Десять лет революции лезвий

В начале 2000 года компанией RocketLogix было выпущено шасси высотой 3U, в котором упаковывалось 24 сервера на процессорах Transmeta TM5600, оно имело в восемь раз более высокую плотность и в шесть раз меньшее энергопотребление, чем аналогичная сборка из серверов 1U. В следующем году RocketLogix, состоявшая на тот момент всего из 15 человек, совершила настоящую «революцию лезвий» — после выпуска в свет управляющего программного инструментария RLX Control Tower компания RocketLogix, к тому времени переименованная в RLX Technologies, была признана самым успешным стартапом года.

Создание компактного и в то же время экономически оправданного конструктива, образно названного лезвием, радикальным образом изменило подходы к разработке серверов, систем хранения и коммутационного оборудования. Лезвия знаменуют собой переход на следующий уровень интеграции с возможностью собирать самые разнообразные модульные решения по принципу Lego. Удачно найденное инженерное решение позволило мировому рынку лезвий, невзирая на кризисы, расти в среднем на 20% за год; сравним, в 2005-м он составлял чуть менее 5 млрд долл., в минувшему году превысил 10 млрд долл., а в 2013-м, как считают аналитики, наберет еще 5 млрд. По разным показателям на долю HP, лидирующей сегодня на этом рынке, приходится от 40 до 50% (своим положением HP обязана приобретению в 2005 году компании RLX Technologies), 25-30% набирает IBM, а далее следует ряд других известных производителей. Сегодня лезвия стали основой для создания суперкомпьютеров, глобальных центров обработки данных и частных ЦОД — интегрированных стеков для облачных инфраструктур.

RLX Technologies появилась на свет в январе 2001 года из основанной двумя годами раньше компании RocketLogix со штаб-квартирой, расположенной неподалеку от Хьюстона в месте под названием Вудэнд, — не город и не деревня, а так называемая «статистически обособленная местность". На протяжении первых лет существования компанию возглавлял ее основатель и вдохновитель Крис Хипп — автор идеи лезвия, как конструктивного элемента, обладатель нескольких патентов на них. Ему удавалось совмещать два увлечения — создание высокотехнологичного бизнеса и велосипедные гонки, во втором он мог бы стать профессионалом, но помешало первое. Сердечный приступ, случившийся в 2009 году, когда Хиппу не было и 50 лет, не позволил ему продолжать свой путь — как написал его тренер, "он любил скорость, силу и опасность".

За пять лет своего существования RLX выпустила шесть поколений лезвий. ServerBlade 633, представитель первого поколения, стал настоящим "первым блином": стремясь снизить тепловую отдачу, его построили на процессорах Transmeta Crusoe с низким энергопотреблением, применявшихся тогда в отдельных моделях ноутбуков. Это решение оказалось малоэффективным с точки зрения производительности, поэтому вскоре появились серверы второго поколения, ServerBlade 667 на тех же Transmeta Crusoe, но с большим объемом памяти, они имели отдельную сеть управления RLX Control Tower Blade с удаленной консолью. Их производительность оказалась выше на 30%, чем у ServerBlade 633, однако вселявший тогда надежды процессор Transmeta Crusoe их не оправдал, поэтому в следующем, третьем поколении ServerBlade 800i стоял процессор Intel Pentium III с памятью 512-1024 Мбайт и дисками от 20  до 80 Гбайт. Помимо него в номенклатуре RLX появилось лезвие нового типа — управляющего, которое выполняло функцию встроенной шины управления. Лезвия четвертого поколения ServerBlade 1200i отличались процессором Intel Pentium III/1,2 ГГц с кэш-памятью второго уровня на 512 Кбайт, а пятое и шестое поколения были количественным улучшением. Следующим был ServerBlade 2800i, который строился на Intel Xeon/2,8 ГГц с 512-килобайтной кэш-памятью второго уровня, и тогда же RLX Technologies первой выпустила интерфейсные платы Infiniband. Последним поколением под брендом RLX стали лезвия SB6400 на двух процессорах Intel Xeon с тактовой частотой от 2,8 до 3,6 ГГц с интегрированными сетевыми интерфейсами Ethernet, Infiniband и Fibrе Channel, а также с контроллером PCI Express.

О появлении лезвий впервые общественность оказалась широко информирована в связи с их использованием в системах, которые поначалу называли Bladed Beowulf, и самая знаменитая из них — Green Destiny. Такие компьютеры создавались в качестве профессионально выполненной альтернативы популярным на тот момент кластерам Beowulf, собранным по-любительски из доступных ПК или рабочих станций. Естественно, что стеллажи, заставленные системными блоками, не могли обладать хоть какими-то приемлемыми эксплуатационными характеристики. С Bladed Beowulf началась современная история суперкомпьютеров, и сейчас сборка петафлопсных монстров из лезвий стала стандартом. Но на самом деле лезвия были придуманы не для этого, а для работы в условиях ЦОД интернет-провайдеров. Хипп вспоминал, что к изобретению лезвия его стимулировало осознание того, насколько неэффективно в этом качестве применение серверов формата 1U. Проблемы, связанные с выделением и удалением тепла, инфраструктурными сложностями, осознавались многими, но ничего лучше, чем увеличить число процессоров в формате 1U до четырех, в голову не приходило.

Гордон Белл, Ву Чан Фенг, Крис Хипп и кластер Green Destiny из 240 лезвий RLX, установленный в Лос-Аламосской национальной лаборатории.

Хипп писал: "В 1999 году, окончательно осознав, что никто ничего разумного не предложил, я понял, что нужно переосмыслить, что на самом деле происходит и куда пойдет индустрия в следующем десятилетии, что является движущей силой следующей волны. Тогда я пришел к выводу о неизбежности перехода к горизонтальному масштабированию и замены модульными конструкциями монолитных архитектур, которые доминировали на протяжении предшествующего десятилетия. Уже тогда стало ясно, что впереди нас ждут Linux, кластеризация, массовое распространение процессоров архтектуры x86, и если мы хотим создавать эффективные центры обработки данных, то нужно ориентироваться на эти тренды. В применении к веб-серверам это означает создание совершенно нового формфактора, в котором отсечено все лишнее, ненужное для поддержки Web-страниц».

В 2000 замысел Хиппа стал выкристаллизовываться в форме одноплатного бездискового сервера на процессоре Celeron, устанавливаемого в корзину-шасси, и эта идея в основном сохраняется по сей день. Но возникшая в тот момент волна увлечения процессорами Crusoe привела к отказу от продукции Intel, и первое лезвие было собрано на процессоре TM5600. Разработанное шасси высотой 3U вмещало 24 сервера-лезвия, такая конструкция дала восьмикратное увеличение плотности при шестикратном снижении потребления по сравнению с тремя стандартными серверами 1U.

В январе 2001 года впервые прозвучал термин server blade, а для RLX открылось окно на рынке, как казалось, на несколько лет до момента выхода на него крупных компаний. Могучие конкуренты очень быстро подхватили идею лезвий, и в конце 2002 года свои лезвия показали рынку HP, Compaq, Dell и IBM. Самая курьезная история произошла с Sun Microsystems, в 2000 году она купила за 2 млрд долл. Cobalt Networks, разработчика серверных приставок, используемых для реализации различных специализированных интернет-сервисов, а в 2003 году отказалась от производства серверов 1U в пользу лезвий.

В 2001 году, опять же раньше других, RLX осознала потенциал своего изобретения в приложении к высокопроизводительным вычислениям. Тогда был собран кластер MetaBlade или RLX System 324 в двух конфигурациях: с 24 лезвиями ServerBlade 633 и с 24 лезвиями ServerBlade 667. А в 2002 году Национальная лаборатория в Лос-Аламосе представила кластер Green Destiny, собранный из десяти MetaBlade (240 узлов) в рамках общего проекта создания компактных суперкомпьютеров Supercomputing in Small Spaces. Проект Green Destiny еще назывался RADIANT (Research and Development in Advanced Network Technology).

Со стороны Лос-Аламосской лаборатории разработкой руководил ее сотрудник Ву Чан Фенг, и не случайно выбор пал на название Green Destiny ("зеленая судьба") — это был действительно «зеленый» компьютер с потреблением всего 3,2 кВт, но еще так называется знаменитый древний китайский меч с почти трехтысячелетней историей. Благодаря совместным достижениям Ву и Хиппа открылся новый путь к созданию суперкомпьютеров: имея готовые лезвия и другие необходимые комплектующие, оказалось не так уж трудно собрать систему для суперкомпьютерных вычислений (High Performance Computing, HPC). На первую попытку использования лезвий RLX ServerBlade для создания HPC-кластера ушло всего три месяца, а созданный компьютер занимал минимум места, не требовал специальных условий эксплуатации и при этом был весьма надежным. С момента своего запуска и до первой неисправности он проработал непрерывно девять месяцев — недостижимый показатель для классических кластеров Beowulf. На нем успешно решались задачи, связанные с астрофизикой, а также гравитационные задачи, и, хотя Green Destiny не поражал своими показателями, он был воспринят как сенсация: на его торжественное открытие приехали Линус Торвальдс и Гордон Белл. Свои впечатления Белл, разработчик легендарных мини-ЭВМ VAX, высказал в журнале Communications of the ACM в статье Next in High-Performance Computing?, написанной совместно с Джимом Греем, лауреатом Тьюринговской премии, автором ряда компьютерных систем, созданных в DEC, IBM и Tandem. Авторы утверждали, что будущее исключительно за кластерами: «Экономика и социология Beowulf способны уничтожить все остальные архитектурные подходы, и, скорее всего, аналогичным образом они повлияют на традиционные вычислительные центры».

Сегодня серверы-лезвия определяются как такой тип компьютерной инфраструктуры, где сами лезвия, состоящие из одной материнской платы, служат для выполнения какой-то одной законченной функции, связанной с обработкой или хранением данных, а сервисные функции (питание, охлаждение) вынесены в шасси. С 2006 года значительное число производителей объединено в координирующую организацию blade.org, миссия которой заключается в развитии и адаптации технологий к требованиям рынка. Этой организацией по инициативе IBM и Intel была выработана открытая спецификация Blade Open Specifications, позволяющая согласованно разрабатывать общую экосистему для вычислительных лезвий, коммутаторов и систем хранения данных. Второе направление в области стандартизации связано с консолидацией сетей. Пока используется несколько типов сетей: InfiniBand для создания высокопроизводительных кластеров, сети IP для создания конфигураций клиент-сервер, Fibre Channel и iSCSI для сетей хранений. Предполагается, что новая спецификация Data Center Bridging на основе 10 Gigabit Ethernet может стать технологией для консолидации всех трех типов сетей.