密度的虛擬化應(yīng)用平臺、高度靈活的可擴展動態(tài)架構(gòu)以及更高的能源效率，而來自blade.org的一項調(diào)查也顯示出了刀片服務(wù)器在通向云計算之路上受到的關(guān)注度。

blade.org在2009年第一季度所做的關(guān)于刀片服務(wù)器與虛擬化的調(diào)查

blade.org的調(diào)查顯示，44%的大企業(yè)用戶已經(jīng)在其刀片服務(wù)器上應(yīng)用了虛擬化，而38%的用戶正打算采用刀片+虛擬化的架構(gòu)，在中小企業(yè)方面這兩者的比例分別是28%和36%，均超過了不做虛擬化的用戶數(shù)量。這顯示出，刀片服務(wù)器已經(jīng)開始在企業(yè)的IT基礎(chǔ)架構(gòu)的整合與優(yōu)化方面顯現(xiàn)威力，而虛擬化又是通往云計算的最佳路徑，因此我們也有理由相信，刀片服務(wù)器將是未來云計算平臺的理想之選，它的發(fā)展方向也將直指云計算的未來之巔!

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