חם מהפיתוח

השוואה בין המודלים השונים של שרתי – PowerEdge דגמי "xs" לעומת דגמים "סטנדרטיים" לעומת דגמי "xa"

מאת: שעיה בכר, Solution Architect, ב-Dell Technologies

תקציר

לאחרונה, הכריזה דל על דור שלישי של מעבדי Intel® Xeon® Scalable. להכרזה זו התלוותה גם הודעה על 2 מודלים שונים של ה- 650R ו-3 מודלים של ה- 750R, אשר נועדו לעמוד בדרישות המתהוות של הלקוחות. מטרתו של מאמר זה היא לשפוך אור על האלמנטים ההנדסיים של כל אחד מהדגמים ולתאר את הסיבה להרחבת הפורטפוליו.

שלושת סוגי המערכות הללו תוכננו על מנת ליצור מיטוב (אוֹפְּטִימִיזַצְיָה) בעבור עומסי עבודה שונים.

• תכנון ה- R750xa ממוטב לסביבות מחשוב עם עומס עבודה כבד. בכדי לתמוך בכך, הוא תוכנן לקירור מקסימלי עם חריצי תמיכה קדמיים לשימוש במעבדים גרפיים (GPU) ולתמיכה ביחידות עיבוד מרכזיות עם כוח עיצוב תרמי (TDP) של עד 270 וואט ו-40 ליבות.
• מערכות ה-650R וה-750R גם הן מתוכננות בעבור סביבות מחשוב עם עומס עבודה כבד, אך הן מתוכננות לגמישות מרבית. הדבר כולל מספר כוננים משופר בכדי לספק קיבולת אחסון אופטימלית ומעבדים עם יחידות עיבוד מרכזיות עם כוח עיצוב תרמי של עד 270 וואט ו-40 ליבות.
• מערכות ה- R650xs וה- R750xs מתוכננות לסביבות וירטואליות מסורתיות ולתמיכה ביחידות עיבוד מרכזיות עם כוח עיצוב תרמי של עד 220 וואט ו-32 ליבות. הביצועים הם בסביבת אחסון מבוסס תוכנה (Software Defined Storage) כגון תוכנת vSAN. שני המודלים תומכים בקיבולת מקסימלית של 1 טרה-בייט של זיכרון בשימוש בחריצי DIMM בני 64 גיגה-בייט.

כאשר מעצבים שרת, המיטוב בין מחיר, ביצועים ומדרגיות (scalability) הוא פעולה מורכבת של איזון. קיימות נקודות עיצוביות מנחות מבוססות בעבור סביבות מחשוב רגילות כגון וירטואליזציה, אשר מתמקדות בנושאים של ליבות, קיבולת זיכרון וצפיפות אחסון המשמשים להשגת התצורה האידיאלית. החידושים שמציגות טכנולוגיות חדשות כמו זיכרון מתמיד (Persistent Memory) מציבים דרישות נוספות עבור העיצוב ויישומים מתהווים כמו בינה מלאכותית (AI) ולמידת מכונה (ML) מותחים את העיצוב אפילו יותר.

האתגר העומד בפני צוותי העיצוב הינו להגיע לאיזון יעיל אשר מספק ביצועים מרביים המתאימים לכל עומס/סביבת עבודה, אך אינו מכביד על הלקוח יתר על המידה עם עלויות שאינן הכרחיות בעבור מאפיינים שעשויים שלא לשמש אותם. לצורך ההמחשה, יש להביא בחשבון שלשרת שתוכנן לביצועים מרביים עם מסד נתונים בזיכרון (in-memory database)  תידרש צפיפות אחסון גדולה יותר, בעוד ששרת שתוכנן בעבור AI/ML עשוי להרוויח מתמיכה מוגברת של מעבדים גרפיים (GPU) וששרת שתוכנן לווירטואליזציה עם אחסון מבוסס תוכנה עשוי להרוויח ממספר גבוה יותר של דיסקים, כמפורט בטבלה שלהלן. כל הטכנולוגיות הללו יכולות להפיק תועלת מהעיצוב החדש של המעבדים ולכולן דרושה גישה לזיכרון, אולם נדרשת גישה ייחודית לכל אחת ואחת מהן על מנת להגיע לאופטימיזציה.

בעוד שטכנית אולי אפשר לבנות מערכת אחת שתוכל להשיג כל זאת, התוצאה הסופית תהיה יקרה בהרבה לרכישה ובאופן פוטנציאלי, עשויה להיות גדולה יותר. לדוגמה, מערכת שמסוגלת לספק חשמל ולצנן מספר רב של מעבדים גרפיים של 400 וואט זקוקה לאספקת כוח גדולה יותר, מאווררים חזקים יותר ומקום נוסף (בייחוד בעבור מעבדים גרפיים בעלי רוחב כפול) וכן מספר גדול יותר של ליבות יחידות עיבוד מרכזית. לעומת זאת, ישנה אפשרות שמיטובים אלה לא יידרשו למערכת המתוכננת כצומת של וירטואליזציה. הניסיון לבצע מיטוב בעבור הכלל מוביל פעמים רבות לתוצאות הכרוכות בשקלולי תמורות שאינם מתקבלים על הדעת עבור כל אחד מהם.

על מנת להגיע למערכות ממוטבות באמת, משיקה חברת דל טכנולוגיות 3 סוגים חדשים של שרתיה מסוג PowerEdge Rack שהינם שרתים מובילים בענף. דגם ה-"xa", הדגמים הסטנדרטיים" ודגמי ה-"xs". דגם ה-"xa" מתוכנן למיטוב בסביבות AI/ML ובכדי לתמוך בכך, מעניק אספקת חשמל, קירור ותמיכה מוגברת של מעבדים גרפיים ממוטבים. הדגמים ה"סטנדרטיים" גמישים מספיק בכדי לספק וירטואליזציה משופרת או סביבת מסד נתונים עם תוספת של קיבולת אחסון והרחבת זיכרון נוספת באמצעות זיכרון דינמי בעל גישה אקראית (DRAM) או זיכרון מתמיד (PMEM) ודגמי ה-"xs" מתוכנים עבור וירטואליזציה רגילה עם יכולות דיסק גדולות, תמיכה ביחידת עיבוד מרכזית (CPU) של עד 32 ליבות ויכולות זיכרון משתלמות של עד 1 טרה-בייט.

אופטימיזציה תכנונית

כאמור לעיל, דגם ה-"xa" ממוטב עבור מעבדים גרפיים (GPU), הדגמים ה"סטנדרטיים" ממוטבים לnמחשוב עתיר ביצועים ודגמי ה-"xs" ממוטבים עבור סביבות שעברו וירטואליזציה. הטבלה שלהלן מציגה סקירה של ההבדלי המפתח בין תכונותיהם:

בעוד שמפרטי המפתח משתנים מדגם לדגם, תכונות רבות נותרות זהות. חשוב לציין כי כל הדגמים תומכים בתכונות מפתח כגון:

•  9iDRAC  ו- OpenManage
• אפשרויות רישות OCP  3.0
• חריצי PCIe  מדור רביעי – עד 3 בסדרת ה- R650xx ועד 8 בסדרת ה- R750xx
• בקרי אחסון PERC 11 RAID כולל תמיכה אפשרית ל- NVMe RAID
• מהירות זיכרון של  MT/s  3200
• התקנה  בארונות  עם עומק סטנדרטי

עיצוב ה-"xa"

כאמור לעיל, דגם ה- R750xa ממוטב לשם תמיכה מוגברת במעבדים גרפיים. תמיכה זו מושגת באמצעות העברה של שניים מכלובי ה- PCIe האחוריים קדימה, כפי שמסומן באיור שלהלן. לכל כלוב כזה יש יכולת לתמוך בעד שני מעבדים גרפיים ברוחב כפול, ובמקרה של מעבד מסוג NVidia A100, ניתן לחבר כל זוג באמצעות גשרים של NVLink. חריצי PCIe נוספים זמינים בחלקה האחורי של המערכת. לעומסי העבודה של מעבדים גרפיים נדרש בדרך כלל פחות אחסון פנימי בהשוואה לעומסי עבודה רגילים. לפיכך, בעקבות שינוי זה עבר מיקומו של האחסון הפנימי למרכז חלקו הקדמי של השרת והוא מספק עד 8 כונני SAS/SATA, כונני NVMe או שילוב של סוגי הכוננים. כל התצורות הללו זמינות עם אפשרות לתמיכה במערך יתיר של דיסקים עצמאיים (RAID) באמצעות בקר פנימי חדש מסוג PERC11 המבוסס על H755 (SAS/SATA) או H755n (NVMe). כל בקרי ה-RAID הללו ממוקמים ישירות מאחורי הכלוב בכונן בכדי לחסוך במקום ומחוברים ישירות ללוח האם של המערכת על מנת להבטיח מהירויות של PCle דור רביעי. בכדי לאפשר ולהכיל את הטכנולוגיות החדשות הללו, הורחב עומקו של המארז ב-101.2 מ"מ (בהשוואה ל-750R "סטנדרטי"), אך הוא עדיין מתאים למדף בעומק סטנדרטי. בכדי להבטיח את רמות הביצועים הגבוהות ביותר, דגם זה מסופק עם תמיכה אופציונאלית בעבור זיכרון Intel® Optane™ מדור שני, עד 32 חריצי DIMM ומעבדים עם עד 40 ליבות.

עיצוב סטנדרטי

דגמי ה- /R650/750R ה"סטנדרטיים" תוכננו בכדי להתאים לגמישות הנדרשת על מנת לתת מענה למגוון רחב של עומסי עבודה. דגמים אלה כוללים תמיכה במספרים גדולים של כוננים קשיחים (עד 12 בדגם ה-R650 ועד 28 בדגם ה- R750) ובכך מציעים גם ביצועים אופציונאליים ומאפייני אמינות עם בקר מערך יתיר של דיסקים עצמאיים (RAID) חדש מסוג PERC11 באמצעות PERC H755 (SAS/SATA) או H755n (NVMe), כולל אפשרות ל"PERC כפול" עם בקרים מרובים. בקרי ה-RAID הללו ממוקמים ישירות מאחורי כלוב בכונן בכדי לחסוך במקום ומחוברים ישירות ללוח האם של המערכת על מנת להבטיח מהירויות של PCle דור רביעי. בכדי להבטיח את רמות הביצועים הגבוהות ביותר, דגמים אלה מסופקים עם אפשרות לתמיכה בזיכרון Intel® Optane™ מדור שני, עד 32 חריצי DIMM ומעבדים עם עד 40 ליבות. בנוסף, שני הדגמים תומכים במעבד גרפי, אך במידה פחותה מזו של סדרת ה-"xa".

עיצוב "xa"

כאשר העיצוב מיועד לווירטואליזציה, צצים מספר משתנים עיקריים. דרישות האחסון משמשות לרוב סכמות של אחסון מבוסס תוכנה (כגון vSAN), כאשר היכולת של תוכנת hypervisor לחלק את הזיכרון והליבות יוצרת צורך לאזן בין השניים. בכדי לספק מענה לדרישות אלה, עיצוב ה-"xa" החדשים כוללים תמיכה בעד 16 חריצי DIMM, דבר המיתרגם ל-1 טרה-בייט של זיכרון דינמי בעל גישה אקראית (DRAM) ,כאשר נעשה שימוש בחריצי DIMM בני 64 גיגה-בייט, יחידות עיבוד מרכזיות עם עד 32 ליבות ואחסון פנימי של עד 24 כוננים (16 כונניSAS/SATA  + 8 כונני NVMe – דגם R750xs) או 10 כוננים (SAS/SATA אן NVMe – דגם R650xs). דגמים אלה מקצים שקע DIMM אחד לכל ערוץ, ובכך מאפשרים ללקוחות להגדיל את מספר הצמתים (scale out) עם תצורות מאוזנות.

דגמים אלה עברו בנוסף מיטוב בכדי לספק עלות מסתכמת המוכה יותר. בעוד שעלותו של שקע DIMM עשויה להראות שולית, להפחתה של מספר שקעי ה-DIMM השפעה רבה. ההשפעה המתבקשת הראשונה היא צמצום עלויות חשמל וקירור. כל עיצוב צריך לשמר מספיק "מרחב תמרון" שיאפשר תצורה מלאה, ועל ידי צמצומם של שקעי ה-DIMM בחצי ניתן להפחית את תקציב החשמל הנדרש בעבור דגם "xs". דבר זה בתורו מפחית את כמות הקירור הנדרשת, מה שמאפשר שימוש במאווררים משתלמים יותר ובאופן פוטנציאלי, מוביל לעלות נמוכה יותר שכן מצטמצם הצורך בווסתי זרם ומכשירים נוספים המשמשים להכוונת זרימת האוויר. דבר זה מספק גם הסבר לעובדה שמערכת "xs" יכולה לפעול עם אספקת חשמל מזערית של 600 וואט בעוד שלמערכת "סטנדרטית" נדרשת אספקת חשמל מינימלית של 800 וואט בכדי לפעול.

השפעה נוספת על המחיר נובעת מהעובדה שהגדלה של מספר שקעי ה-DIMM במערכת מגבירה את מורכבותו של העיצוב. DIMM מסוג DDR4 כולל 288 פינים, ובהסרתם של 16 שקעי DIMM מהעיצוב, הוסרו גם 4,608 עקבות חשמליות. הפחתתן של העקבות החשמליות בקנה מידה זה מאפשר בנייה של לוח אם עם פחות "שכבות", דבר המיתרגם ישירות לעלות נמוכה יותר.

מגמות תמחור זיכרון עכשוויות יצרו הזדמנות להשיג ביצועים מצוינים, מדרגיות ואיזון עם מספר קטן יותר של חריצי DIMM. ספציפית, היחס המחיר-גיגה-בייט של חריץ DIMM של 64 גיגה-בייט מתפתח כך שהוא הופך להיות דומה יותר ליחס של חריץ DIMM של 32 גיגה-בייט. המשמעות היא שלקוחות יכולים להשיג את אותו האיזון שהושג עם דורות קודמים עם פחות שקעי DIMM.

סיכום

השקתם של מעבדי ה-Intel® Xeon® Scalable מדור שלישי איפשרה לדל טכנולוגיות לספק מגוון של טכנולוגיות חדשות המספקות מענה לדרישות הלקוחות. החל מדגם ה-"xa"ויכולתו לספק דחיסות מעבד גרפי גבוהה, דרך הדגמים ה"סטנדרטיים" המספקים פלטפורמה איתנה למגוון רחב של עומסי עבודה, וכלה בסדרת ה-"xs" שמספקת יחס מפתה של מחיר לעומת ביצועים, הלקוחות יכולים להשיג כעת רמת מיטוב שלא היתה זמינה בעבר.