云计算中心的基石，ARM架构？

本文是2010-6-2号的《最新云计算信息》，希望大家能喜欢。

 

虽然Intel的ATOM系列芯片已经在功耗和性能等方面有了极大地提高，但是随着诸如iPad，iPhone和Windows 7 CTP的推出，使的在云客户端方面，ARM结构已经独领风骚了，而且其更开始涉足后台的云计算中心。本文将通过介绍ARM架构在服务器领域的一些新的动态和其它方面的信息，来深入探讨ARM结构是否能在今后替代X86架构成为云计算中心的基石？

 

在现有的云计算中心中，X86架构可谓事实上的标准，因为其在价格和支持软件这两个方面，都已经大大地领先了过去的两大服务器王者小型机和大型机。但ARM架构身为一个后来者，是如何能和已经占据垄断地位的X86架构竞争的呢？这不得不提一下，ARM架构的两个最大的优点：其一是价格低，其二是能耗低。也就是说ARM架构在价格和性能之比与能耗和性能之比这两方面非常出众，而且价格和能耗也是构建一个云计算中心非常重要的两个因素，因为在一个云计算中心中会有海量的服务器，由于其巨大的规模，使其不论在服务器的购置成本，还是在能耗方面，都开支很大。接下来将首先介绍一下ARM架构的在服务器领域的一些发展。

 

现有的ARM架构在服务器领域的解决方案

Marvell

Marvell自从收购Intel的XScale ARM项目之后，已经在ARM架构方面投入重金，而且拥有数千名相关的工程师，并在今年推出了基于ARM Cortex-A9架构和台积电40nm制程的四核芯片，并在主频方面达到2GHz，且功耗也不到1W。在性能方面，这款芯片在相同功耗的情况下性能是Atom芯片的5倍。在价格方面，这个芯片的批发价只需15美元，远低于需要数百美元的Xeon芯片。

下面是两张图分别是四核ARM芯片架构图和ARM芯片和ATOM芯片在性能上比较。

图1. 四核ARM芯片架构图

图2. ARM芯片的Benchmark

Dell

在2009年，Dell已经推出了基于威盛Nano芯片的低功耗XS11-VX8服务器，其体积相当于一块3.5英寸的硬盘，而且在一个标准2U机箱内放置12台这样的服务器，单服务器的满载功耗在30瓦以内，并在近两年内出货5000多套类似的系统。而Dell的低功耗方面下一步就是对基于ARM Cortex A9架构的多核心芯片进行测试，并希望能在这方面有所突破。

 

ARM架构在服务器领域的不足

虽然上面的例子很激动人心，但是ARM还是在很多方面存在不足：

1. 软件方面：虽然Linux系统已经能在ARM架构上完美的运行起来，但是在所支持程序的数量上面，和X86架构相比，差距还是很大的，特别是无法很好地支持中小企业常用的Windows Server系列。
2. 内存方面：由于现有的ARM架构对大容量的内存支持不佳，一般很难看到能支持2G以上内存的ARM芯片，更别说服务器方面常见的4G以上内存。
3. 设计方面：在这方面，著名云计算专家James Hamilton认为，虽然ARM架构在ATOM芯片不支持ECC内存方面有不错的支持，但是在芯片层不支持一致性缓存（Cache Conherent）并缺少一个优秀的内存控制器，使的ARM芯片无法像最新的Nehalem芯片那样近乎完美的应对基于服务器的应用。

 

适合的场景

基于现阶段的ARM架构，ARM架构在适合场景方面有一个非常重要的特色，就是对那些能被精细切分的应用支持非常好，比如Web Hosting等，但对那些能够被对本地资源（比如CPU，内存和I/O）需要非常强烈的应用支持不是很好，最明显的例子就是数据库。下面是两个比较适合的场景：

1. 简单的Web Hosting：比如ARM的官方站点就是使用基于Marvell MV78100 SOC的ARM服务器，加上在软件方面常见的Debian和Ngnix组合能非常好地支撑其官方站点的运行。
2. 静止存储（Very cold storage）：也就是存储那些很少被读取数据。因为运行这种应用的服务器最关键的因素是硬盘的大小，而且对CPU和内存这两方面的要求比较低，所以通过引入ARM架构将在不影响性能的情况下，降低用于负载静止存储的服务器的成本和功耗。

总体而言，对普通企业用户而言，由于引入ARM架构会对其本身的IT环境带来一定的影响，所以估计会进行长期的测试、评估和验证过程。但对那些Web 2.0企业而言，因为其本身应用非常适合ARM架构，而且也非常重视成本，所以她们很有可能会是第一批用户。

 

X86架构的应对

当然X86方面，肯定不会坐以待毙，下面将稍微介绍一下它们的应对之策：

Intel

在低功耗方面，Intel除了用于移动设备的ATOM芯片之外，最近在服务器领域推出了名为“30瓦”的解决方案，为什么称为“30瓦”呢？因为其设计的低功耗服务器板载一颗只要30瓦的Clarkdale核心的双核芯片，而且整个服务器尺寸只有一本书那么大，在5U的机箱内能放置16个这样的服务器，而且单个服务器的整体功耗在75W内。下图为这个方案的实例：

图3. Intel的30瓦解决方案

除了这个方案之外，而且Intel还会在价格方面给需要大量芯片的云计算中心很优惠的折扣。

AMD

当谈到ARM架构所有带来的挑战的时候，AMD亚太区副总裁兼总经理Benjamin Williams认为：“最好的服务器并不是以绝对的性能来衡量，而是应该能够有效的管理能效”。看来AMD有可能将通过提高整体性能，包括能效方面，来应对ARM架构的挑战。

APPLE

去年，APPLE推出了升级版的Mac Mini，而且特别设计其作为服务器使用并预装了Mac OS X Snow Leopard的 Server版，并装载了两个500GB硬盘来提升存储容量。

微软

虽然微软只是一家软件公司，但是为了更好地支持其云计算服务，比如Bing，所以在低能耗架构方面也做了一些尝试，而微软所选择的芯片是ATOM，通过一系列实验发现ATOM芯片不仅能支撑其云计算服务，而且能利用休眠状态来大规模地节省能源方面的开销。

 

ARM架构与X86架构的比较

下表将对基于ARM架构与基于X86架构的服务器的进行比较，虽然数据方面比较不精确，但总体应该能给大家一个大致的影响：

	基于ARM架构的服务器	基于X86架构的服务器
性能	一般	高
能耗	三十瓦以内	一百瓦以上
价格	几百美元左右	一千美元以上
性能/能耗比	高	一般
性能/价格比	高	一般
软件的支持	少	非常多
适合的负载	少	非常多

表1. 基于ARM架构与基于X86架构的服务器之间的比较

 

ARM架构的Tipping Point

Tipping Point的中文意思是“引爆点”，也就是说ARM架构在何种情况下，能够在云计算中心方面，对X86架构发起挑战，我个人认为需要有下面这三个条件：

1. 完善的软件支持：不仅是基于Linux的软件栈能对ARM架构有很好的支持，而且基于Windows的软件栈也能对ARM架构有不错的支持。
2. 更高的性能：在性能方面，ARM架构能够在保持原有低成本和低功耗这两个优点的情况下，能够进一步的提高。
3. X86自身出现问题：虽然X86架构在很多方面表现出色，但由于其架构不断地被更新，导致在技术债方面非常沉重，这有可能影响到X86架构自身的发展。

在上面这三点中，除了第二点之外，其它两点是挺艰巨的，希望时间能给我们答案。

 

参考资料：

1. When Very Low-Power, Low-Cost Servers Don’t Make Sense。
2. ARM问鼎服务器 能否成为挑战x86的黑马。