أنواع معدات الخوادم: نظرة عامة

تُشكّل الخوادم العمود الفقري للبنية التحتية الحديثة لتكنولوجيا المعلومات، حيث تعمل على تشغيل كل شيء بدءاً من مواقع الويب الخاصة بالشركات الصغيرة إلى منصات الحوسبة السحابية الضخمة. في حين أن مصطلح "الخادم" غالباً ما يستحضر صوراً لصندوق مادي واحد موجود في رف مركز البيانات، إلا أنه في الواقع يشمل مجموعة واسعة من الأجهزة المصممة لتلبية متطلبات الأداء والمساحة والطاقة المختلفة. فيما يلي استكشاف للأنواع الأكثر شيوعًا من معدات الخوادم، بما في ذلك أنظمة الخوادم الكاملة والمكونات الداعمة الرئيسية.

1. عوامل الشكل المادي للخوادم المادية

خوادم الحامل

الوصف: صُممت خوادم الرفوف لتنزلق في رفوف قياسية مقاس 19 بوصة (أو، بشكل أقل شيوعًا، رفوف مقاس 23 بوصة)، وهي مصممة لتناسب البيئات عالية الكثافة. يتراوح طول كل خادم عادةً من 1U إلى 4U (حيث يساوي "U" 1.75 بوصة).

الخصائص الرئيسية:

• كفاءة المساحة: يمكن تكديس وحدات الحامل المتعددة عمودياً، مما يجعلها مثالية لمراكز البيانات ذات المساحة الأرضية المحدودة.
• إمكانية الصيانة: تعمل محركات الأقراص ومصادر الطاقة وفتحات التوسعة التي يمكن الوصول إليها من الأمام على تبسيط الصيانة والتبديل السريع.
• قابلية التوسع: من السهل إضافة المزيد من خوادم الحامل مع تزايد الطلب.

حالات الاستخدام: مراكز بيانات المؤسسات، ومرافق الاستضافة السحابية، ومجموعات المحاكاة الافتراضية.

خوادم الشفرات

الوصف: الخوادم النصلية هي وحدات معيارية فائقة النحافة تنزلق في هيكل مشترك. ويوفر الهيكل الطاقة والتبريد والشبكات والإدارة، مما يسمح لكل شفرة بحذف العديد من هذه المكونات لزيادة الكثافة.

الخصائص الرئيسية:

• كثافة عالية: يمكن أن تتشارك عشرات الشفرات في هيكل واحد يشغل بضع وحدات رفوف فقط.
• إدارة مركزية: غالبًا ما تأتي مع وحدات إدارة متكاملة للطاقة والتبريد ومفاتيح الشبكة.
• تقليل الكابلات: تقلل البنية التحتية المشتركة داخل الهيكل من الكابلات الخارجية.

حالات الاستخدام: البيئات التي تتطلب كثافة حوسبة هائلة - مثل مجموعات الحوسبة عالية الأداء (HPC)، أو مزارع المحاكاة الافتراضية الكبيرة، أو النهايات الخلفية للاتصالات.

الخوادم البرجية

الوصف: صممت هذه الخوادم المستقلة التي تشبه أبراج الكمبيوتر المكتبي التقليدية، وهي مصممة للمكاتب أو المواقع الفرعية التي لا تتوفر فيها مساحة للحامل.

الخصائص الرئيسية:

• قابلية التوسعة: توفر بشكل عام المزيد من فتحات محرك الأقراص الداخلية وفتحات توسعة PCIe مقارنة بالخوادم ذات الأسعار المماثلة.
• انخفاض احتياجات البنية التحتية: يمكن تشغيله على مكاتب المكاتب القياسية دون الحاجة إلى رفوف أو تبريد متخصص.
• الضوضاء والحجم: تميل إلى أن تكون أكبر وأعلى صوتًا من خيارات الحامل أو الشفرة، مما يجعلها أقل ملاءمة للبيئات الحساسة للضوضاء.

حالات الاستخدام: الشركات الصغيرة إلى المتوسطة أو المكاتب البعيدة أو المختبرات المنزلية حيث يكفي خادم واحد أو خادمان.

الخوادم الدقيقة

الوصف: الخوادم فائقة الصغر التي غالبًا ما تعطي الأولوية لاستهلاك الطاقة المنخفض على طاقة المعالجة الأولية. قد تشبه الحواسيب المكتبية الصغيرة أو حتى أصغر حجماً من حواسيب "صندوق البيتزا".

الخصائص الرئيسية:

• كفاءة الطاقة: تقلل وحدات المعالجة المركزية ذات القوة الكهربائية المنخفضة والمكونات القليلة من سحب الطاقة.
• قابلية توسعة محدودة: عادةً ما تكون فتحة محرك أقراص واحدة أو اثنتين فقط وفتحات PCIe محدودة.
• الكثافة: يمكن تعبئتها بكثافة - تسمح بعض الطرز بتعبئة عشرات الخوادم الصغيرة في رف واحد.

حالات الاستخدام: عرض الويب خفيف الوزن، أو الحوسبة الطرفية، أو شبكات توصيل المحتوى (CDNs)، أو بنيات الخدمات المصغرة واسعة النطاق.

2. المكونات الداخلية الأساسية

بالإضافة إلى عوامل الشكل العام، تحدد بعض عناصر الأجهزة الداخلية أداء الخادم وموثوقيته وملاءمته للمهام المختلفة. وغالباً ما تحدد هذه المكونات تصنيف الخادم واستخدامه.

المعالجات (وحدات المعالجة المركزية)

الأنواع:

• Xeon/EPYC متعدد النواة: إنتل Xeon وAMD EPYC هما الخطان الرائدان في مجال المعالجات على مستوى الخوادم، حيث يقدمان عشرات النوى لكل مقبس، وأكثر من 64 مسار PCIe، وذاكرة تخزين مؤقت كبيرة على الرقاقة.
• وحدات المعالجة المركزية القائمة على ARM: توفر رقائق ARM، التي ظهرت في البيئات فائقة النطاق، كفاءة عالية في استهلاك الطاقة للمهام واسعة النطاق.

الخصائص التي يجب مراعاتها:

• عدد النواة وسرعة الساعة: تحقيق التوازن بين الأداء أحادي الخيوط مقابل الإنتاجية متعددة الخيوط.
• طاقة التصميم الحراري (TDP): تؤثر على متطلبات التبريد واستهلاك الطاقة.
• ميزات متكاملة: مسرعات التشفير، وعدد قنوات الذاكرة، وامتدادات المحاكاة الافتراضية.

الذاكرة (RAM)

الأنواع:

• وحدات ذاكرة DIMM المسجلة ECC (RDIMMs): تعد ذاكرة رمز تصحيح الأخطاء المصححة للأخطاء شبه عالمية في إعدادات الخادم لمنع تلف البيانات.
• وحدات DIMMs مخفضة التحميل (LRDIMMs): توفر سعة أعلى لكل وحدة، وهي مفيدة لأحمال العمل كثيفة الذاكرة (قواعد البيانات والتحليلات داخل الذاكرة).

المقاييس الرئيسية:

• السعة: يمكن للخوادم أن تدعم أي مكان من بضعة غيغابايت إلى عدة تيرابايت، اعتمادًا على عدد فتحات وحدات DIMM وأحجام الوحدات.
• السرعة: تتراوح من DDR4-2133 MT/s إلى DDR5-6400 MT/s، مما يؤثر على إنتاجية البيانات.
• تكوين القناة: تعمل وحدات التحكم في الذاكرة ثنائية القناة أو رباعية القنوات أو ثماني القنوات على تحسين عرض النطاق الترددي.

أنظمة التخزين الفرعية

محركات الأقراص الصلبة (HDDs):

• الوصف: محركات أقراص دوارة تقليدية توفر سعة عالية بتكلفة أقل لكل جيجابايت.
• حالات الاستخدام: التخزين البارد بالجملة، أو مستودعات النسخ الاحتياطي، أو حيثما تهيمن الإنتاجية وليس زمن الاستجابة.

محركات الأقراص ذات الحالة الصلبة (SSDs):

• محركات أقراص SATA/SAS SSD: يتم توصيلها بخلجان محركات الأقراص القياسية، وعادةً ما تكون سعتها حوالي 6 جيجابت في الثانية (SATA) أو 12 جيجابت في الثانية (SAS).
• محركات أقراص الحالة الصلبة NVMe (PCIe): تجاوز وحدات تحكم التخزين القديمة، مما يوفر وقت استجابة أقل بكثير و IOPS أعلى. متوفرة في عوامل شكل U.2 أو M.2 أو بطاقة مدمجة.
• المؤسسات مقابل فئة المستهلكين: تدعم محركات أقراص الحالة الصلبة SSD للمؤسسات قدرة أعلى على التحمل عند الكتابة وحماية من فقدان الطاقة.

وحدات تحكم التخزين وبطاقات RAID:

• وحدات تحكم RAID للأجهزة: إلغاء تحميل مهام التكافؤ والنسخ المتطابق، مما يوفر ذاكرة تخزين مؤقت مدعومة بالبطارية أو وحدات تخزين مؤقت قائمة على الفلاش.
• خيارات التخزين المعرّف بالبرمجيات (SDS): الاستفادة من دورات وحدة المعالجة المركزية وطبقات البرامج (مثل Ceph وZFS) لتجميع محركات الأقراص.

التخزين المتصل بالشبكة (NAS) وشبكات منطقة التخزين (SAN):

• NAS: تخزين على مستوى الملفات يمكن الوصول إليه عبر شبكة إيثرنت القياسية (على سبيل المثال، NFS، SMB). غالباً ما يتم تنفيذها باستخدام أجهزة أو خوادم NAS مخصصة.
• SAN: التخزين على مستوى الكتلة عبر القناة الليفية أو iSCSI، وعادةً ما يتم استخدام محولات ومبدلات مخصصة للقناة الليفية.

بطاقات واجهة الشبكة (NICs)

• بطاقات Ethernet NIC القياسية: متوفرة بسرعات 1GbE و10GbE و25GbE و40GbE و100GbE؛ وهي مهمة لتحديد إنتاجية الشبكة والاتصال من خادم إلى خادم.
• SmartNICs (وحدات معالجة البيانات): إلغاء تحميل مهام الشبكات أو الأمان أو التخزين، وهي مثالية لمراكز البيانات فائقة النطاق أو مضيفات المحاكاة الافتراضية.
• محولات ناقل مضيف القناة الليفية (HBAs): ضرورية للاتصالات المباشرة بشبكات SAN ذات القناة الليفية.

مزودات الطاقة والتكرار

• وحدات تزويد طاقة قابلة للتبديل السريع: غالبًا ما تأتي الخوادم مزودة بمزودين (أو أكثر) زائدين عن الحاجة من مصادر الطاقة؛ إذا فشل أحدهما، يتحمل الآخر الحمل بسلاسة.
• مستويات شهادة 80 PLUS: تتراوح من البرونزية إلى التيتانيوم، مما يشير إلى الكفاءة في ظل ظروف التحميل النموذجية. كفاءة أعلى تقلل من تكاليف الطاقة واحتياجات التبريد.
• وحدات توزيع الطاقة (PDUs): وحدات مثبتة على حامل تقوم بتوزيع طاقة التيار المتردد على خوادم متعددة، وغالباً ما تكون مزودة بإمكانيات المراقبة عن بُعد.

حلول التبريد

• تبريد الهواء: مراوح عالية الأداء (تدفق هواء من الأمام إلى الخلف) مقترنة بمشتتات حرارية على وحدات المعالجة المركزية والمكونات الساخنة الأخرى.
• التبريد بالسائل: في البيئات التي يكون فيها التبريد بالهواء غير كافٍ (على سبيل المثال، خوادم وحدات معالجة الرسومات عالية الكثافة)، تقوم بعض مراكز البيانات بنشر هيكل الخادم المبرد بالسوائل أو المبادلات الحرارية ذات الأبواب الخلفية.
• مراوح الهيكل والأنابيب: تتضمن العديد من الخوادم مراوح داخلية متعددة للحفاظ على التدفق الأمثل للهواء عبر المكونات. تعمل القنوات على توجيه الهواء البارد من الأمام إلى الخلف، مما يقلل من النقاط الساخنة.

3. فئات الخوادم المتخصصة

خوادم معجّلة بوحدة معالجة الرسومات

الوصف: مزودة بوحدة أو أكثر من وحدات معالجة رسومات عالية الأداء (على سبيل المثال، NVIDIA A100، وAMD Instinct) إلى جانب وحدات المعالجة المركزية.

الخصائص:

• متطلبات طاقة وتبريد عالية: يمكن أن تستهلك كل وحدة معالجة رسومات مئات الواط، مما يتطلب بنية تحتية قوية للتبريد.
• تخصيص حارة PCIe: يتطلب لوحات أم مصممة لدعم عدة فتحات x16 بنطاق ترددي كامل.

حالات الاستخدام: التدريب على التعلم الآلي، وأعباء عمل الاستدلال، والمحاكاة العلمية، وتحويل ترميز الفيديو.

الخوادم عالية الكثافة/فائقة التقارب

الوصف: الجمع بين الحوسبة والتخزين والشبكات في جهاز واحد أو عقدة واحدة، غالبًا كجزء من بنية تحتية متقاربة (HCI).

الخصائص:

• حزمة برمجيات متكاملة: حزم المحاكاة الافتراضية (مثل VMware vSAN وNutanix Acropolis) لتجميع الموارد عبر عقد متعددة.
• قابلية التوسع بإضافة عقدة: قم بتوسيع نطاق كل من التخزين والحساب ببساطة عن طريق إضافة المزيد من العقد المتماثلة.

حالات الاستخدام: البنية الأساسية الافتراضية لسطح المكتب الافتراضي (VDI)، ودمج المكاتب الفرعية، وعمليات نشر السحابة الخاصة.

خوادم الحافة/خوادم إنترنت الأشياء

الوصف: خوادم مدمجة ومتينة مصممة للعمل في البيئات غير التقليدية - أرضيات المصانع ومنافذ البيع بالتجزئة ومحطات الاتصالات الأساسية.

الخصائص:

• التحمل البيئي: مواصفات درجة الحرارة والرطوبة والصدمات/الاهتزازات الممتدة.
• وحدات الإدخال/الإخراج المعيارية: دعم البروتوكولات الصناعية (مثل Modbus وCan bus) إلى جانب الإيثرنت القياسي.

حالات الاستخدام: أنظمة التحكم الصناعية، وتجميع البيانات المحلية، ومعالجة بوابات إنترنت الأشياء.

4. المعدات المساعدة والداعمة

مزودات الطاقة غير المنقطعة (UPS)

الوظيفة: توفير طاقة مؤقتة ونظيفة أثناء انقطاع التيار الكهربائي، مما يمنع إيقاف التشغيل المفاجئ ويسمح بإيقاف تشغيل الخادم أو الانتقال إلى المولدات الاحتياطية بشكل رشيق.

الأنواع:

• UPS الاحتياطي (غير متصل): يحافظ على تشغيل المكونات الحرجة، ويتحول إلى البطارية عند تعطل الشبكة (وقت نقل قصير).
• UPS تفاعلي على الخط: ينظم الجهد بشكل مستمر؛ أفضل للمناطق ذات جودة الطاقة المتذبذبة.
• يو بي إس مزدوج التحويل عبر الإنترنت: توفر أنظف طاقة بدون وقت تحويل، وهي مثالية للخوادم الحساسة للغاية أو الخوادم ذات المهام الحرجة.

مفاتيح KVM (لوحة المفاتيح، والفيديو، والماوس)

الغرض: السماح للمسؤولين بالتحكم في خوادم متعددة من وحدة تحكم واحدة، مما يقلل من الحاجة إلى شاشات ولوحات مفاتيح منفصلة لكل خادم.

الميزات:

• KVM الرقمي عبر IP: يتيح الإدارة عن بُعد عبر شبكة LAN أو WAN.
• أدراج KVM المحلية: تنزلق في الرفوف وتوفر لوحة مفاتيح وشاشة ولوحة لمس مدمجة للإدارة في الموقع.

وحدات الإدارة وبطاقات الإدارة عن بُعد

وحدة تحكم إدارة اللوحة الأساسية (BMC): وحدة تحكم دقيقة مدمجة توفر وصولاً خارج النطاق (IPMI، Redfish) لمراقبة سلامة الأجهزة، وتشغيل/إيقاف تشغيل الخوادم، وتركيب الوسائط الافتراضية.

الحلول الاحتكارية:

• iDRAC (Dell) و iLO (HP) و IMM (Lenovo): ميزات إدارة محسّنة وتحديثات البرامج الثابتة ولوحات معلومات مراقبة الأجهزة.

محولات الشبكة ومعدات التجميع

• محولات أعلى الحامل (ToR): تجميع الوصلات من خوادم الحامل؛ وغالباً ما توفر منافذ 10 جيجابت إيثرنت موصولة بمفاتيح التجميع/المفاتيح الأساسية.
• بنية العمود الفقري - العمود الفقري: في مراكز البيانات الحديثة، تتصل المحولات الورقية في مراكز البيانات الحديثة مباشرةً بمراكز NIC للخوادم، بينما توفر المحولات العمودية اتصالاً عمودًا فقريًا ذا نطاق ترددي عالٍ.

إدارة الكابلات والكابلات

• الكابلات الهيكلية: تشمل CAT6/6A لما يصل إلى 10 جيجابت إيثرنت أو أعلى؛ والألياف البصرية (OM4 أو OS2) لـ 40 جيجابت إيثرنت أو 100 جيجابت إيثرنت أو المسافات الطويلة.
• صواني الكابلات وأذرع الإدارة وأشرطة الفيلكرو: الحفاظ على تدفق الهواء وتبسيط تتبع الكابلات أثناء الصيانة.

5. الاتجاهات والاعتبارات الناشئة

حجرة مركز البيانات المعيارية

رفوف مجمّعة مسبقاً في حاويات تحتوي على خوادم وتبريد وتوزيع طاقة. يمكن نشرها بسرعة على الحافة أو كسعة مؤقتة.

اعتماد الخوادم القائمة على ARM

تعمل شركات مثل Amazon (مثيلات Graviton) وAmpere وMarvell على دفع ARM إلى أعباء عمل الخوادم السائدة - مما يعد بأداء أفضل لكل واط لبعض التطبيقات السحابية الأصلية.

بنية تحتية قابلة للتركيب

استخدام مجمعات "مفصّلة" من وحدات المعالجة المركزية والذاكرة والتخزين والمسرعات التي يمكن توفيرها وإعادة تكوينها عبر البرامج، دون نقل الأجهزة فعليًا. يتطلب أنسجة ربط بينية متخصصة (على سبيل المثال، NVMe عبر الأقمشة).

المعالجات المشتركة للذكاء الاصطناعي و FPGAs

بالإضافة إلى وحدات معالجة الرسومات، يتم دمج مصفوفات البوابات القابلة للبرمجة الميدانية (FPGAs) ومسرعات الذكاء الاصطناعي المخصصة (مثل وحدة معالجة الرسوميات من Google) في عروض الخوادم لتسريع مهام الاستدلال مع تقليل زمن الاستجابة وسحب الطاقة.

الأجهزة الخضراء/المستدامة

زيادة التركيز على التوافق مع الطاقة المتجددة، والمواد المعاد تدويرها، وارتفاع معدلات كفاءة الطاقة. ينشر بعض البائعين الآن تقديرات "البصمة الكربونية" للخوادم الفردية.

الخاتمة

تشتمل معدات الخوادم على نظام بيئي متنوع من عوامل الشكل والمكونات الداخلية والمسرعات المتخصصة ومعدات الدعم. سواء أكنت بحاجة إلى خادم نصل موفر للمساحة لبيئة تجميع عالية الكثافة، أو خادم صغير متين على حافة الشبكة، أو جهاز قوي مزود بوحدة معالجة رسومات قوية للتعلم الآلي، فهناك أجهزة مصممة خصيصًا لتناسب كل المتطلبات تقريبًا. توجه الاعتبارات الرئيسية - مثل كثافة الحوسبة وكفاءة الطاقة وقابلية التوسعة وقابلية الإدارة - اختيار معدات الخادم والمكونات المرتبطة بها. مع تطور التقنيات (على سبيل المثال، اعتماد ARM، والبنية التحتية القابلة للتركيب، والمعالجات المشتركة للذكاء الاصطناعي)، ستستمر عروض الخوادم في التنويع، مما يسمح للمؤسسات بمواءمة استثماراتها في الأجهزة بدقة مع متطلبات عبء العمل وأهداف الاستدامة.