服务器概念、组成和架构详解

序言：伺服器是构筑云排序的最核心理念基础电子设备，在“新基础建设”大力大力推进大力推进、公有云持续冲高的大背景下，伺服器行业正迎高增长反转。责任编辑紧紧围绕4个核心理念问题，循序渐进对伺服器进行深入细致探究：

1、伺服器是甚么？

2、伺服器的形成？

3、伺服器的进行分类？

4、X86/ARM争夺战？

一、伺服器是甚么？

伺服器的中文名称为“ Server”，是指在互联网上提供更多各式各样服务项目的高操控性排序机系统。作为互联网的结点，储存、处理互联网上80％的统计数据、重要信息，因而也被称为互联网的肉体。

伺服器和一般排序机系统的机能是类似于的。只是相对于一般排序机系统，伺服器在灵活性、可信性、操控性等各方面都要求更高，因而CPU、晶片组、缓存、硬盘系统、互联网等硬体和一般排序机系统略有不同。

简而言之，服务项目器与一般排序机系统的主要就差别主要包括：

2）资源透过互联网共享资源：伺服器透过无线电通信互联网上其他终端产品（Client）递交的服务项目允诺，在互联网操作系统的控制下，将与相连接的硬碟、印表机、Modem及各式各样专供电子电子设备提供更多给互联网上的顾客公交站点共享资源，也能为互联网使用者提供更多集中计算、重要信息刊登及统计数据处理等服务项目。

3）硬体操控性更加强悍：伺服器的高操控性主要就充分体现在高效率的演算能力、较长时间的可信运转、强悍的内部统计数据标箱等各方面。

伺服器Amou根据不同的应用领域情景，对伺服器进行综合化结构设计，目前主要就的应用领域情景主要包括文档可视化、统计数据储存和查阅、应用领域程序响铃与运转等。

二、 伺服器的形成？

2.1 伺服器的逻辑构架

伺服器的逻辑构架和一般排序机系统类似于。但是由于需要提供更多高操控性排序，因而在处理能力、灵活性、可靠性、可信性、可扩展性、可管理性等各方面要求较高。伺服器的逻辑构架中，最重要的部分是CPU和缓存。CPU对统计数据进行逻辑演算，缓存进行统计数据储存管理。

2.2 伺服器的硬体

伺服器硬体主要就主要包括：处理器、缓存、芯片组、I/O（RAID卡、网卡、HBA卡）、硬碟、机箱（电源、风扇）。

在硬体的成本形成上，CPU及晶片组、缓存、内部储存是大头。以一台一般的伺服器生产成本为例，CPU及晶片组大致占比50% 左右，缓存大致占比 15% 左右，内部储存大致占比10%左右，其他硬体占比25%左右。

2.3 伺服器的固件和OS

伺服器的固件主要就主要包括BIOS或UEFI、BMC、CMOS，OS主要包括32位和64位。

1）BIOS

（Basic input/ Output System）

即基本输入输出系统，是伺服器启动后最先运转的软件。它主要包括基本输入输出控制程序、上电自检程序、系统启动自举程序、系统设置重要信息。BIOS是伺服器硬体和OS之间的抽象层，用来设置硬体，为OS运转做准备。BIOS设置程序是储存在BIOS芯片中的。BIOS的进化版本是UEFI（Unified Extensible FirmwareInterface），即统一的可扩展固定接口。这种接口用于操作系统自动从预启动的操作环境，加载到一种操作系统上，从而使开机程序化繁为简，节省时间。

2）BMC

（Baseboard Management Montroller）

即基板管理控制器，主要就是对伺服器进行监控和管理。BMC可以在伺服器未开机的状态下，对机器进行固件升级、查看机器电子设备等。

3）CMOS

（Complementary metal-oxide-semiconductor）

是电脑主机板上一块特殊的RAM芯片，是系统参数存放的地方。CMOS储存器用来储存BIOS设定后的相关参数。

4）OS

（Operating system）

即操作系统，对伺服器软硬体及统计数据资源进行管理调度。OS主要就分为32位和64位，OS的位数版本决定了排序机系统处理器在RAM（随机存取储存器）处理重要信息的效率，64位版本比32位的可以处理更多的缓存和应用领域程序。

三、伺服器的进行分类？

伺服器的进行分类标准是多元化的，目前主要就可按产品形态、指令集构架、处理器数量、应用领域类型等对市场上的伺服器进行进行分类。

3.1 按产品形态

伺服器按产品形态，可以分为：塔式伺服器、机架伺服器、刀片伺服器、机柜伺服器等。

1）塔式伺服器（ Tower Server）

既常见的立式和卧式机箱结构的伺服器，可放置在一般的办公环境，机箱结构较大，有较大的内部硬碟、冗余电源、冗余风扇的扩容空间，并具备较好的散热机能。塔式伺服器密度低，多为单处理器系统（有少部分为双处理器系统）。系统电源和风扇一般是单配，非冗余可信性较低。主要就应用领域在企业官网、多媒体大流量APP、医疗成像、虚拟桌面基础构架（VD）等情景。

2）机架式伺服器（Rack Server）

机架结构是传统电信机房的电子设备结构标准，宽度为19英寸，高度以单位“U”排序，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。机架伺服器是一种外观按照统一标准结构设计的伺服器，配合机柜使用。可以认为机架式是一种优化结构的塔式伺服器，它的结构设计宗旨主要就是为了尽可能减少伺服器空间的占用，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。主要就应用领域在云排序、软件定义储存、超融合构架、CDN缓存、超算中心等情景。

3）刀片式伺服器（Blade Server）

通常在一个机箱里可以插入数量不等的“刀片”，其中每一块“刀片”实际上就是一块伺服器主板。刀片伺服器通常只需要比机架伺服器更少的机架空间，透过优化空间来提供更多更强的排序能力，是一种更高密度的伺服器平台。一般主要包括刀片伺服器、刀片机框（含背板）及后插板三大部分。不同厂商有不同高度的机框。各厂商机框皆为19英寸宽，可安装在42U的标准机柜上。主要就应用领域在超算中心、异构排序、云排序平台、实时业务处理、商业智能分析及统计数据挖掘等情景。

4）机柜式伺服器（Cabinet Server）

是未来统计数据中心基础构架的核心理念形态和发展趋势。它集成排序、互联网、储存于一体，以及面向不同应用领域时，可以部署不同的软件，提供更多一个整体的解决方案。机柜式伺服器一般由一组冗余电源集中供电，散热各方面由机柜背部风扇墙集中散热，机能模块和支撑模块相分离，透过供电、散热的整合，相比一般机架式伺服器，运转功耗低、且可信高效。此外，机柜式伺服器无需繁琐拆装，维护便捷，能够轻松实现统一集中管理和业务的自动部署。主要就应用领域在虚拟化、大统计数据分析、分布式储存、超算中心等快速一体化部署情景。

3.2 按指令集构架

伺服器按照指令集构架进行分类，主要就分为如下：

CISC伺服器：

（Complexinstruction Set Computing）

即复杂指令集排序

RISC伺服器：

（ReducedInstruction Set Computing）

即精简指令集排序

EPIC伺服器：

（Explicitlyparallel Instruction Computing）

即显式并行指令排序

1）CISC伺服器

也被称为X86伺服器，采用Intel、AMD或其他兼容X86指令集的处理器芯片以及Windows操作系统的伺服器，是目前主流的伺服器构架。

2）RISC伺服器

RISC伺服器基于RISC处理器，目前主要就主要包括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伺服器

EPIC伺服器基于EPIC处理器，目前主要就是Intel研发的安腾处理器等。

使用RISC或EPIC构架的伺服器又称非X86伺服器。主要包括：大型机、小型机和UNIX伺服器，并且主要就采用UNIX和其他专供操作系统。

3.3 按处理器数量

按照处理器的数量可将伺服器分为：单路伺服器、双路伺服器、四路伺服器、八路伺服器等。其中，“路”是指一台伺服器内部的CPU个数，比如单路伺服器内部CPU数量为1颗，双路伺服器为2颗，以此类推。目前主流的伺服器是双路伺服器。

多路伺服器用到了对称多处理技术（SymmetricalMulti-Processing，简称SMP），在一台伺服器上，多颗CPU共享资源缓存子系统以及总线结构。在伺服器运转时，多颗CPU同时运转操作系统的单一复本，系统将任务队列对称地分布于每颗CPU之上，所有的CPU都可以平等地访问缓存、I/O和内部中断，从而极大地提高了整个系统的统计数据处理能力。

3.4 按应用领域类型

在不同的应用领域情景，对伺服器的机能要求会有所侧重，按照其应用领域类型，可以分为文档伺服器、统计数据库伺服器、应用领域程序伺服器。

1）文档伺服器

在排序机系统局域网中，以文档统计数据共享资源为目标，将供多台排序机系统使用的文档储存在一台伺服器中，这台主机就被称为文档伺服器。文档伺服器相当于一个重要信息系统的大仓库，保证使用者和伺服器硬盘子系统之间快速统计数据传递。在该类型伺服器的各个子系统中，对系统操控性影响大小依次排列为互联网系统、硬盘系统、缓存容量、处理器操控性。

2）统计数据库伺服器

用于频繁的读取和索引统计数据的伺服器，比如企业的财务系统、人事系统及各式各样管理系统均有类似于需求。不同类型的企业对统计数据库伺服器的要求不同，对于较大的企业，会涉及到分布式并发统计数据查阅等问题，这对互联网系统以及I/O的统计数据传输能力有比较高的要求；而对于较小的企业，并发使用者相对较少，分布式查阅需求不高，硬盘系统更为重要。

3）应用领域程序伺服器

类似于于文档伺服器为很多使用者提供更多文档一样，应用领域程序伺服器让多个使用者可以同时使用应用领域程序。在该类型伺服器的各个子系统中，对处理器操控性的要求会更高。

四、 X86/ARM争夺战？

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

4.1 X86伺服器：市占率高

X86伺服器是目前市场的主流选择。2009年以来，X86伺服器逐步成为伺服器市场的主流选择，收入各方面的优势相较于Non-X86伺服器不断扩大。根据Gartner的统计数据，2019年，全球X86伺服器出货量和厂商销售额分别为1249.7万台和693.6亿美元，远超Non-X86伺服器。X86伺服器是云排序基础设施的主要就形成元素，随着云排序产业的持续发展， X86伺服器的市场规模有望进一步扩大。

中国X86服务项目器市场需求有望反转向上。在中国“新基础建设”政策的推动下，未来5年，中国X86伺服器市情高增长度有望提升。根据IDC的预测，2020-2024年，中国X86伺服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伺服器有望迎新一轮产品迭代。处理器是伺服器的核心理念，而X86伺服器芯片的霸主为英特尔，英特尔的产品迭代对X86伺服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构架处理器—8086，用于PC。此后，英特尔进军伺服器领域，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伺服器处理器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。英特尔大力大力推进处理器迭代步伐，有望为X86伺服器的发展带来强力催化。

目前，作为市场份额最高的伺服器构架，X86伺服器的核心理念优势在于：

1）操控性领先。X86构架处理器结构设计的初衷在于操控性，以2U伺服器系统为例，可提供更多多达48 核的超强排序操控性，灵活的储存扩展以及高速互联网接入能力，非常适用于具有多重业务负载的复杂基础设施环境，主要包括企业级部署、云环境部署、大统计数据应用领域环境等。

2）生态完善。X86指令集是一个相对开放的指令集，在发展之初英特尔等供应商对独立软件开发商即进行指令集开放，对桌面软件兼容，发展至今，越来越多的玩家进入X86生态圈，形成了广阔、完善的护城河。

4.2 ARM伺服器：潜力很大

ARM伺服器迎万物互联发展良机。ARM处理器的应用领域始于低功耗、排序量小的移动情景，并专注于嵌入式电子、消费电子、汽车电子等领域发展。因而，ARM在移动端、IOT侧占据压倒性的市场及技术优势。叠加其适配500万ARM原生应用领域，未来，ARM构架与X86构架的竞争值得关注。

5G和物联网推动边缘排序、端侧AI发展，能效、灵活性将成为使用者重点考量因素。ARM伺服器的有点主要包括：

以鲲鹏920为例，其采用7nm工艺，可以支持32/48/64内核。此外，Ampere发布的Altra芯片具有80个内核，Marvell将推出的Thunder X3具有96个内核，相较于Intel至强白金系列的24-56个内核，具有单位面积内更强操控性的优势。

未来，随着统计数据中心软件生态逐步支持ARM构架，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构架CPU的价格和操控性有望改善，将可为使用者提供更多更低成本的云排序服务项目，实现出货量的进一步成长。