Moduli per server

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Fino ad ora l’utilizzo di moduli di elaborazione non ha trovato molto spazio nei server. Ciò è dovuto al fatto che gli sviluppatori di questi apparati, oltre ad avere idee proprie riguardo allo sviluppo del progetto di questi sistemi, possono giustificare l’implementazione di sistemi dedicati in virtù degli elevati volumi di produzione. Per questo motivo nelle cosiddette server farm e nelle reti dei carrier sono presenti un gran numero di sistemi dedicati caratterizzati da progetti omogenei. L’evoluzione tecnologica che ha permesso di realizzare dispositivi hardware (come processori e memorie) con prestazione sempre più spinte è alla base della virtualizzazione dei server. In pratica ciò si traduce nel fatto che le funzionalità dei server saranno specificate in misura sempre maggiore attraverso il software e gireranno in maniera astratta rispetto all’hardware effettivo. In un contesto di questo tipo le parole chiave sono reti definite via software o Sdn (Software defined network) e virtualizzazione delle funzioni di rete o Nfv  (Network function virtualization). Poiché non è più necessario ricorrere a progetti ad hoc, una tendenza come quella appena delineata apre la strada alla standardizzazione dell’hardware: progetti come Ocp (Open compute project), sostenuti da operatori di server farm come Google e Facebook, sono finalizzati al conseguimento di livelli sempre maggiori di efficienza, flessibilità e scalabilità. In uno scenario di questo tipo un aspetto chiave è la “modularizzazione” dell’hardware. In altre parole, poiché ciascun modulo del server può assumersi, in linea di principio, la responsabilità di eseguire qualsiasi processo, il solo problema è decidere l’ubicazione del modulo all’interno della rete e il livello di prestazioni desiderato. A causa del continuo e costante incremento delle prestazioni dei processori e della contemporanea esigenza di ridurre i costi dei servizi, gli sviluppatori di sistemi, gli operatori di rete e i fornitori di servizi devono prendere in considerazione tutte le opzioni che consentano loro di aumentare le prestazioni nel modo più semplice ed economico possibile.


Migliorare le prestazioni in modo economico

I moduli di elaborazione standard sono particolarmente utili sia per conferire flessibilità a un progetto sia per soddisfare le esigenze di scalabilità delle prestazioni dei server. Grazie all’adozione di moduli standard, l’aggiornamento dei sistemi che si rende necessaria nel momento in cui sul mercato vengono introdotte nuove generazioni di processori può essere effettuata senza dover apportare altre modifiche a livello hardware. Il costo dell’aggiornamento in definitiva si riduce a quello legato alla sostituzione dei moduli: si tratta di un costo senza dubbio inferiore rispetto a quello che si dovrebbe sostenere nel caso di sostituzione di un Sbc (Single board computer) completo o di un intero blade. L’unico problema incontrato finora è rappresentato dal fatto che non esiste uno standard per moduli in grado di supportare i trasferimenti 10 GbE in modo nativo. Questa situazione è ora cambiata grazie all’introduzione da parte di Picmg della specifica Com Express Type 7 che permette di sviluppare progetti di server modulari con commutazione 10 Gigabit Ethernet ridondante sfruttando moduli di elaborazione standard.

Server carrier-grade

Le applicazioni di livello carrier richiedono computer per infrastrutture virtualizzate, piattaforme dedicate per server destinati all’elaborazione su Cloud (cloud server), periferica (edge server) e locale (fog server) gestite dai carrier, torri per telefoni cellulari e sistemi per la memorizzazione e la distribuzione dei contenuti che necessitano di soluzioni efficienti per garantire migliori prestazioni e un maggiore livello di scalabilità. I campi di applicazione a livello aziendale riguardano principalmente i centri per la distribuzione di contenuti dove i fornitori di servizi Iptv, via cavo e mobile basati su Cloud gestiscono server farm ubicati in prossimità della periferia della rete carrier utilizzate per operazioni di transcodifica (in funzione dello specifico dispositivo client utilizzato) e di erogazione di contenuti “on demand”, oppure per gestire applicazioni di sicurezza come ad esempio il sistema Video Surveillance.

Server embedded e Internet of Things

I moduli conformi allo standard Com Express Type 7 di Picmg non sono adatti solamente per l’utilizzo in queste installazioni di server di rete e carrier-grade. Anche gli Oem che operano nei settori embedded e IoT possono trarre vantaggio dalle potenzialità dei nuovi server-on-module. Tra le principali applicazioni si possono annoverare cloud, edge e fog server gestiti dagli Oem o dagli utenti che, pur essendo alla periferia della rete, operano al di fuori delle reti dei carrier. Senza dimenticare i campi di applicazioni più “classici”: tra questi si possono annoverare microserver estremamente affidabili per controllori di robot, sistemi di misura e collaudo, automazione di fabbrica ad alto livello e server utilizzati come nodi per l’implementazione del concetto di Industry 4.0. Un’applicazione da tenere in considerazione per questi moduli sono i server Opc per uso industriale che spesso rappresentano l’interfaccia tra le applicazioni Office e la produzione industriale e devono essere in grado di gestire quantità di dati sempre maggiori.

Com Express Type 7, le nuove interfacce

I server-on-module conformi alla specifica Com Express Type 7 prevedono fino a quattro interfacce 10 GbE, un insieme completo di segnali in banda laterale per l’interfaccia NC-SI (Network Controller Sideband Interface) e canali Pci Express aggiuntivi. I moduli conformi alla nuova specifica differiscono sensibilmente da quelli basati sulla precedente specifica Type 6. Da un confronto tra le due specifiche si può vedere che sono state eliminate tutte le interfacce audio e video, quattro delle otto porte Usb 2.0, l’interfaccia ExpressCard e due delle quattro porte Sata. In questo modo è stato possibile liberare 60 pin sul connettore AB e 42 pin sul connettore CD per far posto alle nuove interfacce. Le interfacce 10 GbE sono state implementate sotto forma di singoli canali del backplane come previsto da 10Gbase-KR (Ieee 802.3/49) in modo da non vincolarle a interfacce fisiche pre-definite. Il Phy (Physical Layer), che definisce appunto lo strato di trasmissione fisico, non è disponibile sul modulo ma deve essere implementato sulla scheda carrier. Solo durante la realizzazione di quest’ultima viene definito il mezzo da utilizzare per la trasmissione dati (cavi in fibra ottica o rame). Per garantire una maggiore flessibilità, le interfacce possono essere implementate sotto forma di moduli Sfp+ intercambiabili. Inoltre è prevista la possibilità di abbinare parecchi segnali 10 GbE: ad esempio è prevista l’opzione di riunire quattro canali 10Gbase-KR in un singolo Phy per dar vita a una porta 40Gbase-KR4. L’interfaccia Com Express 10Gbase-KR prevede un pin definibile via software per ciascuna delle quattro interfacce. Questo pin fisico può essere configurato come un ingresso o come un’uscita ed è gestito dal corrispondente controllore Ethernet. Un esempio di applicazione è l’implementazione di un protocollo di temporizzazione basato su hardware conforme a Ieee 1588 da utilizzare in applicazioni real-time che richiedono elevate prestazioni.

Interfacce per memorie di massa

L’eliminazione di due porte Sata può in un primo momento creare qualche perplessità in quanto nelle applicazioni che prevedono l’uso di server sono solitamente richieste ampie risorse di memoria di massa. I più recenti trend tecnologici evidenziano che in misura sempre maggiore i drive Sata sono sostituiti con memorie a stato solido. Poiché questi ultimi sono molto più veloci, le interfacce Sata rappresentano un collo di bottiglia e per questo motivo sono sostituite da interfacce conformi alla specifica NVMe (NVM Express) o Nvmhci, utilizzate da Pci Express per la connessione con dispositivi di memorizzazione di massa. Ovviamente la specifica Type 7 supporta questa evoluzione mettendo a disposizione un numero maggiore di canali PCIe.

Moduli conformi a Com Express Type 7

I nuovi server-on-module conga-B7XD sviluppati da congatec, conformi allo standard Com Express Type 7, sono moduli di tipo headless equipaggiati con dieci differenti versioni di processori per server: dal processore Intel Xeon D1577 a 16 core fino al processore Intel Pentium D1519 in grado di operare nell’intervallo di temperatura industriale. I moduli sono equipaggiati con un massimo di 48 GB di Ram Ddr4 a 2400 MHz con o senza Ecc (Error correcting code) in funzione delle diverse esigenze degli utilizzatori. La caratteristica di maggior rilievo dei nuovi server-on-module di congatec riguarda le elevate prestazioni offerte per la connessione di rete grazie alla presenza di due porte 10 Gigabit Ethernet. Per la connessione con dispositivi esterni, comprese le memorie flash, sono disponibili fino a 24 canali Pci Express Gen 3.0 e 8 canali PCIe Gen. 2.0. Per i dispositivi di memorizzazione tradizionali è possibile utilizzare le due porte Sata 6G. Tra le altre interfacce di I/O presenti si possono segnalare quattro porte Usb 3.0 e quattro Usb 2.0, oltre a interfacce per bus Lpc, Spi e I2C e due Uart. A livello di sistemi operativi è previsto il supporto di tutte le più diffuse distribuzioni di Linux e per le diverse versioni di Microsoft Windows, compresa Windows 10 IoT. Il supporto di avanzate tecnologie per la gestione remota completa il profilo di questi dispositivi.

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