Отличия серверных процессоров от обычных

Как выглядит сервер

Мы постоянно слышим про серверы в интернете: как на них что-то установить, как настроить, как подключиться. Но что физически собой представляет сервер?

Раньше это были огромные шкафы, набитые электроникой, а сейчас сервером может стать даже одноплатный компьютер. Рассказываем, как такое возможно и чем отличается сервер от обычного компьютера.

Надежность

Самое главное требование к серверу, чтобы он свои задачи выполнял 24 часа в сутки, 7 дней в неделю и прочее, понятно к чему я клоню. Контроль качества у серверных CPU намного более тщательный. Они проходят через все виды испытаний стрессовых условий: работа при более высоких температурах и высокой вычислительной нагрузки. Так как они должны быть рассчитаны, на работу в течение длительных периодов времени при 100% устойчивых нагрузок. Например AMD оценивает рабочий цикл линейки Opteron 5 лет при 100% нагрузке 24 / 7 против трех лет для настольных чипов.

Надежность серверов обеспечивается не только хорошим ОТК, но и рядом программых и аппаратных специальных решений:

• Повышенная стойкость памяти к сбоях, за счет интенсивного контроля за ошибками и коррекции ошибок (ECC), на всех уровнях памяти (кеш, ОЗУ)
• Дублирование и резервирование критически важных устройств (блоков питания, жестких дисков, систем охлаждения)
• Введение дополнительных датчиков контроля технических параметров (тахометры, датчики температуры)
• Наличие сторожевого таймера, который перезагрузит процессор при зависании

Оперативная память

Используется память с контролем четности ECC (Error Correction Code). Дело в том, что всегда существует какая-то ненулевая вероятность ошибки в оперативной памяти.

Одна дело, когда ошибка или сбой случится на компьютере пользователя, когда он работает с собственным приложением (а не на сервере). Цена такой ошибки чаще всего невелика.

Другое дело, когда на сервере «потеряется» чья-то транзакция на миллион долларов.

С ошибками на сервере борются и аппаратными средствами, применяя избыточное кодирование данных. Информация снабжается дополнительными (служебными) битами, что позволяет обнаруживать и исправлять некоторые (а не все возможные!) наиболее вероятные ошибки.

Такие модули памяти, в отличие от обычных, имеют нечетное количество микросхем. Так, в обычных модулях, применяемых в обычных или офисных компьютерах, устанавливают чаще всего 8 микросхем. В серверных модулях устанавливают 9 микросхем. Серверная память при одинаковом объеме и скорости стоит существенно дороже обычной.

Характеристики серверного процессора

Сервер выполняет сложные математические вычисления. Такое оборудование подвержено высоким нагрузкам, и, как следствие, перегреву. Чтобы снизить этот негативный процесс, производители наделяют ЦПУ для сервера несколькими вычислительными ядрами. Их может быть даже 20. К тому же они способствуют ускорению проведения математических вычислений. Разберем по отдельности каждую составляющую процессора при выборе подходящего варианта.

На какие критерии обращать внимание при выборе процессора

• Ядра. Как уже было сказано, сервер нуждается в больших вычислительных мощностях и потоках. Например, в Xeon можно наблюдать 12 ядер и 24 потока, когда у десктопного Pentium всего 2 ядра и 4 потока. Чем больше количество ядер и потоков, тем выше производительность процессора. Однако, стоит знать, что излишние ядра не будут использоваться при работе сервера. Поэтому при подборе подходящего CPU и количество ядер, необходимо правильно рассчитать программные требования и ожидаемую нагрузку на устройство. Таким образом сервер будет работать корректно, а вы не будете переплачивать за незадействованные ресурсы.
• Сокеты. Слоты или разъемы для процессора на материнской плате, именуются сокетами (socket). Совместимость сокетов платы с CPU крайне важный момент. Регулярно выпускаются новые типы процессорных разъемов, поэтому этим вопросом нельзя пренебрегать. Обычно материнскую плату подбирают под процессор, так как он является более дорогим и важным компонентом в серверной конфигурации. При обратной ситуации надо удостовериться, что CPU будет совместим с имеющейся платой.
• Кэш. Хранит временные данные, позволяя CPU работать без простоев и на полной скорости. За счет большого объема кэша, процессор сможет быстрей справляться с объемными потоками данных. Чем больше память кэша, тем выше производительность и меньше задержки.
• Тактовая частота. Измеряется в гигагерцах (ГГц) и обычно указывается в технической документации CPU. Может иметь 2 показателя – частоту при штатной работе и в турбо–режиме. В серверной модели частота может проседать, но нужно понимать, что тот же Xeon допускает работу нескольких пользователей на максимальной тактовой частоте. Высокие показатели частоты также пропорциональны тепловыделению процессора. Ранее считалось, что чем больше тактовая частота, тем лучше. Сейчас это правило не так актуально, так как больше внимания стало уделяться общей архитектуре процессора.
• Тепловыделение. Любое устройство, работающее от электросети будет греться. Процессор не исключение, а истории с его перегревом крайне печальны. Для комфортной работы CPU необходимо соблюсти баланс выделяемого тепла и охлаждения. В этих целях используется специальный показатель – TDP. Его величины обозначают минимально допустимые требования к обеспечению охлаждения. Чтобы не утверждали производители чипов, в каком бы высокоуровневом дата-центре не находился сервер, как бы не охлаждалась стойка с оборудованием, – лучше учесть и этот параметр.
• Графическое ядро. Не все серверные процессоры имеют встроенный GPU, поскольку не во всех случаях это требуется. Если ядро есть, то оно выполняет расчеты, относящиеся к графике. Если же есть отдельная видеокарта, сервер сможет воспроизводить графику даже без собственного графического ядра.

Это основные характеристики, на которые следует обращать внимание во время подбора оптимальной серверной конфигурации.

Стоит отметить способность ЦПУ для сервера поддерживать большое количество каналов типа PCI-E. В некоторых моделях до 48 каналов. Производители устройств задействуют особые технологии по типу Turbo Boost от Intel и Turbo Core от компании AMD. Не менее важна такая особенность, как поддержка большого числа массивов RAID.

Но как выбрать CPU, способное удовлетворить текущие потребности пользователей? Это непростая задача, ведь нужно учесть немало параметров. Часто приходится искать баланс между бюджетом и определенными техническими характеристиками, чтобы не выйти за рамки отведенного бюджета.

Примеры сборок серверов для небольшой компании

Учесть все особенности конкретного предприятия изначально невозможно, поэтому остановимся на стандартном для большинства сценарии:

все активно используют почту;

работают в MS Word, Excel, Publisher;

открывают браузер с десятком вкладок;

сгружают информацию в 1С;

периодически пользуются принтером удаленно;

передают друг другу данные до 50-100 МБ;

иногда открывают Acrobat, Photoshop.

Подбирать модель будем из расчета: одно рабочее место — два потока + два Gb (иногда четыре) ОЗУ. Количество выделяемого объема на HDD вы уже выбираете самостоятельно, сфера деятельности у всех разная.

Сервер для 5 пользователей

Казалось бы, к чему приобретать мощную машину для команды из 5-ти сотрудников? Но бывает и так. При этом потребности даже маленьких компаний могут сильно разниться. Например, у небольшой стоматологической клиники на 5 кабинетов нет необходимости в больших вычислительных ресурсах, но есть нужда в хранении объемных графических данных, организации клинской базы и других процессов.

Таким образом, вначале мы рассмотрим минималистический сценарий, где задачи у всех достаточно тривиальные: почтовая переписка, обзвон клиентов, запуск офисных приложений. Со всем этим без всяких сложностей справится микросервер HPE ProLiant Gen10 Plus в базовой комплектации (Intel Pentium G5420, 8 Gb ОЗУ).

Второй вариант уже для более сложных задач. Здесь остановимся на HPE ProLiant ML30 на E-2234. Его 4 ядра с Turbo Boost поддерживают частоту с 3.6 до 4,80 GHz. Можно установить планки по 16GB в 4 слота памяти, при совокупном объеме накопителей в 64TB, которые без труда покроют потребности в хранении данных.

Сервер для 10 пользователей

Активное использование 8-10 компьютеров уже подразумевает какую-никакую нагрузку на систему. Учитывая, сколько сейчас требуют Chrome, мессенджеры и офисные приложения, логично для каждого работника определить следующий объем мощностей:

два потока (в идеале — ядра) ЦП;

выделенное хранилище от 100 ГБ.

Первый пример — ML110 десятого поколения в форм-факторе 4.5U, работающий на CPU Bronze 3204. В итоге имеем шестиядерный ЦП, 6 слотов памяти, поддерживающих установку планок до 32Gb, и 96 TB максимальной вместимости по накопителям. Хороший вариант, чтобы организовать долгую и стабильную работу небольшой компании, если, конечно, сотрудники в ней не занимаются рендером, графикой, монтажом и сложными вычислениями. Хотя для этого можно (и нужно) задействовать толстый клиент.

Хотите мощность побольше? Тогда тот же ML110, но на базе Silver 4208, в котором уже 8 ядер и 16 потоков, частота повышена до 2.1 GHz (в Turbo-режиме до 3.2), стоит 16 Gb оперативки c частотой 2400 МГц. Этого набора хватит с лихвой.

Обратите внимание, что в обоих случаях корпус — Tower, что немного усложняет масштабируемость. Но и до стоек сейчас доберемся.

Сервер для 15 пользователей

Редкий гость в большинстве топов, потому как зачастую ищут сразу на 20 человек и с заделом для апгрейда. Однако и на этот случай у нас есть интересный пример из ряда DL160 Gen10 1U, в базовой комплектации которой установлены чипы Silver 4210R (10 ядер/20 потоков, частота 3.2 GHz). К этому прилагается 13,75 MB кэша при скромном ценнике, что в сочетании с достойными характеристиками CPU позволит здорово повысить производительность и не ударит по карману.

Оперативную память можно подобрать из расчёта собственных нужд. Практика показывает, что 64 ГБ на первых порах вполне достаточно.

Конечно, если посчитать, что выходит, что одного предустановленного ЦП недостаточно, чтобы покрыть заявленные выше потребности на одного человека, но плата DL160 Gen10 имеет два сокета, то есть поддерживает два ЦП. Докупив второй такой же процессор, как раз и выходим на требуемую производительность, даже с заделом на будущее, что, учитывая стоимость всей комплектации в целом, выйдет вполне бюджетно.

Note. Отдельно стоит остановиться на правилах апгрейда. Приобретая новый (не БУ) сервер, вы получаете вдобавок много бонусов от производителя, таких, как заводская гарантия, которая предусматривает ремонт, настройку, замену вышедших из строя комплектующих, и еще много чего полезного. Из чего следует два важных момента, которые надо учитывать при выборе оборудования:

1. Самостоятельная замена первого предустановленного процессора на другой (получше, похуже, или на тот что нашелся на складе) большинством производителей не приветствуется. Вы можете автоматически слететь с гарантии, если замените изначальный «камень» на другую модель по личному желанию. В этом случае исправлять последствия подобного самоуправства гарантийные центры с высокой вероятностью откажутся. Поэтому, выбирая платформу, характеристикам CPU следует уделить особое внимание, чтобы приобрести то, что нужно, сразу и наверняка.

2. В многосокетных платформах, при подключении второго и более процессоров, требуется следить, чтобы все CPU в системе были одинаковыми. Причина в совместимости. Разные модели CPU имеют различающиеся характеристики и в частности — разную тактовую частоту. Во избежание конфликтов, производители единодушно рекомендуют ставить на одну платформу идентичные ЦП, поскольку тестировать всё многообразие сочетаний на совместимость при регулярной обновляемости моделей, конечно, никто не возьмется

Сервер для компании до 20 сотрудников

Не будем изобретать велосипед и, как и в предыдущем случае, предложим модель — DL160 с одним исключением — конфигурация процессоров:

топовый — Xeon Gold 5218R (20/40, 2.1 ГГц).

В качестве альтернативы можно предложить HPE ProLiant DL180 десятого поколения на вышеупомянутых 4208. Здесь схожая конфигурация, но, благодаря высоте корпуса 2U, вдвое больше места под накопители, улучшенная организация RAID, более совершенная система охлаждения. Да и шумит чуть тише, если для вас это имеет значение.

Объем поддерживаемых линеек — от 16 Gb, если говорить о классической сборке для нетребовательных предприятий.

Сервер для 30 пользователей

Тут у нас полноценный штат, который исправно тянет ресурсы. В базовой версии для тридцати подключений рекомендуем DL360 Gen10 1U на базе одного CPU Gold 5218.

Вариант не из дешевых, но с головой окупает затраты при работе, к тому же материнская плата без проблем позволяет разместить еще один CPU, а это уже не 16, а 32 ядра и 64 потока соответственно. Частота DDR4 повышена до 2667 МГц с поддержкой совокупного объема линеек до 1 ТБ.

В корзине помещается до 10 HDD, причем — с горячей заменой. Можно и SSD установить для системы. Предусмотрена поддержка RAID вплоть до 50/60.

Почему мы использовали пару «Сильверов» для 15-20 рабочих мест, и всего один «Голд» для 30? Все зависит от требований конкретного заказчика. При создании огромного Call-центра одного чипа будет достаточно. То же самое касается и терминалов обслуживания клиентов, где все работают в одной-двух программах, изредка отвлекаясь на пользование браузером для поиска информации в интернете.

Если мощности требуется больше, то здесь оптимальное решение — добавить второй 5218 и расширить память до 64 ГБ (можно и 128).

Другим решением станет покупка DL380 Gen10 2U на базе 2хCPU 6242 (20/40, 2.1 3,10 GHz). Модели из ряда DL380 хороши тем, что вдвое выше DL360, вмещают до 24 накопителей в SFF формате, лучше охлаждаются, показывая не такие высокие температуры.

Сервер для 50 сотрудников

Если рассматривать усредненный вариант для 50 подключений, то логично снова обратиться к HPE DL360, но далеко не в базовом виде. Рекомендуем сразу брать во внимание две модификации:

P19771-B21 — 2xIntel Xeon Gold 5220 (2×18/36, 2.2 ГГц), 64 ГБ ОЗУ;

P19772-B21 — 2xIntel Xeon Gold 6248 (2×20/40, 2.5 ГГц), 64 ГБ ОЗУ.

Сразу обращаем внимание, что версия на 6248 стоит гораздо дороже, поскольку больше ориентирована на создание малых офисов 50+ работников, иногда и до сотни. 5220-ые «Ксеоны» без особых проблем позволят работать компании на 40-50 человек.

Серверная память и ее отличие от обычной

В серверах, а также в рабочих станциях используется не совсем обычная оперативная память. Основные ее отличия — это поддержка специфических технологий, таких как контроль четности и ECC.

Серверная оперативная память не обладает выдающимися скоростными характеристиками. Для нее намного важнее стабильность и безотказность в работе.

Рассмотрим подробнее технологии, которые применяют в серверной памяти:

• Error-Correcting Code (ECC);
• Регистр между микросхемами модуля и контроллером памяти.

Память с коррекцией ошибок

ECC (Error-Correcting Code) позволяет исправлять некоторые ошибки в оперативной памяти. В том числе, случайные неточности, то есть те, которые могут возникать под воздействием электромагнитных помех или высокоэнергетических элементарных частиц.

Подобная погрешность появляется из-за изменения значения одного бита в машинном слове. Результат может быть самым непредсказуемым: от изменения одного символа в набранном тексте до зависания системы.

Применение технологии ECC необходимо для обнаружения и, по-возможности, исправления подобных проблем.

Однобитовые ошибки

Бит представляет собой единую двоичную цифру (1 или 0), причем восемь битов формируют байт — исторически наименьшую единицу адресной памяти, которую компьютеры считают либо как одно число, либо букву. Однобитовая ошибка заключается в том, что электрический заряд бит изменяется, переворачивая его от 0 до 1 или наоборот.

Причины однобитовых ошибок возникают в двух основных вариантах: жестких и мягких.

• Жесткие вызваны такими физическими факторами, как изменение температуры или мощности, а также напряжение на оборудовании.
• Мягкие возникают из-за более сложных факторов, таких как магнитные помехи и даже космические лучи.

В любом случае результат однобитовой ошибки тот же. Неточность, влияющая на одну двоичную цифру, не приведет к концу света, но перевернутый бит может серьезно повлиять на важные данные.

Хотя ошибка может быть безвредной или иметь сравнительно мягкий эффект (например, неправильно окрашенный пиксель в изображении), это может привести к полностью искаженному файлу или сбою всей системы.

В приложениях, обрабатывающих большие объемы чувствительных или высокоценных данных, даже одна однобитовая ошибка может быть катастрофической.

ОЗУ ECC предотвращает однобитовые ошибки, обнаруживая и исправляя их, гарантируя, что данные будут должным образом сохранены.

Принцип работы

ECC модуль имеет дополнительные микросхемы, по одной на каждые 8 чипов. То есть, при одностороннем дизайне модуля, будет задействовано 9 чипов вместо привычных 8. А при двухстороннем — 18 вместо 16. В дополнительных чипах лежат контрольные суммы машинных слов, хранящихся в памяти.

• Если при проверке контрольная сумма машинного слова не совпадает с контрольной сумой, находящейся в чипе-буфере, значит, найдена неточность;
• Если проблема устранена, то система продолжает работу, если коррекция невозможна — отправляется сообщение операционной системе;
• Если ОЗУ использует только технологию ECC, то это не совсем серверная оперативная память. Она рассчитана, в первую очередь, на профессиональные рабочие станции.

Для использования ECC RAM требуется поддержка как со стороны процессора, в котором размещен контроллер памяти, так и со стороны материнской платы. Впрочем, у не самых дешевых CPU и системных плат подобная поддержка нередко есть. Следовательно, память с коррекцией ошибок на них успешно заработает.

Какие преимущества получит обычный домашний или офисный компьютер в этом случае? Теоретически, он будет стабильнее работать. Но стоит учитывать, что применение Error-Correcting Code требует определенных вычислительных мощностей, как следствие, быстродействие снижается, пусть и не намного.

Отличие серверной ОЗУ от обычной

По сравнению с обычной, ОЗУ ECC имеет очевидные преимущества. Из-за встроенных возможностей для исправления ошибок, системы с ОЗУ ECC имеют намного меньше отказов, чем с памятью без коррекции ошибок. На практике это означает меньшую потерю данных, меньшее количество сбоев и больше времени безотказной работы.

Однако из-за дополнительной обработки, требуемой для чипов, ECC может оказать небольшое влияние на производительность. Это вряд ли является серьезной проблемой, когда пользователи уделяют первостепенное внимание минимизации ошибок и максимальному времени бесперебойной работы, которые обеспечивает ECC RAM, даже если она действительно имеет незначительный проигрыш в производительности.

Еще одна очевидная разница между памятью с ECC и без нее — это цена.

Благодаря своим расширенным функциям память с ECC стоит дороже, чем обычная, и поддерживается только на специализированных (и дорогостоящих) материнских платах и ​​высокопроизводительных серверных процессорах, таких как Intel Xeon и т.п. И еще ECC RAM нельзя комбинировать с ОЗУ без коррекции ошибок. Поэтому, если вы хотите возможности Error-Correcting Code, вам нужно будет заплатить за них.

Регистровая память

По-настоящему серверной можно считать только регистровую или буферизованную память. Основная ее особенность — это наличие на модуле еще одной микросхемы — регистра.

Регистр выполняет роль буфера между микросхемами памяти на модуле и контроллером ОЗУ. Это необходимо для снятия нагрузки с контроллера, что позволяет установить большое количество модулей.

Вся регистровая оперативка поддерживает технологию ECC.

Чем еще отличается ОЗУ для сервера?

• Вполне закономерно, что оперативная память для круглосуточно работающего сервера должна иметь максимальную надежность. Поэтому серверные модули проходят тщательное тестирование, в том числе, и в условиях высокого нагрева.
• Использование серверной регистровой оперативной памяти возможно только если процессор и материнская плата поддерживают ее.
• Серверная оперативная память, также как и обычная, выпускается в разных стандартах: ddr2, ddr3, ddr4. Физически, серверные модули сохраняют совместимость с десктопными, но работоспособность в обычных материнских платах невозможна.
• Скорость работы буферизованной RAM ниже, чем у стандартного модуля ОЗУ, а вот цена может оказаться заметно выше.

Нужна ли серверная память в обычном компьютере?

Конечно неприятно, когда ваш домашний компьютер или ноутбук падает из-за ошибки, но это вряд ли будет иметь серьезные долгосрочные последствия.

Собирать домашний компьютер на серверном железе — достаточно спорное решение. Кроме самих модулей серверной памяти, придется установить серверную системную плату.

А для нормальной работы системной платы может потребоваться соответствующий корпус и блок питания, что в итоге приведет к неоправданным расходам и даст только избыточную для большинства домашних систем надежность. Однозначный ответ — ненужна.

Где необходима ОЗУ c ECC?

Для бизнес-критических серверных приложений короткий ответ — да. На сервере, обрабатывающем конфиденциальную информацию о клиенте или финансовых транзакциях, даже одна ошибка имеет потенциал для катастрофы.

Для защиты от финансовых потерь, вызванных поврежденными данными, или репутационного ущерба, вызванного простоями после сбоя системы, ECC RAM настоятельно рекомендуется организациям, которые обрабатывают большие объемы данных клиентов в Интернете.