服务器硬件优化探讨(四)

[sunshine]

作者：林和安 林育宗

上期笔者主要介绍了DIY服务器CPU的选择，及双核心等一些CPU技术的最新发展。在随后的一年里，Intel将不断推出服务器CPU的新产品，如 Dempsey（双核心Xeon），Paxville，Tulsa和Montvale（双核心Itanium）。虽然目前部分处理器具体技术参数还未正式明朗，不过双核心设计全面化是必然的了。作为服务器DIY一族，我们要时刻留意CPU发展，内存、硬盘等技术和厂商的最新动向，在合适的时机选购性价比高的产品。

内 存（RAM）

一、 DDR内存工作原理

DRAM内存晶片是PC和服务器中使用的主要存储晶片内存的速度越快，计算机的工作就越流畅。目前PC中使用的内存晶片大多数是DDR（double date rate）内存晶片，数据处理速度为每秒钟266Mbps-400Mbps。

下图所示为DDR 内存的结构和工作流程图。DDR内存能在控制时钟触发沿的上、下沿都能进行数据传输，而普通SDRAM内存只在控制时钟的下降沿进行数据传输，因此在一次控制信号过程中，DDR 内存能进行两次数据交换。这也是它相对同样实际频率的普通内存有双倍带宽的原理。

在普通内存中，存储单元(Cell)的数据容量和内存颗粒的位宽是相等的，通常为4bit、8bit或16bit；而在DDR内存中，Cell的容量是内存晶片位元宽的2倍，这就是常说的两位预取，也称为2-bit Prefetch。到了DDR2则进一步扩大为4-bit Prefetch。

二、DDR2和DDR3

随着CPU和主板晶片组的不断发展，DDR内存所能提供的频率和带宽已经捉襟见肘，比DDR速度更快的DDR2内存正逐步取代DDR成为主流配置。英特尔公司已经宣布其未来的所有晶片组将支援DDR2。

DDR2内存具有高数据速率、低功耗以及高密度特点，它的速度和带宽比DDR 内存高很多，1.8V工作电压也使得它比其上一代产品功耗低50%。

目前普及的DDR2数据传输速率为533Mbps，是DDR 266的两倍。除了在原始带宽方面的一些提高外，它还采用了多项新技术以方便系统设计提高系统的性能和功效。DDR2 4位预取架构，作为外部总线每个时钟从存储器单元阵列读/写的数据量是原来的四倍，而且其工作频率比内部总线频率快四倍。利用DDR2的片上端接(ODT)来简化DQ总线设计，以片外驱动器(OCD)校准，修正不同DRAM供应商之间的工艺差异。前置CAS和附加延迟，简化控制器设计以避免指令总线上的冲突。细间距球栅阵列(FBGA)封装，以减小系统尺寸，增加各模块之间的空气流动空间从而提高了热性能和可靠性。

最近三星研制出1066MHz的DDR 3内存，未来可能代替昂贵的DDR 2内存。DDR 3采用0.08微米制程，而DDR 2则是0.09微米。DDR 3内存将工作在1.5V的电压下，耗电量要小于DDR2内存晶片，且其数据处理速度可达1.06Gbps，内存容量达512Mb。

目前，半导体制造商们已经开始从DDR1转向DDR2了，DDR2已开始逐渐成为主流，价格逐渐走低，到今年第二季度末，其价格很有可能将会和DDR1差不多。 据市场预测，DDR3内存晶片将在2007年将成为普及产品。到2009年DDR3晶片将成占市场份额的2/3以上。

三、内存优劣判断技巧

DDR内存条主要由PCB、内存颗粒等组成。内存条的品牌虽多，不过能够生产内存颗粒的还是那么几家大厂。三星(SAMSUNG)、现代(Hynix)、英飞凌(Infi neon)等等。除内存颗粒外，我们还可以从下面几个方面来判断内存条的优劣：金手指、设计、工艺。

金手指 (插脚)：内存的金手指通常有两种制造方法，电镀和化学镀。电镀金手指耐磨度和电气性能较化学镀的金手指好，电镀的薄20微米左右，不过肉眼很难看得出。电镀的金手指在末端会有一个“小辫子”（这是生产工艺造成，电镀必须要各金手指是导通的，电镀完后再分板将导通线切断）。

设计：根据JEDEC规范，DDR400内存条PCB应为6层，其中第2层为接地层，第5层为电源层，其余4层均为信号层。采用6层PCB板，有4层可以走信号线，表面布线比较宽松（同层布线），大面积覆铜设计，能降低EMI（电磁干扰）。不过为了控制成本，一些厂商通常采用折衷的办法，采用四层板，然后使用单面；或者采用六层板，双面都使用。

工艺：内存上颗粒、电阻、电容等如果焊点圆滑饱满富有光泽，那么这根内存所使用的焊锡和焊接工艺是比较好的。

四、DIY内存选择

内存从DDR到DDR2再到DDR3，技术在不断进步，且价格也差异巨大。作为DIY一族，怎样抉择？

大家都知道，CPU获得数据的途径和优先级是L1>L2>内存，CPU在L2缓存中如果没有找到需要的数据，就通过前端总线（FSB）向内存控制器发出请求继而在内存中寻找需要的数据或指令，最终通过前端总线返回给CPU，这样就存在一个内存带宽要和前端总线带宽相匹配的问题。所以选购内存的时候一定要注意频率够用就可以了。比如购买DDR内存，如果CPU是P4 3.2GC配合800Mhz外频双通道主板，那么买DDR 400的内存已经足够，不需要浪费金钱买DDR 466、DDR 500等规格。

DDR2虽然采用了大量新技术，会取代通行的标准DDR，但毕竟推出时间较短，价格昂贵。AMD就在最近宣布，尽管市场将向DDR2标准转移，但今年不准备修改当前的晶片以支援该标准。

综上所述，笔者认为DDR仍是目前服务器记忆体的首选。DDR2取代DDR只是时间问题，但因为价格高于DDR 70-80%且受CPU外频限制，效率提升并不显著，待到双核心CPU普及(双核心天价及高热量是目前的发展局限)后再选不迟。最新的DDR3即将量产，是未来主流。站在DIY的角度，目前服务器最佳配搭性价比推介新至强配DDR400记忆体和华硕 NCCH-DR主板。

硬 盘(Harddisk)

硬盘介面是硬盘与主机系统间的连接部件，作用是在硬盘缓存和主机内存之间传输数据。不同的硬盘介面决定着硬盘与电脑之间的连接速度，在整个服务器系统中，硬盘介面的优劣直接影响着程式运行快慢和系统性能好坏。

一、硬盘介面的“串列”革命

在过去的20年中，并行（Paralle）介面在占据了主导的地位。人们习惯用IDE来称呼最早出现IDE类型硬盘ATA-1，这种并行介面已经被淘汰。随着CPU时钟频率和内存带宽的不断提升，两种主要的并行总线接口技术ATA和SCSI逐渐显现出不足。对于ATA和SCSI技术，由于采用并行总线介面，传输数据和信号的总线是复用的，因此传输速率会受到一定的限制。如果要提高传输的速率，那么传输的数据和信号往往会产生干扰，从而导致错误。

在上述情况下，串列（Serial）总线接口技术就应运而生。串列总线接口技术并不是并行技术的改进，而是一种完全崭新的总线架构。同ATA和SCSI相对应的是SATA（Serial ATA）和SAS（Serial Attached SCSI）两种技术，它们克服了原先并行总线接口技术中的不足。在数据传输的过程中，数据线和信号线独立使用，并且传输的时钟频率保持独立，串列总线的传输速率可以达到并行的30倍。

二、SATA显优势

由于并行ATA的峰值传输速率有限，随着硬盘数据传输速率提高、磁盘转速更快，SATA得到广泛应用。SATA的进步不仅仅在传输性能上，还包括了功耗、安装简便性、线缆、内部散热以及驱动器配置方面带来很多的好处。这些因素可能会比数据传输速率更为重要，尤其是对于那些需要节省时间和金钱的DIY族而言。

相对于并行ATA又短又宽的笨重线缆而言，SATA串列线缆又小又细，并可以延伸至1米，使得在系统上安装设备和布线变得非常容易，采用这种线缆有效的改进了服务器内部散热，使得系统更加稳定。在电压方面，SATA使用两条数据通道分别发送和接收数据，500毫伏的电压就可以运行SATA了，这使得系统功耗有所减少。

在标准的SATA系统中，采用平均4通道的SATA主适配器时平均磁盘访问时间是14.5毫秒。磁盘读取平均最大值是47 mbps，写平均最大值是36.6 mbps。平均高峰传输速率为79.4 mbps（理论值达150 mbps）。

三、 NCQ的秘密

NCQ（Native Command Queuing，原命令队列）是被设计用于改进在日益增加的负荷情况下硬盘的性能和稳定性的技术。当用户的应用程式发送多条指令到用户的硬盘，NCQ硬盘可以优化完成这些指令的顺序，从而降低机械负荷达到提升性能的目的。

其实NCQ是属于SATA 300规范中的一条，它是一项提升硬盘性能的技术，NCQ允许设备重新排列命令，来进行更有效的数据传输。支援NCQ的系统在执行4条指令的情况（A、B、C、D），它并非按照原来指令的顺序执行，而是根据最优化的顺序执行，从演示来看只要1.25周期即可完成。不支援NCQ的系统，它是完全按照A、B、C、D指令发送的顺序执行的，需要2.75个周期才能完成。这个演示只是说明在这种情况下NCQ的优势，并不代表NCQ硬盘的性能就是2.75/1.25＝2.2倍了。

因此在需要处理的任务比较繁重的应用中，比如高性能工作站、网络服务器中，NCQ可以带来更高的性能。当然，在日常的应用中，比如系统启动到文件拷贝，NCQ都能发挥一定的作用。在Seagate公布的PCMark测试数据显示，NCQ可以带来8.8-12.3%的性能提升。

NCQ是专为SATA介面的硬盘设计的，但是用户购买了NCQ硬盘无法立刻从NCQ中受益。用户还需要支援NCQ的主控制器/晶片组才能享受到NCQ所带来的优势。现在的Intel ICH6R已经提供了对于NCQ的支援，因此只要选购采用了这种ICH晶片的主板的用户就具有了支援NCQ硬盘的基本能力。

四、SCSI vs. SATA

SCSI与ATA是硬盘的两大介面类型。长期以来，两者可以说互不侵犯，和睦共处，但如今，并行ATA至SATA的转变让大家刮目相看。尤其是万转SATA硬盘出现，使SATA vs.SCSI的话题再次成为了用户争论的焦点。

是不是SCSI硬盘的可靠性更好呢？其实可靠性是与介面无关的。介面在硬盘上就是一块PCB电路板，而决定产品可靠性的更多的是那些硬盘的其他可更换的组件、如磁头、马达、轴承、伺服系统、磁头臂以及磁盘。使用与SCSI硬盘相同的组件加上ATA介面电路完全可以达到相同的可靠性级别。WD740GD硬盘就可以提供120万小时的平均无故障时间和5年质保。

SCSI硬盘目前的最高转速可达15000rpm，SATA硬盘则是10000rpm，更高的转速可以获得更高的寻址速度，这永远是高转速硬盘的优势。但15000rpm并不是市场的主流，就目前最高采用率的SCSI硬盘而言，仍以10000rpm为主，此时SATA与之相比完全不处劣势。

介面速度方面，SCSI目前最高的水平是320MB/s，SATA是150MB/s。但SCSI总线是共用的，SATA则是点对点的，这就意味着当SCSI通道内的硬盘实际带宽总和超过320MB/s时SCSI总线反而将成为瓶颈。SATA则没有这个问题。举个例子来说，5块SCSI硬盘系统的数据传输率仍然是有限的320MB/s　然而5块SATA的系统则能够达到750MB/s。

SCSI的标记命令队列（TCQ）功能是相对于PATA的绝对优势。而新一代SATA硬盘也将会支援SATA-II标准中的原命令队列（NCQ）技术。

容量与成本方面，这方面显然是SATA占优了。SATA硬盘已经达到400GB，而计划上市的SCSI硬盘只达到300GB的水平。而且SATA硬盘的价格更加便宜。除此之外，SATA硬盘还具备热插拔能力，且介面好的可伸缩性好。

五、DIY硬盘选择

众所周知，在服务器系统中，除了CPU、内存外，对系统性能制约还有硬盘，硬盘对于系统整体性能的提升起到了越来越重要的作用。综合上述各点，笔者推荐DIY族采用西部数据的“猛禽”WD740GD硬盘。

西部数据给WD740GD的官方定位是小型服务器和高性能工作站的首选。“猛禽”的盘体技术其实就是万转的SCSI技术，转速是10000RPM，平均读取速度十分惊人，最高速度达到73.4MB/s，采用SATA介面，因此不需要购买价格不菲的SCSI卡，这样算起来WD740在价格上就比较有优势。

74GB对于单硬盘系统的配置来说确实是非常实用的，或者你可以构建一个RAID 0的方案，那样你就可以获得最大的数据传输率了（当然是以CPU利用率的牺牲为代价的，在采用新双至强时可考虑）。新一代猛禽除了会跟进SATA2和NCQ两项新技术外，还会在一些关键技术上做突破，但上市时间目前不确定。

采用NCQ技术的希捷Barracuda 7200.8硬盘也是不错选择，容量高达400GB，性能可与10000rpm SATA硬盘相媲美，但需考虑主板对NCQ的支援。

希捷公司最新宣布计划推出一种新型的2.5英寸硬盘平台，这种2.5 英寸硬盘产品，将采用当前版本的光纤通道、SCSI以及串列SCSI（SAS）。采用此2.5英寸硬盘比目前3.5寸体积大为减少，耗电降低40%，是未来1U机箱最佳选择。