三、外部I/O
I/O(Input/Output——输入输出系统)是计算机的基本能力,在PC服务器领域,I/O也是衡量机器性能的重要标准。这里所说的外部I/O主要指PCI技术和服务器网卡。
1、PCI-X
PCI总线技术是上世纪90年代Intel提交的并行I/O总线,它整合了当时很多技术优势,现在已逐渐老迈。目前广泛运用在桌面的PCI技术主要是32bit,33MHz的PCI2.2,它提供133MB /s的带宽。为了满足PC服务器的大吞吐量,人们提升PCI频率到66MHz,位宽到64bit,使其最高传输率达到533MB/s,这已经是它的极限,于是PCI-X诞生。
PCI-X就是目前广泛运用在服务器中的PCI技术,也是目前最快的PCI技术。PCI-X是传统PCI标准中一种更新、更快的版本,速度从533MB/s起跳。PCI-X1.0版本规定了PCI-X133硬设备的传输时钟可达到133MHz,支持64bit的硬设备传输带宽可达到1GB/s。
但这也带来一个问题:64bit的设备由于拥有太多针脚而不得不采用6或8层的PCB板布线,其加工过程也非常复杂。这样的高成本是普通用户难以承受的,注定了PCI-X的应用领域仅限于PC服务器的高端工作站,在英信NL360P中就支持4个64位PCI-X插槽。在Intel原计划的PCI-X2.0中,最大理论带宽可达8.4GB/s,现在看来由于成本和市场因素很难实现。图10是各种PCI技术的标准。
2、InfiniBand
InfiniBand也是一种I/O总线,曾被认为是PCI的最好替代者,它是由包括Compaq、Dell、Intel、IBM、Microsoft和Sun诸多大公司提出的。InfiniBand是专为减轻设备之间数据信息流量拥阻而设计的,这种新架构提高了系统性能、可靠性和可用性,还增加了架构组件独立的可扩展性。InfiniBand的初始带宽为2.5Gb/s(2.5Gb/s÷8=320MB/s),是点到点服务器互联技术,它允许多台I/O设备同时向一台系统CPU发出数据请求,而且不会或很少产生延时或拥塞。
但Intel在2003年的突然退出,几乎使InfiniBand技术进程停滞。Intel说它将继续支持InfiniBand,但它更注重开发自己的I/O标准——3GIO,就是下文所要讲的PCI Express。现在InfiniBand的继续开发主要由IBM领导,但IBM还是PCI Special Interest Group (PCI-SIG)的成员。InfiniBand与PCI能否共存,它们是否会发展为类似IEEE1394与USB的关系?
3、PCI Express
PCI Express原名3GIO,是Intel主推的点对点串行I/O高速总线模式,伸缩性强的架构和较低的成本使得它可以满足多方面的需求。PCI Express内建时钟,所以不涉及与CPU的时钟同步,2.5GHz的最大带宽是10GB/s,但PCI Express技术白皮书中显示未来的最高频率为10GHz。
按照PCI Express当前的规定:每个硬设备通过最多64根数据线建立连接,单线的理论带宽为25MB/s,仅用不多的线路(比普通PCI2.2减少近75%)就可达到较高的带宽,相同性能下降低了成本。由于时钟速度可控,所以在同一系统中能以不同的频率运行,满足不同设备的通信需要。基于点对点的传输架构,PCI Express为高速设备引入了全新的交换器作为控制单元。该技术通过建立PCI Express设备与PCI Express设备的高速连接通道,达到了比DMA(内存直接访问)更具优势的效果,降低了设备对CPU和内存的影响,实现了更强的I/O效果。
PCI Express支持的外设数量从PCI2.2的4个增加到64个,而针脚数却从84Pin下降到40Pin,从普通PCI的并行传输转变到高性能的串行,32位的PCI Express对外设工艺的要求降低,随之而来的是低成本和快速的普及。这一切使得PCI Express成为面向未来的I/O总线,得到整个业界的一致拥护。在Intel的PC服务器芯片组E7525中(图11),提供了对PCI Express 16X的支持,PCI Express已全面出击,基于PCI Express接口的板卡也陆续推出。
4、服务器网卡
普通PC通过网卡(NIC)与网络连通,PC服务器中的网卡与PC网卡却有不同之处。
1、吞吐量大:100Mbps网卡与10/100Mbps自适应网卡目前是普通PC上常用的以太网网卡,最大提供12.5MB/s的带宽。服务器中一般都用千兆网卡(1000Mbps),提供理论125MB/s带宽,这样才能提供高速的网络能力。且服务器网卡一般采用PCI-X插槽,以获得更大带宽。
2、数量多:而为了满足服务器在网络方面的需要,服务器一般需要两块或两块以上网卡,前文提到的浪潮英信NL360P就有两块千兆网卡。
3、稳定性高:服务器网卡在高速工作时必须稳定,否则服务器会和外界失去联系,高端服务器网卡采用了Adapter Fault Tolerance(AFT,网卡出错冗余)、Adapter Load Balancing(ALB,网卡负载平衡)等技术。它们可以让网卡在出错时相互替代、工作时均分数据流,保持稳定。
此外,服务器专用网卡有特殊的网络控制芯片,它可以从CPU中接管大部分网络任务,工作时CPU占用率低。目前,服务器网卡知名品牌主要有Intel、3com、D-Link、Acton。