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采用PCI Express提高刀片系统的模块化设计

Matt Jones?? IDT公司串行交换产品部门营销经理?? 2007年12月08日 ?? 收藏0

  刀片系统模块化——可以支持任何一个插槽上任何刀片的能力——对系统设计人员而言是一个严格的要求。为了提供高性能、充分灵活的刀片系统,主流系统如刀片服务器、存储、通信及嵌入式设备的领先架构师纷纷开始转向 PCI Express (PCIe)作为系统级通信的主要系统互连协议。只要互连拓扑结构设计得当,PCIe 在性能、灵活性及可扩展性方面的优势就可以使之成为刀片系统实现最佳模块化的理想选择。

图1刀片系统模块化对系统性能的影响


  不过迄今为止,如何“妥善设计”仍是一个难题。挑战之一是“多用途”PCIe交换器对系统通信产生的一些限制。由于这个交换器的设计初衷是为了支持简化的点对点传输(peer-to-peer)和 I/O切换,其性能随端口的增加和容量利用率而大幅下降。如果系统采用这些“多用途”交换器作为系统互连,系统延迟会随线性系统扩展或流量的增加而比线性速率更高。因此在峰值流量或系统需求达到最高,或是系统配置增加到满利用率时,系统功能就会出现故障(见图1)。

  恰当设计基于 PCIe 的系统互连能够在任何负载条件下实现所有端口的可预测和线速性能,因此,所有系统端口都可以执行多个同步处理,而不会降低系统性能。为了实现这

种高性能,不论系统配置如何或流量高低,互连必须能够支持真正非阻塞的全线速吞吐量,而且可以确保可预测的系统延迟。因此,负载状态下的互连性能是设计一个真正模块化系统的最需要考虑的重要参数。

  为了在高负载和高度饱和条件下提供最佳性能,系统互连交换解决方案必须能执行深度输入缓冲,支持大流量控制信息,执行先进队列和可调整的调度算法,以确保真正的可确定的延迟和吞吐量。设计良好的互连可确保系统性能的稳定,而不会受到流量或配置的影响——不论是“准系统”实现方法还是全插拔系统——都能提供符合客户要求的全线速性能。

?  除了可预测延迟和吞吐量的优化互连,它还要支持资源的系统解聚。也就是说,符合成本效益的模块化刀片系统设计需要对计算、存储、I/O 及其他具体的系统功能进行分割,同时尽可能实现单功能刀片。这种将系统拆解成多个构成单元的能力,有助于实现更轻巧、更具成本效益的刀片,以及优化组合的系统单元(见图2)。

图2优化后的模块化刀片系统


  为了支持非会聚系统,系统互连必须支持处理器间不受限制的通信、虚拟化和外设共享及稀缺的系统 I/O,并能够动态地将 I/O 和外设映射到计算资源。此外,互连必须有利于促进地址域之间的通信。恰当满足了必要的性能及先进架构,该系统互连就可以实现充分灵活的刀片系统设计,让 OEM 和终端客户在系统开发阶段就可以匹配系统资源。或许更重要的是,由于刀片可以在需要的时候随意添加或互换,将有助于基础设施随着时间的推移根据系统要求进行改变。设计得当的系统互连能够确保刀片系统真正成为许多人预期的明智的投资,而现在许许多多的人已经在享受它所带来的效益。

  除了这些性能和功能属性之外,PCIe 系统互连还须满足设备供应商的客户对 RAS(可靠性、可用性和可维护性)及安全性要求。例如,为了符合 RAS 要求,系统互连还必须在根(root)故障时利用冗余上游根故障恢复确保端点运行不会中断。系统也必须采用奇偶保护和端到端循环冗余校验(CRC)来保持数据的完整性。系统还须支持热插拔,以满足现场升级和维修要求。安全性与权限访问要求必须通过一个端点安全方案,使用选择性的自动禁用点对点通信而强制执行。

  全功能 PCIe 系统互连支持的各种性能和先进功能,有助于 PCIe 通信拓朴结构应用于整个刀片系统,这也是领先设备制造商都用它来取代较旧的通信技术和协议的原因。此外,PCIe 实现方法可以重复使用现有的硬件、软件和固件,加速 PCIe 的普及。

  虽然最初开发的 PCIe 只是作为 PCI 总线的串行通信的一种后续产品,但其具备的灵活性却使之可支持比原来设想更加广泛的应用范围。尤其是在一个设计优异的系统互连架构中,PCIe 通信拓朴结构可以提供提高刀片系统模块化所需的性能和功能。


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PCI Express? 刀片系统? 模块化?

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