利用新一代互连技术开发高速服务器

上网时间: 2000年11月01日? 作者:梅耀光? 我来评论 【字号: ? ?小】

关键字:高速存储器? I/O标准?

在众多手持设备中,MP3播放机是一颗耀眼的明星。预计全球的出货量将从今年的100万部增长到2003年的3,200万部。目前,阻碍市场起飞的主要因素是:闪存供应紧张和价格居高不下。据业内人介绍,MP3解码芯片加上控制芯片等外围电路总成本低于10美元,但闪存卡的价格高至80-100美元。为了解决这一应用瓶颈,ST等供应商开发了低成本的CD-MP3解决方案,利用CD-ROM取代价格昂贵的闪存卡。低成本的解决方案有助于打破中国MP3市场僵硬的局面。

在国外,悬而未决的内容安全和版权保护问题是阻碍MP3市场进一步发展的因素。早在今年初,一些制造商参加了一个由SDMI协会组织的会议,旨在联合软件、系统和半导体制造商的力量共同制定一个单一的技术规范,确保Internet音频设备工业健康发展。今年7月,SDMI宣布了便携设备的1.0规范,并提议在第二阶段制定一个帮助PC过滤掉盗版音乐软件的规范。同时,SDMI还宣布为测试产品是否符合新的规范制定一套流程,以及为便携设备开发一个参考API。出于技术和商业方面的考虑,看来今年底不大可能出台这些新措施。

由于标准和规范问题没有一个明确的说法,这就给MP3设计带来很大的不确定性。因此,系统制造商不得不围绕可编程的DSP或ASIC设计产品。例如,朗讯采用TI的DSP;Diamond采用德国Micronas公司开发的ASIC芯片组。但是,由于标准变化不定,制造商更倾向采用基于通用处理器的可编程解决方案。这样不仅允许他们支持未来的安全和压缩标准,而且可使他们的存储设

利用新一代互连技术开发高速服务器_ESMCOL_1

服务器制造商利用最新推出的
存储器技术开发高速处理系统。

长期以来,IT经理最关心服务器的可升级性问题,但是随着Internet迅速发展,他们将注意力转向了带宽问题。一方面数据、声音和图像集成化程度逐步提高,另一方面商业活动对数据传送的依赖程度也日益加重,因此,系统密度就成为选择服务器时的首要考虑因素。英特尔公司企业服务器部产品销售主管Jim Pappas说:“为了跟上?问量的增长步伐,有时公司每天要增加几十台服务器。”

康柏、戴尔、惠普、IBM、西门子、太阳微系统、东芝等公司开发的最新一代服务器都具有时钟频率为1GHz的微处理器以及大容量的高速存储器。基于RISC处理器的服务器继续处于市场主宰地位。但是,当X86兼容处理器转向6?位数据通道和更高速度总线时,RISC的地位会受到威胁。此外,服务器制造商还充分利用最新推出的存储器技术,开发高速处理系统。例如,采用PC133SDRAM存储器,制造商花很少的钱就能使存储速度提高33%。下一代的设计有可能将DDR技术包含进来,前提条件是这种技术不仅要买得到,而且价格要合理。


InfiniBand组织定义新的I/O标准

制造商认为只有采用新型I/O技术才能跟上性能、可升级性和密度的要求。今天正在使用的传统多点总线存在固有的局限。采用VME、PCI或CompactPCI等共享总线的装置必然为访问存储器而相互竞争。系统会因I/O对处理器的中断而挂起,功能的发挥受到限制。所以象互联网音频、视频这样的新应用会要求I/O的传输速率在每秒几千兆字节水平上,现在的共享总线仅能达到每秒几百兆字节。

Compaq公司技术管理经理David Heisey说:“当你在一个共享总线上加上更多的插槽时,这些新插槽上的装置必将在总线上分享可获得的带宽,其结果是有些装置可能分配不到带宽。”服务器设计人员注意到了基于开关结构的高速点对点I/O结构。他说:“当你为增加连接点而加大开关尺寸时,由开关而得到的带宽随着连接点的数量而线性增加。你有多少个装置,就有多少个连接点,而且它们能够全带宽工作。出于实用的考虑,可获得的带宽是没有限制的。”

越来越多的公司把它们的开发工作放在建构新的高速系统总线上,用以满足对I/O需求。例如,AMD公司的设计者已经开发出了闪速数据传输,这是一种针对PC机的新高速总线,所支持的I/O带宽扩大了20倍。HotRail公司的IC开发人员正在开发一种开关装置,这种装置将支持高达256Gbits/s的数据传输速率。

起初为解决I/O瓶颈问题而争执不休的两个对立组织,目前开始联合行动了。这两个组织分别是:由英特尔、Sun Microsystems和Dell领导的下一代I/O工作组(NGIO);由IBM、康柏和惠普领导的未来I/O论坛。对于基于开关的盒对盒高速互连,多数系统开发商已经表示支持InfiniBand(一个为确立新I/O标准而成立的工业组织)。目前已经有超过160家公司加入了InfiniBand组织。InfiniBand定义了一个新的基于开关装置的I/O结构,它提供了速率可调功能,每个连接器的数据传输速率可从500Mbit/s升至6Gbit/s。这种互连技术是基于一个四线的传输速率为2.5Gbit/s的连接器。设计者可通过集成多个连接器来提高性能。这种结构也将支持x1、x4和x12规格的多种连接器宽度。系统通过一个或多个主通道适配器(HCA)连接到I/O装置上,而象存储控制器和网络控制器这样的外围部件通过所谓的目标通道适配器(TCA)连接到I/O上。

除了性能高和可升级的优点之外,InfiniBand还有一个关键的优势,那就是它允许服务器设计者把I/O适配器从服务器机架上分离出去,这为设计者提供了重新定义服务器密度的机会。Compaq公司的Heisey说:“这将使开发人员在设计系统时具有更大的灵活性。例如,你可以把I/O置于CPU匣子之外。”

IC供应商正在为将InfiniBand解决方案的关键组成模块推向市场而狂热地工作着。在今年2月,朗讯微电子集团发布了一款支持InfiniBand应用的光收发器LU6X31FT。该器件的传输速率分别为2.5Gbit/s、2.125Gbit/s和1.065Gbit/s,并具有10位接口的串行器/解串器功能。这种收发器以低于1W的极小功耗进行工作。为达到这一目标,朗讯的工程师依靠工艺技术的模块化,即将不同的工艺模块组合在一块芯片上。负责高速I/O开发的技术经理Dave Thompson说:“LU6X31FT收发器中关键的模拟和数字电路是用不同的技术实现的,目的是为了消除电源、衬底以及其它共模噪声源。”LU6X31FT现有现货供应,批量1万只以上,单价为18美元。

IBM透露,他们正在开发一种HCA、一种TCA和一个8端口开关,所有这些IC都可以实现InfiniBand技术。设计销售经理Jim Bowers说:“我们正试图通过一个8端口开关将主端连接到目标端,从而提供一个完整的端对端解决方案。这类部件采用IBM的0.18微米CMOS工艺加工制造。明年上半年将有样品生产出来。”?

对于InfiniBand能否在工业界产生广泛影响这一点,还存在疑问。嵌入系统设计人员正在探索各种途径来推动技术进步。VME国际贸易协会标准组织已经开始将InfiniBand作为欧洲板卡格式之一。?

Pentair公司首席工程师Mike Thompson说:“我们已经拟定使用哪些引脚,而且也找到了用于2.5GHz频率的双绞线电缆。”Pentair公司也展示了一个模拟实验:一个2.5Gbit/s的InfiniBand信号通过一个2.5mm的连接器,传输一段距离后又从另一个2.5mm的连接器返回。他说:“如果这个结果是真实可信的,我们就拥有了在VME系统运行InfiniBand所需要的一切。”同时,该公司也试图成立另一个工作组,着手研究CompactPCI系统的解决方案。


开发RapidIO互连技术

当InfiniBand的倡议者正在设计一个高速的盒对盒连接标准时,其他人的工作便集中在:解决芯片对芯片和板对板的I/O传输负担过重问题。一些顶级网络设备制造商在今年2月召开的嵌入式系统会议上,宣布支持一种叫做RapidIO的互连设计。这种新的互连技术是为了满足网络工业对于更宽带宽、更快总线速度和更高可靠性的需要而设计的,它勾画出系统内部的解决方案,其传输速度将达到10Gbits/s甚至更高。

思科系统公司企业WAN业务部副总裁John Wakerly说:“RapidIO定位于超高性能系统中的芯片之间和模块之间的互连。一些顶级的网络系统和IC开发商已经提议将它作为一个开放的工业标准,并通过新近成立的RapidIO贸易协会确定下来。”

RapidIO是一个脉冲开关协议,它要求有一个40引脚的端口,该端口具有一个全双向的8位字宽的数据通道。该设计采用标准的低压差分信号传输(LVDS)技术,速度可达10Gbit/s。数据由一个源同步时钟来传输,并始终在双沿进行采样。这种互连技术将四个速度等级:100MHz、250MHz、500MHz和1GHz。它还将支持针对高速设备的16位字宽接口。?

摩托罗拉和Mercury公司合作开发RapidIO技术。三年前,这两家公司为解决同样的问题而各自单独地开展工作。Mercury公司的产品销售主管Rich Jaenicke回忆道:“我们拥有非常密切的用户和开发商关系,所以我们能发现彼此的开发结果,并决定我们应该分享更多的细节。”Mercury和摩托罗拉在今年6月份联合提交了RapidIO标准。?

RapidIO将软件透明度、可升级性和芯片尺寸最小化放在优先考虑的位置。RapidIO支持所有的微处理器和I/O配置,其所用的LVDS技术能够达到几千兆Hz的速度,并且总线宽度高达16位乃至更多。

第一代RapidIO硅器件现在还未发布,大多数供应商称,新产品将在明年开始逐步进入市场。早期的实现方式将可能集中在传统的多点总线连接上。现实情况是,传统总线不会突然消失。在未来三到五年内,我们将看到很多混合系统,即部分系统基于光纤,部分还将依赖传统的多点总线结构。


采用新的处理器

服务器制造商试图最大限度地发挥新处理器的优势,供应速度更快和体积更小的系统。戴尔公司在它的PowerEdge 6?50高端服务器上,安装了四个英特尔 奔腾 III Xeon处理器。目前,系统装有550MHz的处理器以及2M字节的高速缓存。但在今年晚些时候,公司将在系统中加上700和800MHz Xeon处理器。今年底,戴尔也期望能提供基于英特尔公司的6?位Itanium处理器的服务器。?

对于机架安装环境,东芝发布了一种新的紧凑型服务器,支持两个英特尔 奔腾 III处理器、2GB的RAM和四个热交换驱动架。这种节省空间的设计允许在一个符合工业标准的42U架上放置多达19个服务器。康柏公司推出一种双处理器结构的超薄服务器,机架上安装两个800MHz 奔腾III处理器,以及两个PCI插槽。存储器可扩展到4GB。

IC制造技术的进步也帮助服务器制造商紧跟用户的需求。今年5月,IBM宣布了AS/400服务器系列,其微处理器首次采用SOI(绝缘体上硅芯片)晶体管和铜互连相结合的技术。多年来,SOI被认为是一种减少漏电流和热损耗的有效方法。IBM公司的AS/400产品经理Ian Jarman说:“通过减小芯片的功率,可提高晶体管的开关速度,并减少热损耗。”SOI晶体管和铜互连技术均有助于使芯片体积更小、速度更快、性能更高。虽然这一种技术诞生已久,但直到现在,还没有人弄清楚如何低成本地使用这种技术。显然,IBM的工程师已经找到了解决方法。Jarman说:“如果成本不划算,我们不会在AS/400这样的平台上使用这种技术。此外,我们还打算在其它系统上采用该技术。”IBM的官员们估计,用SOI和铜互连技术生产出来的6?位IStar微处理器,其性能比用CMOS技术制造的同类器件提高20~30%。随着时间的推移,CMOS芯片的性能遵循线性增长轨道,但现在其增长率开始下降。SOI技术所做的就是把CMOS重新带回增长的轨道。新的AS/400 800系列服务器将在下个月面市。IBM将把SOI技术移植到AS/400和RS/6000生产线上。IBM还将采用SOI技术生产Power4处理器,下一代AS/400和RS/6000服务器也准备采用该技术。

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