融合架构云数据中心：概念、技术与实践

关键词
融合 架构 ；数据中心 ；基础设施 ；硬 件重构 ；软件定义
一
步推动 了数据中心向集 中化 、规模化发展 ，给数据中
引言
现 阶 段 ，互 联 网 应 用 的需 求 引 领全 球 数 据 中心 的发 展 趋 势 ， 中 国 的 互 联 网规 模 已经 十 分 巨 大 。 例 如 ，截 至 ２ ０ １ ４ 年 底 ，我 国 智 能 终 端 数 量 达 到 ２ ５ 亿 部 ，上 网 用 户 数量 超过６ 亿 人 。在 这 样 数 量 庞 大 的 终 端 设 备 背 后 ， 必
心带来 了扩展 、效 率、能耗 、安全等诸多 问题和挑战。 首 先 是 扩 展 性 ，单 台 设 备 的 扩 展 性 受 设 备 内部
ＣＰＵ 互 连性能 、ｌ ， Ｏ扩 展 能 力 的 制 约 ， 数 据 中心 的 扩 展 性 则 受 网 络 性 能 的 制约 。 目前 的 数 据 中心 普 遍 采 用 分 布
Ｉ Ｔ 设 备 在 业 务 处 理 方 面 的 效 率 低 下 常 常 被 忽 略 ，在 关 注Ｐ ＵＥ的 同 时 还 要 重 视 ｌ Ｔ设 备 能 耗 到 性 能 的 转 化 率 。
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系统与方案 Ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍｓ＆Ｓ ｏ ｌ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ
第 二 代融 合 架 构 的 基 础 设施 包 括 正 在 研 发 和 即 将 发
设备 是分离的 ，各 自的资源 处于隔离状态 ，资源共享仅
限于同类设备 。
第三 ，能耗 是数据中心越来越突 出的问题 。 目前 ，
１ 云数据 中心的需求及挑战
从技术 角度来看 ，支撑互联 网和传统行 业应 用需求 的物联 网、云计算 、大数据、移动互联 网等 新兴技术进
虽然有很 多技术可 以将数据 中心 的ＰＵ Ｅ （ Ｐ ｏ ｗｅ ｒ Ｕ ｓ ａ ｇ ｅ Ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ） 从２ ． Ｏ 降到 １ ． ５，但 非 Ｉ Ｔ 能 耗依 然 突出 。此外 ，
Ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍｓ＆Ｓ ｏ ｌ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ 系统与方案
融合架构云数据 中心 ：概念 技术 与实践
王恩东 张 东 亓开元
１ 高效 能 服 务 器 和 存 储 技 术 国家 重 点 实验 室 济 南 ２ ５ ０ １ ０ １ ２ 浪潮 电 子 信 息 产 业 股 份 有 限公 司 济 南 ２ ５ ０ １ ０ １
Ｍｏ ｄ ｕ ｌ ａ ｒ Ｃ ｅ ｎ ｔ ｅ ｒ ） 和 云 海 ＯＳ Ｇ２ 。
第三 代融 合架 构 基 础设 施 是 面 向 未 来 云 数 据 中心 预 研 和 规 划 的形 态 ，包 括 基 于 融 合 架 构 的 数 据 中， Ｃ ， （ Ｓ ｍａ ｒ ｔ Ｄ ａ ｔ ａ Ｃｅ ｎ ｔ ｅ ｒ ） ￣ １ ３ 云 海ＯＳ Ｇ３ 。 下面 来分 别介 绍 这 三代 融 合 架 构 数 据 中心 的 代 表 性 基础设施 。
术 ，Ｋ １ 可靠 性达 到９ ９ ． ９ ９ ９ ４ ％。同时，为增强事务处理
摘
要 大数据 、物联 网 、人工智能等应用 的不 断发 展和快 速变化对云数据 中心计算 、存储和 网络 资源提 出更大需
求 ，现有 架构无法 支撑数据 中心规 模的持续增 长 。文章提 出融合架构 云数据 中心 的核心概念 ，从硬 件重构＋ 软 件定
义两个层面 定义融合架构 的三个发展阶段 ，并阐述和分析 其中的关键技术 。云数据中心基础设施 的研发和 应用实践 表明 ，融 合架构能够真正地 促进数据 中心 的开放 融合 安 全高效 、智能绿色 和灵 动成长 。最终实现 “ 数据 中心即是 计算机 ”的愿 景。
高 。Ｋ１ 是 中 国 唯 一 自主 研 发 的 关 键 应 用 主 机 ， 打 破 了 外 国 品 牌 在 该 领 域 的 垄 断 局 面 。 通 过 采 用 全 模 块 化 冗 余 设 计 ，基 于 物 理 分 区 、 进 程 冗 余 等 多 层 次 高 可 用 技
布 的下一代关键应 用主机 、智能模块 化数据中， ￣ ， （ Ｓ ｍａ ｒ ｔ
倍 。 然 而 ，我 国 传 统 行 业 虽 然 信 息 化 需 求 旺 盛 ， 总量 上
第二 ， 目前大 多数 数据 中心 的服 务器 利用率 低 于 ３ Ｏ ％，通过 虚拟化能够实现计算资源在不 同业务 间的动
态 调 度 ，从 而 使 得 设 备 的 利 用 率 提 升 到 ６ ０ ％ 左 右 。 然 而 ，当前的虚拟化技术在设备 问的资源调度开销很大 ，
式 架 构 ，设 备 间 的互 连 网络 带 宽 远 低 于 主 板 内和 设 备 内
须要 有更大的 内容服务商提供 服务 。例如 ，阿里 巴巴在
“ 双 十 一 ” 的 交 易额 比 香 港 一 个 月 的零 售 总额 还 要 多 ，
的互连带宽 ，并且 网络协议 复杂 、层次众 多，协议 的转
虚拟 化 迁 移 的 时 间延 迟 为分 钟 级 ， 因费和主要发达 国家相 比还 有
很 大 的 差距 ，未 来 我 国信 息产 业 市 场 的 增 长 空 间 仍 然 非
常 巨大 ” 。
共享程度非常有限 。此外 ，传统 架构中服务器、存储等
换 和 处 理 占用 了 大 量 系 统 资 源 ，使 得 业 务 系统 扩 展 性 受
至 ０ 严重限带 ０ 。
微信 的活跃用户数量 比美国总人 Ｅ ｌ 还 多。这 些庞大的互
联 网 服 务 更 需 要 规 模 庞 大 的数 据 中心 来 支 撑 。 与 此 同 时 ，金 融 、 电 信 等 传 统 行 业 的 信 息 化 需 求 也 持 续 攀 升 。 例 如 ，２ ０ １ ４ 年 底 中 国 银 联 卡 量 约 为４ ０ ｛ ７ ￣ 张 ，电信 用户 超过 １ ０ 亿 ， 智 能 电 表 的 数 量 是 美 国 的 三