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Wie unterscheiden sich Rack- und Blade-Server-Formfaktoren?
Ob Sie Blade- oder Rack-Server einsetzen, kommt auf die spezielle Aufgabe an, die die Geräte erledigen sollen. Beachten Sie bei der Planung des Data Centers deren Formfaktor.
Ein Server ist ein Computer, der für die Verarbeitung zentraler Unternehmensanwendungen und die Kommunikation in einem stark frequentierten Unternehmensnetzwerk vorgesehen ist. Obwohl jeder Computer als Server fungieren kann, bieten Computer, die als Server konzipiert und gebaut werden, in der Regel High-End-Computerressourcen, einschließlich der schnellsten Prozessoren, umfangreiche Mengen an schnellem Arbeitsspeicher, lokalen Festplattenspeicher oder Konnektivität zu Storage-Netzwerken und viel Netzwerkbandbreite. Dank dieser umfangreichen Ressourcen ist der Server in der Lage, die größten und komplexesten Unternehmensanwendungen zu verarbeiten und zeitgleich viele Benutzer im gesamten Unternehmen zu bedienen.
Aber jeder Server benötigt eine physische Präsenz im Rechenzentrum – selbst wenn dieses Rechenzentrum nur in einem Büroschrank untergebracht ist. Server benötigen Platz, Strom und Kühlung und müssen an die übrige Infrastruktur des Rechenzentrums angeschlossen werden, wobei sie für Wartung und Reparatur leicht zugänglich sein müssen. All diese Aspekte beeinflussen den Formfaktor des Servers. Ein Formfaktor steht im Allgemeinen für die Größe, Form und Gehäuse des Servers, die sich normalerweise darauf auswirken, wie er im Rechenzentrum physisch installiert und angeschlossen wird.
Es gibt zwei grundlegende Formfaktoren für Server der Enterprise-Klasse: Racks und Blades. Obwohl der Formfaktor keinen direkten Einfluss auf die Fähigkeiten eines Servers hat, gibt es für beide wünschenswerte Anwendungsfälle und Kompromisse. Sehen wir uns die Formfaktoren von Rack- und Blade-Servern genauer an und betrachten wir die Auswirkungen der beiden.
Was ist ein Rack-Server?
Ein Rack-Server ist ein Server der Enterprise-Klasse, der so konzipiert und gebaut ist, dass er in einen starren Metallrahmen in Standardgröße, ein so genanntes Rack, passt. Heutzutage bieten die meisten Racks Öffnungen mit einer Breite von 19 Zoll (48,26 cm). Es gibt keinen technischen Grund, warum 19 Zoll gewählt wurde. Die Breite wurde einfach vor Jahrzehnten zum De-facto-Standard, da die 19-Zoll-Racks für die Aufnahme traditioneller Telekommunikationsgeräte verwendet wurden. Ein kleiner Teil der Racks ist 23 Zoll (58,42 cm) breit, aber diese sind selten anzutreffen. Daher sind die meisten Rack-Server 19 Zoll breit und bis zu 24 Zoll (60,96 cm) tief.
Heutzutage enthalten Server mehr Komponenten als je zuvor. Während die Abmessungen von Servern in der Regel bei 19 Zoll gehalten werden, um in ein Standard-Rack zu passen, werden High-End-Server immer tiefer. Racks überschreiten oft 24 Zoll und erreichen Tiefen von mehr als 36 (91,44 cm) und sogar 48 Zoll (121,92 cm), um tiefere Server unterzubringen und trotzdem Stromverteilereinheiten (PDUs), Kabel und andere Geräte unterzubringen, die bei Rack-basierten Implementierungen üblich sind.
Bleibt nur noch die Frage der Höhe. Rack-Server werden in Höhenmultiplikatoren von 1,75 Zoll (4,45 cm) entwickelt und gebaut. Jede Höhe von 1,75 Zoll wird als Rack-Einheit (U) bezeichnet. Ein 1U-Rack-Server ist beispielsweise 1,75 Zoll hoch, ein 2U-Rack-Server 3,5 Zoll (8,89 cm) hoch und so weiter. Einfache Rack-Server haben oft einen 1U-Formfaktor, während leistungsstärkere Rack-Server mit mehr Ausrüstung, zum Beispiel zahlreichen lokalen Festplatten und zusätzlichen Prozessoren, 2U oder größere Rack-Formfaktoren verwenden können. Im deutschsprachigen Raum ist auch die Bezeichnung HE für Höheneinheit, statt U gebräuchlich.
Da die physischen Server immer größer werden, wird der zusätzliche Platz, den Rechenzentren für ihre Montage benötigen, häufig durch eine Kombination aus größerer Serverhöhe (mehr Rack-Einheiten) und größere Tiefe im Rack selbst bereitgestellt. Daher ist es wichtig, die physischen Dimensionen eines jeden Upgrades der Servertechnologie zu berücksichtigen und sicherzustellen, dass ausreichend Platz im Rack vorhanden ist, um die neuen Servermodelle unterzubringen. Server, die höher oder tiefer als erwartet sind, können zu erheblichen Störungen bei der Bereitstellung führen, da die Administratoren die Server in der Nähe neu positionieren oder verlagern müssen.
Rack-Server werden mit festen oder verschiebbaren Mechanismen in Racks eingebaut. Die einfachste Art, einen Rack-Server zu montieren, besteht darin, den Server in das Rack zu stellen und ihn über Flansche an der Vorderseite des Servers mit dem Rack zu verschrauben. Dadurch wird der Server mechanisch fixiert und kann an die Strom- und Netzwerkverkabelung angeschlossen werden. Anzeigen, lokale Festplatten und Kühllufteinlässe befinden sich normalerweise an der Vorderseite des Rack-Servers. Die meisten Anschlüsse und Kühlluftauslässe sitzen in der Regel an der Rückseite des Rack-Servers. Viele Rack-Designs verfügen jedoch über vertikale Kühlungsalternativen.
Rack-Reihen können dann in abwechselnden Ansaug- und Abluftreihen angeordnet werden, was die Kühlung größerer Rechenzentren wesentlich effizienter macht.
Das Problem bei der festen Montage ist, dass es unbequem und zeitaufwendig sein kann, den Server für Upgrades, Wartung oder Reparaturen zu entfernen – alles Aktivitäten, die einen physischen Zugriff auf den Server erfordern könnten. Der Zugang wird durch die Verwendung von Schienenpaaren vereinfacht, vergleichbar mit den einfachen Schienen bei Möbelschubladen. Mit passenden Schienenpaaren an Server und Rack kann das Gerät schnell und einfach eingesetzt oder daraus entfernt werden.
Vorteile von Rack-Servern
Rack-Server bieten eine Reihe von überzeugenden Vorteilen für Unternehmensrechenzentren:
- stabile Installation: Jeder Rack-Server hat den Vorteil einer stabilen, starren, physischen Befestigung innerhalb der Grenzen eines Racks, wie zum Beispiel PDUs und große Mengen an Kabeln, die alle markiert und sauber innerhalb des Racks verlegt werden können, um die Verwaltung und das Troubleshooting zu erleichtern.
- breites Anwendungsspektrum: Rack-Server können für nahezu jeden Bedarf konzipiert und gebaut werden, von einfachen 1U-Servern bis hin zu High-End-Rechenplattformen mit vielen lokalen Festplatten in 3U-Rack-Gehäusen.
- heterogene Unterstützung: Da sich der 19-Zoll-Rack-Formfaktor in der Serverbranche als physischer Standard etabliert hat, kann jeder Serverhersteller Rack-Server herstellen, die in jedes beliebiges Rack passen. Dadurch eignen sich Racks gut für heterogene Serverumgebungen.
Nachteile von Rack-Servern
Obwohl Rack-Server standardisiert, leicht zu beschaffen und für fast jeden Anwendungsfall geeignet sind, birgt das Paradigma der Rack-Montage auch einige potenzielle Nachteile:
- schwierige Zugänglichkeit: Auf Rack-Server, die in einem Rack-Gehäuse verschraubt sind, kann nicht einfach und schnell für Wartung, Reparatur oder Austausch zugegriffen werden. Der Prozess erfordert ein zeitaufwendiges Trennen und Abmontieren, bevor der Computer ersetzt oder gewartet werden kann.
- zu groß für kleine Räume: Ein Rack kann in kleinen Räumen, wie zum Beispiel einem Schrank oder einer Vitrine, unhandlich sein und ist äußerst ineffizient, wenn nur wenige Server benötigt werden, wie zum Beispiel in einem entfernten Büro. Außerdem ist die von einem Server-Rack erzeugte Wärme zu berücksichtigen, da sonst die Luft in einem kleinen Raum schnell ansteigt und die Server möglicherweise beschädigt.
- Überlegungen zum Gewicht: Obwohl ein leeres Stahl-Rack in der Regel recht leicht ist, kann ein mit Servern, PDUs, Lüftungsanlagen und anderen Geräten bestücktes Rack ein beträchtliches Gewicht auf einer relativ kleinen Grundfläche konzentrieren. Das kann für Böden und Räume, die nicht speziell für die Last ausgelegt sind, potenzielle strukturelle Gefahren mit sich bringen.
Was ist ein Blade-Server?
Ein Blade-Server ist ein Server für Unternehmen, der in einem kleinen und modularen Formfaktor geliefert wird. Die Designphilosophie eines Blade-Servers legt den Schwerpunkt auf modulare Einfachheit und schnelle Skalierbarkeit, die für moderne Unternehmen unerlässlich sind. Diese Philosophie hat zu einem radikalen Wandel in der Art und Weise geführt, wie Serverressourcen organisiert werden.
Die größte Veränderung bei einem Blade-Server-System ist die Trennung oder Disaggregation der Serverkomponenten. Bei einem herkömmlichen Server sind Prozessoren, Memory, E/A, Festplatten, Stromversorgung und andere Komponenten in einem einzigen Gehäuse untergebracht. Bei der Blade-Architektur werden jedoch viele dieser Subsysteme in separate, speziell angefertigte Module aufgeteilt.
Ein Servermodul enthält hauptsächlich Prozessoren und Arbeitsspeicher. Ein Festplattenmodul bietet Storage. Ein Netzwerkmodul übernimmt die Netzwerkkommunikation. Diese Module werden in ein gemeinsames Gehäuse – ein Blade-Gehäuse oder eine Backplane – eingebaut, das eine gemeinsame Stromversorgung enthält und alle Verbindungen bereitstellt, damit die Module zusammenarbeiten können. Alle diese Module werden wegen ihres langen, schmalen und vertikalen Aussehens gemeinhin als Blades bezeichnet.
Ein Blade-Gehäuse – mit dem Chassis oder der Backplane – kann fast jede beliebige Kombination von Blade-Komponenten unterstützen. So kann ein Gehäuse mit Blade-Servern oder einer Auswahl von Server-, Speicher- oder Netzwerk-Blades gefüllt werden, um die optimale Mischung von Rechenressourcen für die Anforderungen des Unternehmens zusammenzustellen. Wenn mehr Prozessoren und Speicher erforderlich sind, um mehr Anwendungen zu unterstützen, fügt man einige Blade-Server hinzu. Wenn mehr Storage benötigt wird, kommen einige Storage-Blades hinzu. Das bedeutet, dass das Kapital für die Blade-Ressourcen ausgegeben wird, die benötigt werden, und nicht für herkömmliche Server, bei denen einige Komponenten ungenutzt oder nicht ausreichend ausgelastet sein könnten.
Im Gegensatz zu herkömmlichen Rack-Servern werden Blade-Server nur mit dem gemeinsamen Chassis – der Backplane – verbunden, so dass der Blade-Server selbst nicht separat an die Strom- und Netzwerkverkabelung angeschlossen werden muss. Das gesamte Blade-Chassis ist jedoch mit der Strom- und Netzwerkverkabelung verbunden, die über die gemeinsame Backplane auf die Blade-Module verteilt wird. Zusätzliche Technologien wie Hot Swap ermöglichen es, die Blade-Server zu entfernen und auszutauschen, indem einfach eine Verriegelung geöffnet, das Blade herausgezogen und dann ein neues Blade eingeschoben und verriegelt wird. Auf diese Weise kann der Blade-Server schneller eingesetzt werden, was eine größere Skalierbarkeit und eine einfachere Wartung ermöglicht.
Die Blade-Architektur erhielt ihren größten Auftrieb durch die Einführung optimierter Rechentechnologien wie konvergente und hyperkonvergente Infrastrukturen (HCI). Diese Technologien zielten darauf ab, allgemeine Leistungs- und Interoperabilitätsprobleme in heterogenen Rechenzentrumsumgebungen zu überwinden.
Die Idee der Konvergenz besteht im Grunde darin, eine vorintegrierte und voroptimierte Mischung aus Rechen-, Storage- und Netzwerkgeräten zu schaffen, die bereits auf ihre gute Zusammenarbeit getestet wurden. HCI ging noch einen Schritt weiter, indem es Geräte entwarf, die speziell auf ein hohes Maß an Integration zugeschnitten sind; der modulare Blade-Ansatz ist ein hervorragender Formfaktor dafür.
Interessant ist, dass viele Blade-Server-Gehäuse oft zusammen mit herkömmlichen Rack-Servern und anderen Rack-Geräten in einem herkömmlichen mechanischen Rack installiert werden können. Der Unterschied besteht darin, dass die Blades in das Blade-Gehäuse geschoben und darin montiert werden und nicht in das Rack selbst.
Vorteile von Blade-Servern
Der modulare Charakter von Blade-Servern bietet einige interessante Vorteile für Unternehmensrechenzentren:
- einfache Skalierbarkeit: Sobald ein Blade-Gehäuse – der Rahmen oder die Backplane – installiert ist, können die Server-, Storage- und Netzwerk-Blades angeschlossen werden, die zur Unterstützung der Workloads des Unternehmens notwendig sind. Wenn das Unternehmen mehr Ressourcen benötigt, istalliert es zusätzliche Blades, indem diese eingesteckt werden bis das Chassis voll ist. Wenn ein Blade ausfällt, kann es schneller ersetzt werden als ein Rack-Server.
- hochgradig optimiert: Genauso wie das Mainboard eines herkömmlichen Servers Komponenten platzieren und organisieren kann, um die Leistung des Geräts zu optimieren, können die Backplane und die Verbindungen eines Blade-Systems entscheidend dazu beitragen, eine gut optimierte Computing-Plattform für hochintegrierte Komponenten wie HCI-Produkte bereitzustellen.
- leicht zu verwalten: Die Verwaltung einer heterogenen Rechenzentrumsumgebung kann problematisch sein, aber das hohe Maß an Integration, das Blade-Systeme bieten, ermöglicht die Verwaltung der Blades über ein gemeinsames Management-Tool des Blade-Anbieters, das häufig ein gewisses Maß an automatisierter oder softwaredefinierter Bereitstellung unterstützt.
Nachteile von Blade-Servern
Blade-Server sind beliebt und werden für eine Vielzahl von Computeraufgaben in Unternehmen eingesetzt, aber der Blade-Formfaktor bringt auch einige Nachteile mit sich:
- erhebliche Wärmeentwicklung: Wählen Sie den Einsatzort sorgfältig aus. Obwohl ein einzelner Blade-Server in der Regel weniger Strom verbraucht und weniger Wärme produziert als ein Rack-Server, werden beim Blade-Gehäuse viele Blade-Geräte auf engem Raum platziert. Das kann zu einer erheblichen Strom- und Wärmebelastung für das gesamte Blade-Chassis führen. Folglich ist bei der Bereitstellung von Blade-Chassis das Wärmemanagement sorgfältig zu berücksichtigen und potenzielle Hotspots oder lokale Erwärmungsprobleme an den Einsatzorten der Blade-Chassis sind zu beseitigen.
- begrenzte Größe: Blade-Architekturen basieren auf dem Gedanken der Skalierbarkeit, aber ein Chassis ist nur so groß, dass es nur eine begrenzte Anzahl von Blade-Servern und anderen Blades aufnehmen kann. Das bedeutet, dass die Skalierbarkeit eines Blade-Gehäuses begrenzt ist und nur eine eingeschränkte Anzahl von Blade-Gehäusen zu einer gemeinsamen logischen Einheit verketten.
- proprietäre Anbieterbindung: Obwohl ein Blade-Gehäuse häufig für den Einbau in ein herkömmliches 19-Zoll-Rack konzipiert ist, gibt es keinen gemeinsamen Standard für die Abmessungen von Blade-Servern oder der Backplane-Konnektivität. Daher funktionieren die Blade-Module eines Anbieters nicht unbedingt im Gehäuse eines anderen Herstellers. Ebenso unterstützen die Blade-Management-Tools eines Anbieters nicht unbedingt die Blade-Systeme eines anderen Herstellers. Das birgt oft die Gefahr einer unerwünschten Herstellerbindung.
Rack- versus Blade-Server: Das Urteil
Es geht nicht um die Frage, ob Rack- oder Blade-Server besser sind, sondern um die Verwendung. Blade-Server werden häufig für Aufgaben bevorzugt, die eine maximale Rechenleistung auf kleinstem Raum erfordern. Typische Beispiele sind große Mengen an Webservern oder sogar massiv skalierbare Rechenaufgaben wie maschinelles Lernen oder Big-Data-Analysen. Rack-Server sind nach wie vor ein Hauptbestandteil für High-End-Computing-Aufgaben, bei denen die anspruchsvollsten Unternehmens-Workloads in der Produktion unterstützt werden müssen. Beide Formfaktoren können in der gleichen Rechenzentrumsumgebung perfekt koexistieren.
