Системная плата — основа практически любого компьютера, в том числе и сервера. Поэтому неудивительно, что именно в системной плате реализованы специфические черты той или иной платформы. Поскольку архитектура серверов младшего уровня лишь незначительно отличается от архитектуры обычных персональных компьютеров, похож и дизайн системных плат. Высокопроизводительные многопроцессорные «мастодонты», строящиеся по модульному принципу, могут и вовсе не иметь системной платы в привычном смысле — их характеристики определяет только НМС системной логики, а от платы, на которой НМС собран, характеристики системы практически не зависят. В случае серверов младшего и среднего уровней НМС имеет огромное значение, однако в связи с универсальностью компонентов и наличием дополнительных микросхем-контроллеров спектр возможных решений, построенных на базе одного набора микросхем, может быть гораздо шире.
Набор микросхем. Наборы микросхем для серверов младшего уровня практически не отличаются от НМС для настольных ПК, однако с ростом сложности вычислительной системы подход к проектированию микросхем меняется: на первый план выходят задачи масштабируемости. Серверные НМС для многопроцессорных систем, как правило, состоят из большого количества специализированных микросхем и предусматривают масштабирование вычислительных средств и устройств ввода-вывода без применения общих каналов передачи данных. Ниже приведен подробный обзор наиболее распространенных серверных НМС.
Нередко крупные изготовители серверов — такие, как Sun, NEC и некоторые другие, разрабатывают собственные НМС для процессоров AMD Opteron, Intel Xeon и Itanium 2. Это необходимо для создания архитектур с более чем 16 процессорами — для таких систем готовых НМС мало и не всегда их характеристики и возможности достаточны для ряда задач. Однако в связи с тем, что фирменные наборы микросхем не поступают в открытую продажу, компании используют их только в своих серверах, а технические характеристики и подробности архитектуры, как правило, не раскрывают.
Процессорные гнезда. Основная черта серверов — применение многопроцессорных конфигураций. Поэтому, несмотря на то что большая часть серверных ЦП — по сути модифицированные процессоры для ПК, они имеют заметные конструктивные различия, и прежде всего это касается процессорных гнезд.
Современные процессоры Xeon имеют системную шину, почти полностью аналогичную шине Pentium 4 (они даже могут работать с одними и теми же НМС, в однопроцессорной, разумеется, конфигурации), но общая шина многопроцессорных IA-систем требует наличия дополнительных контактных линий. Современные ЦП Xeon устанавливаются в 603- (400-МГц шина) и 604-контактные (533-МГц шина) гнезда ZIF (Zero Insertion Force — обеспечивают отсутствие давления на контакты при установке ЦП), в то время как для Pentium 4 достаточно 478-контактного гнезда.
У процессоров AMD Opteron количество контактов больше — 940. Это объясняется тем, что в ядро процессора встроен контроллер памяти и несколько шин HyperTransport.
Процессоры Itanium первого и второго поколения устанавливаются в другой тип гнезда — VLIF (Very Low Insertion Force — минимальное давление на контакты при установке) и имеют 418 и 611 контактов соответственно.
Шины для плат расширения. Хотя архитектура сервера не предполагает столь высокую гибкость и модернизируемость, как у ПК, тем не менее она предусматривает возможность расширения. Однако наиболее распространенная в ПК шина для подключения плат расширения (32-бит 66-МГц PCI) в серверах почти не применяется. Как правило, серверные системные платы оснащаются контроллерами шины PCI-X (ширина 64 бит, частота 66, 100, 133 или 266 МГц), основное отличие PCI-X от традиционной PCI — соединение типа «точка—точка». Контроллеры PCI-X присутствуют практически во всех серверных НМС.
НМС для систем с одним—четырьмя ЦП
Opteron
NVIDIA nForce Professional 2200 и 2050. Позиции компании NVIDIA на рынке НМС для процессоров семейства Athlon 64 очень сильны: пользуясь преимуществами встроенного в ядро ЦП контроллера памяти Athlon 64, инженеры компании разработали микросхему nForce, выполняющую функции и «северного» и «южного мостов». Решение оказалось столь удачным, что NVIDIA, выпустив третье поколение этой микросхемы, претендует на лидерство на рынке систем Athlon 64.
Учитывая близость архитектур Athlon 64 и Opteron, неудивительно, что руководство NVIDIA приняло решение выпустить модель микросхемы для рынка серверов и рабочих станций.
В начале этого года NVIDIA представила семейство микросхем nForce Professional из двух моделей — 2200 и 2050. Эти микросхемы предназначены для построения двухпроцессорных серверов на базе процессоров Opteron. Каждая микросхема представляет собой полноценное ядро вычислительной системы (они оснащены системным интерфейсом HyperTransport для связи с ЦП, двадцатью линиями PCI Express, мощными сетевыми и дисковыми контроллерами), предусмотрена возможность создания RAID-массивов и подключение к 1-Гбит/с Ethernet-сетям. Микросхема 2050 несколько упрощена по сравнению со старшей моделью: в ней отсутствуют контроллеры обычного параллельного интерфейса АТА (есть только Serial ATA), USB, шины PCI, а также звуковой контроллер.
Предложенные NVIDIA наборы микросхем ориентированы в первую очередь на высокопроизводительные рабочие станции, но они нашли применение и в традиционных двухпроцессорных серверах некоторых изготовителей.
Примечательно, что нередко для равномерного распределения загрузки в одной системе применяют обе микросхемы, которые подключаются к разным ЦП. Кроме того, нередко nForce Professional 220 дополняют микросхемой AMD-8132, обеспечивающей работу PCI-X-устройств (о ней будет рассказано ниже); по этой схеме построен, например, сервер HP Proliant DL145 G2.
ServerWorks HT-2000, НТ-1000. Наборы микросхем подразделения Broadcom компании ServerWorks хорошо известны на рынке Xeon-серверов, на котором они очень успешно конкурировали с продукцией самой Intel и нередко превосходили ее по возможностям и характеристикам. Недавно в модельном ряду компании появились две новые модели микросхем, предназначенные для построения двух- й четырехпроцессорных серверов на базе Opteron — НТ-2000 и НТ-1000.
Микросхема НТ-1000 оснащена шиной HyperTransport 8x8 (3,2 Гбайт/с) для связи с ЦП, интерфейсами PCI (32-бит, 33-МГц) и PCI-X (64-бит, 133-МГц), дисковыми контроллерами АТА и Serial ATA (300-Мбайт/с), USR 2.0.
Микросхема НТ-2000 оборудована двумя интерфейсами HyperTransport — для связи с ЦП используется более высокопроизводительный 16x16 (8 Гбайт/с), а для подключения контроллеров ввода-вывода — 8x8 (3,2 Гбайт/с). Дополнительные контроллеры ввода-вывода могут понадобиться, поскольку ПТ-2000 не оснащен ни дисковыми интерфейсами, ни обычной 32-бит PCI, ни USB. Но зато эта микросхема обеспечивает работу 17 каналов PCI Express, и, кроме того, она оснащена встроенным двухканальным 1-Гбит/с Ethernet-контроллером.
Микросхемы НТ-2000 и НТ-1000 позволяют создавать системы самого разного уровня как по производительности, так и по функциональным возможностям. Примечательно, что эти микросхемы могут применяться отдельно и совместно как единый НМС. НТ-1000 ориентирован на использование в двухпроцессорных блэйд-серверах. Кроме того, он может быть применен в качестве «южного моста» (роль «северного моста» будет играть соответственно НТ-2000) в составе более мощных двухпроцессорных систем. А для создания высокопроизводительной четырехпроцессорной конфигурации необходимы две микросхемы НТ-2000 и одна НТ-1000.
Xeon
Intel E75OO, Е75О1, Е75О5. Семейство НМС Intel Е750х предназначено для построения двухпроцессорных серверов на базе процессоров Intel Xeon. Наборы микросхем этого семейства состоят из трех компонентов: основной микросхемы — контроллера памяти (МСН — Memory Controller Hub), а также контроллеров ввода-вывода (Integrated Controller Hub) и 64-бит шины PCI/PCI-X.
Двухпроцессорные Xcon-системы строятся по принципу «общей шины» (см. раздел «Процессоры»), поэтому пропускная способность процессорной шины разделяется между двумя ЦП. Главная черта набора микросхем Е750х — сбалансированность пропускной способности подсистемы памяти и процессорной шины. Первая модификация этого НМС (Е7500) позволяла использовать ЦП Xeon с 400-МГц шиной и память DDR200, благодаря тому что МСН оснащена двухканальным контроллером памяти, пропускные способности шины памяти и процессорной шины были одинаковы и равны 3,2 Гбайт/с.
Следующая модификация — Е7501 — предназначена для использования с новыми процессорами Xeon, имеющими 533-МГц системную шину. МСН, как и прежде, использует для обращений к памяти два канала и позволяет применять память DDR266. Соответственно баланс пропускной способности сохранен, процессорная шина и два канала памяти обеспечивают 4,3 Гбайт/с.
Второй компонент системы — контроллер 64-бит шины PCI/PCI-X (микросхема Р64Н2), обеспечивает работу двух независимых каналов PCI и может быть использован как для подключения дополнительных микросхем/контроллеров, встраиваемых в системную плату, так и для организации открытых шин, для установки плат расширения. К МСН может быть подключено до трех контроллеров Р64Н2 по фирменному 16-бит интерфейсу Hub Interface 2.0, суммарная пропускная способность трех таких интерфейсов 3,2 Гбайт/с.
Микросхема Р64Н2 применяется во всех трех НМС семейства Е750х (о последней на данный момент модификации — Е7505 — будет рассказано чуть ниже) и не претерпела никаких изменений. Третий компонент НМС Е750х — контроллер ввода-вывода — был изменен. В первых двух модификациях (Е7500 и Е7501) применялась микросхема 82801СА (ICH3-S, Integrated Controller Hub), содержащая контроллеры дисковых интерфейсов (два канала UltraATA/l00), USB 1.1 (до шести портов), 10/100-Мбит/с сетевого адаптера Ethernet, шин PCI 2.2 и SMBus. В новой же модификации (Е7505) применена микросхема 82801DB (ICH4), отличающаяся контроллером интерфейса USB 2.0 и наличием шестиканальной звуковой подсистемы. Контроллеры ввода-вывода подключаются к МСН через интерфейс Hub Interface 1.5.
Главное отличие Е7505, разумеется, не в более мощной звуковой подсистеме: этот НМС оснащен контроллером AGP 8X и предоставляет некоторые дополнительные возможности, такие, как технология х4 SDDC (х4 Single Device Data Correction, обеспечивает корректность операций с памятью при сбое какого-либо системного устройства) и Alert On LAN 2.0 (реализованная на аппаратном уровне, без участия ОС, функция отправки по локальной сети предупреждения в случае сбоя или несанкционированного доступа к системе).