ПК vs Сервер: сравниваем

В этой статье мы разберем основные различия между серверами и обычными компьютерами
ПК vs Сервер: сравниваем

Предназначение

ПК – персональный компьютер для личного использования. Технически любой смартфон, планшет и умные часы также относятся к ПК, однако в представлении большинства людей образ компьютера закрепился за десктопами и ноутбуками. Предназначение персонального компьютера – решение задач отдельного пользователя: инструмент для вычислений, доступ в интернет, мультимедиа, игры, рабочая станция (workstation). Таким образом, характеристики варьируются от персональных нужд пользователя. Не имеет смысла устанавливать в ПК мощный 12-ядерный процессор с возможностью разгона до 5 ГГц, чтобы работать в Word. Для этих задач подойдет простой двухъядерный процессор, а оставшиеся деньги разумнее потратить на хороший жёсткий диск, чтобы компьютер и установленные программы запускались быстрее.

Сервер – это отдельный физический компьютер, спроектированный для выполнения тяжелых специализированных задач с минимальным вмешательством человека и максимальной отказоустойчивостью.

Зачем нужен сервер?

  • Решение специализированных задач: анализ и планирование торговых операций, автоматизация управленческого учета, разделение доступа к данным, хранение баз 1С и т.д.;

  • Запуск приложений, которые имеют повышенные требования к ресурсам, например: сложное 3D-моделирование в BIM (Building Information Modeling), виртуализация, платформа для веб-сервера крупного интернет-магазина и т.д.;

  • Запуск приложений, которые не могут выполняться на одном компьютере (например, две конфликтующие версии одной программы).

Во многих крупных компаниях есть серверная. В ней 24/7 работает один или несколько физических серверов. А ПК, напротив, в конце рабочего дня выключают. Это связано с тем, что не все бизнес-процессы останавливаются в течение недели. Например, почта должна работать ночью и на выходных. Поэтому серверы выключаются только в случаях, когда необходим ремонт или модернизация.

Сервер, в первую очередь, это сетевой компьютер, задача которого состоит в распределении ресурсов для обычных компьютеров в своей сети. Если сеть небольшая, то сервером может быть и обычный ПК. Здесь между компьютерами нет разницы, зато в софте есть – на сервере используется серверный вариант операционной системы, а также дополнительные службы и программы, которые тоже называют серверами: почтовыми, web, DHCP и т.д. С ростом сети мощь сервера должна пропорционально увеличиваться, и именно поэтому приходится искать магазины, торгующие серверным оборудованием. А оно понадобится обязательно:

  • У серверов размеры материнских плат значительно больше за счет избытка подключаемых интерфейсов и числа процессоров.

  • Большее количество блоков питания. Часто используются 2-3 блока питания с горячей заменой.

  • Скоростное сетевое оборудование. Именно у серверов проложены самые быстрые кабели и прочие интерфейсы.

Жесткие диски, память. Серверные программы очень прожорливы в плане потребления ресурсов, поэтому дисковая память здесь измеряется десятками и сотнями терабайтов, а оперативная – 32-128 и более гигабайтов. Причем для серверов оперативная память выпускается с контролем ошибок – ECC, и для ПК она непригодна.

В общем, аппетиты сервера растут в зависимости от многих факторов. Цена за сервер увеличивается гораздо быстрее, поэтому часто серверы не покупают, а арендуют. Тем более, что не каждое предприятие может позволить себе содержать профессиональные кадры для его настройки и круглосуточного сопровождения, а также содержание специального помещения – серверной, где должен быть обеспечен идеальный микроклимат для оборудования.

Материнская плата

Материнские платы серверного сегмента отличаются формфактором, для того чтобы подходить под специфические корпуса и наличием возможности быстрой замены комплектующих. Большинство производителей серверного оборудования делают специфические материнские платы под конкретные корпуса, для оптимизации занимаемого пространства и обдува компонентов.

Также на многие серверных материнских платах установлены модули удаленного управления питанием, консоли и т.п. И конечно же на них не будет встроенного аудио 7.1 и ориентации на игры.

Процессоры

Серверные процессоры являются практически точными копиями своих десктопных аналогов. При производстве серверных процессоров используются те же технологии и оборудование что и для десктопных. Очень часто можно получить процессор с маркировкой Xeon, который является точной копией Core, но в 1.5-2 раза дороже. Секрет прост: При производстве Xeon ведется более строгий контроль качества, больше продукции уходит в брак. Отсюда и такая цена.

В чем разница между Xeon и i7? Давайте разберем несколько плюсов каждого семейства процессоров.

Процессоры Intel Core i9/i7/i5

  • Разгон. Разблокированные процессоры i5, i7 и i9 предназначены для разгона, что означает, что они могут работать на более высоких тактовых частотах, чем те, на которые они рассчитаны, при условии правильного напряжения и настроек BIOS. Это равносильно свободной власти и большей ценности, особенность, которой нет у Xeons.

  • ГГц за доллар - За чистую гигагерцовую скорость за деньги LGA2011 (X299) и 1151 (Z390) i7 каждый раз выходят на первое место, что делает их лучшим выбором для однопоточных приложений. Например, 8-ядерный i7-9700k с тактовой частотой 3,6 / 4,9 ГГц продается по цене около 300 долларов. Сравнимый четырехъядерный Xeon, работающий на этой тактовой частоте, будет стоить примерно на 50-100 долларов больше.

  • Встроенная графика. Все процессоры Core i7 и i5 поставляются с встроенной графикой, что означает, что дискретная видеокарта не требуется для отображения видео, тогда как ПК на базе процессоров Xeon не могут быть сконфигурированы без дискретного видео.

Процессор Intel Xeon

  • Кэш-память третьего уровня - кэш-память ЦП подобна небольшим пакетам памяти, которые процессор поддерживает рядом для ускорения определенных приложений. Большинство процессоров Xeon имеют 15-30 МБ кэш-памяти третьего уровня в зависимости от модели, что почти вдвое превышает аналогичные показатели i7, хотя этот разрыв, похоже, сокращается с каждой новой архитектурой i7. Этот дополнительный кеш - одна из причин, почему Xeon намного быстрее в приложениях для рабочих станций с высокими требованиями, чем i7.

  • Поддержка ОЗУ ECC - ОЗУ с проверкой и исправлением ошибок (ECC) обнаруживает и исправляет наиболее распространенное повреждение данных до его возникновения, устраняя причину многих сбоев системы и переводя на более стабильную общую производительность. Только процессоры Xeon поддерживают ECC RAM.

  • Больше ядер, многоядерный процессор - если вашим приложениям требуется как можно больше ядер процессора, Xeon - это то, что вам нужно. Новые масштабируемые процессоры Xeon максимально работают с 24 ядрами (48 после Hyperthreading), в то время как даже у i9-9980XE - 18. Многопроцессорные конфигурации также возможны только с Xeon.

  • Срок службы (под большой нагрузкой) - процессоры Xeon способны работать с более тяжелыми и интенсивными нагрузками изо дня в день. Для серьезного пользователя рабочей станции это может привести к увеличению срока службы по сравнению с аналогами i7.

  • Hyperthreading по более низкой цене. Большинство преимуществ процессоров Xeon предоставляются пользователям в более высоком ценовом диапазоне. Поскольку все Xeon поставляются с Hyperthreading - по сути, удваивающим ядра ЦП за счет создания виртуальных ядер.

Оперативная память

Отличие обычной оперативной памяти от серверной - В первую очередь такая оперативка предназначена для бизнеса и профессиональных задач, где критически важна работа с данными и точностью их обработки и передачи.

По сравнению с обычной, ОЗУ ECC имеет очевидные преимущества. Из-за встроенных возможностей для исправления ошибок, системы с ОЗУ ECC имеют намного меньше отказов, чем с памятью без коррекции ошибок. На практике это означает меньшую потерю данных, меньшее количество сбоев и больше времени безотказной работы.

Однако из-за дополнительной обработки, требуемой для чипов, ECC может оказать небольшое влияние на производительность. Это вряд ли является серьезной проблемой, когда пользователи уделяют первостепенное внимание минимизации ошибок и максимальному времени бесперебойной работы, которые обеспечивает ECC RAM, даже если она действительно имеет незначительный проигрыш в производительности.

Еще одна очевидная разница между памятью с ECC и без нее — это цена. Благодаря своим расширенным функциям память с коррекцией ошибок стоит дороже, чем обычная и поддерживается только на специализированных (дорогостоящих) материнских платах и ​​высокопроизводительных серверных процессорах, таких как Intel Xeon и т.п. В обычную материнку вставить ее можно, но она там не заработает.

ECC (Error-Correcting Code) - позволяет исправлять некоторые ошибки в процессе работы оперативной памяти. В том числе, случайные неточности, то есть те, которые могут возникать под воздействием электромагнитных помех или высокоэнергетических элементарных частиц.

Применение технологии ECC необходимо для обнаружения и если это возможно, то исправления подобных проблем. Память, не имеющая поддержки коррекции ошибок, обозначается non-ECC.

ECC модуль имеет дополнительные микросхемы, по одной на каждые 8 чипов. То есть, при одностороннем дизайне модуля, будет задействовано 9 чипов вместо привычных 8. А при двустороннем — 18 вместо 16. В дополнительных чипах лежат контрольные суммы машинных слов, хранящихся в памяти.

ОЗУ с ECC предотвращает однобитовые ошибки, обнаруживая и исправляя их, гарантируя, что данные будут должным образом сохранены.

Регистровая память (REG) - Регистр выполняет роль буфера между микросхемами памяти на модуле и контроллером ОЗУ. Это необходимо для снятия электрической нагрузки с контроллера, что позволяет установить большое количество модулей.

Наличие регистров уменьшает электрическую нагрузку на контроллер памяти, что позволяет устанавливать большее количество модулей памяти на один канал. Таким образом, обеспечение максимального объема памяти, поддерживаемого современными процессорами, возможно только при использовании регистровой памяти

Вся регистровая оперативная память в обязательном порядке поддерживает технологию ECC. Такие модули обычно имеют маркировку ECC REG. Отличие памяти с ECC от регистровой, заключается только в отсутствии микросхемы регистра и компоновке чипов памяти на планке.

SSD/HDD накопители

Жесткий диск (HDD) - состоит из круглого диска, на котором установлена система и записаны ваши файлы. Диск вращается, рычаг чтения-записи двигается по нему и считывает или записывает информацию. Чем быстрее вращается диск, тем быстрее работает ПК — быстрее загружается система, открываются приложения, записываются и считываются файлы.

Из-за быстрого вращения жесткий диск шумит и вибрирует, но на фоне остальных звуков ПК это не так заметно. Еще жесткий диск массивнее, чем твердотельный. Он чувствителен к вибрациям и ударам. В целом, запись на жесткий диск — это более старая технология: поэтому жесткие диски дешевле твердотельных в соотношении «цена за гигабайт».

Отличие между дисками для серверов и для ПК:

Для обычных персональных компьютеров, нетбуков, ноутбуков жесткий диск нужен для запуска и работы ОС, различных приложений, включая игры и прочее. Такие изделия обычно применяются ежедневно и всего на пару часов. От корпоративных моделей же ожидается, что они будут работать без перерыва. Такие изделия не только выполняют задачи операционной системы хранения и локально приложений, но и регулярно поддерживают запросы потребителя.

Более быстрый доступ к информации и ее поиск осуществляют диски уровня Enterprise. Это стало возможным благодаря особому внутреннему механизму. Такие изделия отвечают всем требованиям: надежность, моментальный отклик, высочайшая производительность. Всего выделяют 4 основных видов жестких дисков:

  • SAS Near Line и Enterprise;

  • обычные SATA и Enterprise, где имеется поддержка команд RAID-контроллера.

SATA хорошо выбирать для создания объемных хранилищ, где нет необходимости в максимальной производительности. В ином случае лучше выбирать SAS диски. Они обеспечивают полнодуплексный обмен данными, но для их подключения требуется наличие соответствующего контроллера. Здесь следует знать, что обычные SATA для ПК не предназначены для использования на серверах, и это объясняется рядом причин:

  • невысокая стойкость к вибрациям;

  • нет поддержки команд RAID-контроллеров;

  • высокий уровень невосстанавливаемых ошибок.

Цена на модели SATA существенно ниже, чем на SAS, и их можно использовать под обычные задачи, где высокая производительность не требуется. Если же важно сохранить скорость доступа к информации, то специалисты рекомендуют обращать внимание именно серверные модели.

Твердотельный накопитель (SSD) — это более новая технология. Здесь нет движущихся частей: информация записывается на микросхемы памяти NAND (Negative-AND). Чем больше микросхем, тем больше емкость диска.

Главное преимущество SSD в том, что твердотельный диск заметно ускоряет работу ПК. Замена старого жесткого диска на новый SSD — это один из самых простых и бюджетных способов апгрейда. Твердотельные диски по габаритам меньше жестких, поэтому часто используются в ноутбуках. Еще твердотельный диск не так чувствителен к вибрациям и ударам.

У SSD важен такой фактор, как тип памяти — MLC, TLC или QLC. Память MLC быстрее и долговечнее, но дороже. TLC, соответственно, медленнее и выдерживает меньше циклов перезаписи, хотя средний пользователь вряд ли заметит разницу. Самый доступный, но и самый медленный тип памяти — QLC.

Отличие между SSD для ПК и для серверов:

Клиентский SSD устанавливаемый в настольный ПК или ноутбук предполагает обслуживание одного пользователя, и даже если одновременно запущены несколько приложений, то нагрузка на SSD будет периодической, а в основном диск будет простаивать. И если на запрос пользователя ответ от SDD придет с секундной задержкой, то это либо просто не будет заметно, либо это не критично.

Серверы и СХД предназначены для одновременного обслуживания множества пользователей, поэтому даже небольшая задержка ответа на запрос от серверного SSD сделает работу с сервером как минимум затрудненной, а для сотен пользователей даже неприемлемой. Ниже на Картинке 1 показаны графики производительности SSD в IOPs (операции ввода вывода в секунду) при произвольном чтении 4 Кбайт блоков данных с различной глубиной очереди запросов QD равной 2, 4, 8, и 16. Слева график для клиентского SSD, а справа для серверного.

Кэширование в SSD - Малое количество каналов и подканалов у клиентских SSD до некоторой степени компенсируется кэшированием, но пробовали ли вы записать на такой диск файл объем 8 - 16 ГБ? Если, да, то вы не могли не заметить, что после записи некоторого объема данных происходит резкое (в несколько раз) падение производительности, и до окончания записи файла диск удручающе медлителен. Это деградация происходит после наполнения небольшого по объему кэша SSD, а затем уже производительность определяется количеством каналов контроллера диска, которое у клиентских дисков малό.

Для большей эффективности, кэширование в SSD организуется в два уровня:

  • небольшой по объему (мегабайты), но очень быстрый кэш на энергозависимой памяти DRAM;

  • больший по объему (гигабайты) кэш на износостойкой, быстрой одноуровневой памяти SLC NAND.

Клиентские SSD могут совсем не иметь DRAM кэша, а объем SLC кэша у них обычно не превышает 8 ГБ. Для удешевления потребительских дисков нередко применяется псевдо SLC кэш – недорогие чипы многоуровневой TLC NAND со специальным программным обеспечением для ускорения работы, что разумеется дает меньшую производительность и время жизни диска.

SLC кэш бывает статический и динамический (DSLC). Объем статического кэша зависит от объема SSD и составляет около 1%, но, как правило, не превышает 8 ГБ. Например, для SSD объемом 480 ГБ статический SLC кэш составляет 4 ГБ. Статический SLC кэш от пользователя скрыт, работа с этой областью диска для пользователя невозможна.

В серверных SSD обычно применяют DSLC объемом до 24 ГБ. Если диск заполняется на 70%, то область динамического SLC кэша становится доступной для данных пользователя, но кэширование при этом будет прекращено.

Стоит отметить, что алгоритмы кэширования (какие именно данные и когда будут помещены в кэш) производители дисков не раскрывают - эффективность кэширования «горячих» данных может сильно зависеть от приложений и типов нагрузки на SSD.

Разумеется, клиентские SSD дешевле серверных за счет меньшего объема кэша и упрощенной организации кэширования.

Защита кэша SSD от сбоев электропитания - Для значительного ускорения работы SSD в его быстрой энергозависимой памяти DRAM кэшируются таблицы (MAP mapping tables) с адресами размещения блоков и блоков их контрольных сумм ECC данных диска.

Если во время работы в SSD количество изменений не превышает 10% от объема диска, то блоки файлов на диске не перемещаются, а лишь меняется их адресация в таблице MAP. Реальную перезапись блоков данных производит только операция «уборки мусора» - garbage collection.

При отключении электропитания все данные из DRAM будут потеряны, причем потеря изменений в таблицах с адресами размещения блоков может привести к полной потере данных SSD.

Защита DRAM кэша реализуется с помощью суперконденсаторов, которые за счет очень большой собственной емкости способны обеспечить электропитание внутри SSD в течение нескольких секунд после пропадания внешнего питания. Этого времени достаточно, чтобы переписать данные из DRAM кэша в энергонезависимые чипы NAND и сохранить целостность данных SSD.

В отличии от клиентских, для серверных SSD защита от сбоя электропитания является важным и необходимым компонентом, что и удорожает корпоративные твердотельные диски.

RAID контроллер

RAID контроллер — это плата или чип, расположенный между операционной системой и накопителями, обычно жесткими дисками, управляющая массивом RAID. Массив RAID — это группа дисков, которые вместе действуют как единая система хранения. RAID — это метод повышения производительности и надежности, позволяющий хранить одни и те же данные в разных местах на нескольких жестких дисках. Контроллеры RAID содержат в себе инструкции или протоколы для выполнения этой задачи и управляют ими.

Конфигурации RAID-контроллеров

Контроллеры RAID доступны в двух основных конфигурациях: в виде шин или плат контроллера и внешних периферийных устройств. Аппаратный RAID на основе шины или платы контроллера — это обычный тип аппаратного RAID, который чаще всего используется для систем начального уровня. Эта специализированная карта RAID-контроллера (компьютерная плата) устанавливается в ПК или сервер, и к ней подключаются диски массива. По сути, он заменяет хост-адаптер SCSI или контроллер IDE / ATA, который обычно используется для взаимодействия между системой и жесткими дисками; он взаимодействует с дисками, используя SCSI или IDE / ATA, и отправляет данные остальной части ПК по системной шине (обычно PCI). Эти устройства часто называют контроллерами SCSI Raid, контроллерами RAID хоста SCSI или контроллерами PCI RAID. Некоторые материнские платы, особенно предназначенные для серверных систем, поставляются с некоторым вариантом встроенного драйвера контроллера RAID. Они встроены в материнскую плату, но работают точно так же, как дополнительная плата на базе шины. Единственное отличие состоит в том, что встроенные контроллеры могут снизить общую стоимость.

Внешние RAID-контроллеры

Внешние RAID-контроллеры представляют собой автономные устройства блочного типа для использования с системами проектирования более высокого уровня. В этом случае RAID контроллер полностью выносится из системы в отдельный ящик. В отличие от плат контроллера RAID, они не монтируются в корпусе для плат или на материнской плате. Внутри коробки RAID-контроллер управляет дисками в массиве, обычно используя SCSI, а затем представляет логические диски массива через стандартный интерфейс (опять же, как правило, вариант SCSI) серверу, использующему массив. Сервер видит массив или массивы как один или несколько очень быстрых жестких дисков; RAID полностью скрыт от машины. По сути, одно из этих устройств действительно представляет собой целый компьютер с выделенным процессором, который управляет массивом RAID и действует как канал между сервером и массивом.

RAID может быть аппаратным или программным

Аппаратный RAID находится на плате контроллера PCI-X или PCIe или на интегрированной материнской плате. RAID-on-Chip (ROC).

  • Основное преимущество: разгружает задачи RAID с хост-системы, повышая производительность. чем программный RAID. Карты контроллера можно легко заменить для замены и обновления. Можно создать резервную копию данных, чтобы предотвратить потерю в случае сбоя питания.

  • Основной недостаток: дороже программного RAID.

Программный RAID полностью работает на центральном процессоре системы главного компьютера.

  • Основное преимущество: более низкая стоимость из-за отсутствия оборудования для RAID.

  • Основной недостаток: более низкая производительность RAID. Нет резервной копии данных

Преимущества RAID-контроллеров

  • Архитектура контроллера аппаратного дороже, чем программный RAID-массив, но увеличивает производительность системы и не подвержена ошибкам загрузки.

  • Кэш-память. RAID на основе контроллера обычно предоставляет дополнительную кэш-память, которая ускоряет операции RAID.

  • Выделенная обработка. Системы на основе контроллеров независимо от ОС управляют конфигурацией RAID. А так как RAID-контроллер не требует вычислительной мощности диска, емкость и скорость выигрывают по сравнению с программным RAID.

  • Отсутствие ошибок загрузки. А поскольку программный RAID-массив находится в ОС, он подвержен ошибкам загрузки, которые могут поставить под угрозу весь массив. Ошибки загрузки не повлияют на контроллеры RAID.

Блоки питания

Блок питания – это электронное устройство, формирующее напряжение, необходимое определенному компоненту ПК, из напряжения электрической сети. На территории России блок питания преобразует переменный ток от электросети 220В и частотой 50Гц в несколько низких значений постоянного тока: 3,3В; 5В; 12В и т.д.

Отличие между обычным БП и серверным: Главное отличие — в специфике работы. Дело в том, что серверные БП предназначены на бесперебойное функционирование в режиме 24/7. А вот к классическим блокам питания, предназначенным для стандартных офисных и домашних компьютеров, такие требования не предъявляются.

Кроме этого, есть еще один нюанс, хотя он тоже связан с требованием к бесперебойной работе сервера. Даже супернадежный блок питания может выйти из строя, но чем дольше простаивает сервер, тем больше теряются данные и, конечно, деньги компании. Отсюда вытекает еще одно отличие блоков питания: в отличие от компьютерного, серверный БП должен поддерживать горячую замену. Так неисправный блок можно поменять, не отключая от питания весь сервер.

Система управления сервером

IPMI - Аббревиатура IPMI расшифровывается как Intelligent Platform Management Interface (интеллектуальный интерфейс управления платформой). Через IPMI можно удаленно подключиться к серверу и управлять его работой:

  • Проводить мониторинг физического состояния оборудования, например, проверять температуру отдельных составляющих системы, уровни напряжения, скорость вращения вентиляторов

  • Восстанавливать работоспособность сервера в автоматическом или ручном режиме (удаленная перезагрузка системы, включение/выключение питания, загрузка ISO-образов и обновление программного обеспечения)

  • Управлять периферийными устройствами

  • Вести журнал событий и хранить информацию об используемом оборудовании

IPMI хорош тем, что перечисленные выше функции доступны вне зависимости от работы процессора, BIOS или операционной системы (ОС) управляемой платформы. Например, можно удаленно перезагрузить сервер, если зависла ОС, или поискать причину выхода из строя CPU в журнале системных событий. Управлять можно даже выключенным сервером ― достаточно того, что сервер подключен к электрической сети.

Спецификация IPMI стандартизирует интерфейс общения, а не конкретную реализацию в «железе», поэтому IPMI не требует использования специальных запатентованных устройств и определенных микроконтроллеров. Производители, придерживаясь спецификаций, разрабатывают собственное оборудование IPMI, встроенное в серверные платформы:

  • Cisco - Cisco IMC (Integrated Management Controller)

  • DELL - iDRAC (Integrated Dell Remote Access Card)

  • HP - iLO (Integrated Lights-Out)

  • IBM - IMM (Integrated Management Module)

  • Lenovo - IMM (Integrated Management Module)

  • Supermicro - SIM (Supermicro Intelligent Management)

Решения производителей отличаются между собой:

  • Наглядностью информации о состоянии оборудования

  • Уникальным набором приложений для восстановления работоспособности сервера, если отказали какие-либо комплектующие

  • Возможностью собирать статистику по всем комплектующим сервера, в том числе подключенным через карты расширения PCI, NVM и т.д.

  • Использование технологии не только в серверном оборудовании, но и с обычными компьютерами через платы расширения PCI-Express.

IPMI ― это полностью автономный компонент серверной платформы, который не зависит ни от операционной системы, ни от BIOS, ни от CPU сервера.

Благодаря IPMI, затраты на обслуживание серверных систем сокращаются, а жизнь системных администраторов становится проще. Нет необходимости постоянного присутствия рядом с оборудованием ― его работа контролируется удаленно по сети.

Онлайн консультант