Types d'équipement de serveur : Vue d'ensemble

Les serveurs constituent l'épine dorsale de l'infrastructure informatique moderne, alimentant aussi bien les sites web des petites entreprises que les énormes plateformes d'informatique en nuage. Si le terme "serveur" évoque souvent l'image d'un simple boîtier physique installé dans un rack de centre de données, il englobe en réalité une grande variété de matériel conçu pour répondre à différentes exigences en matière de performances, d'espace et d'énergie. Vous trouverez ci-dessous une exploration des types d'équipements de serveur les plus courants, y compris les systèmes de serveur complets et les principaux composants de soutien.

1. Facteurs de forme des serveurs physiques

Serveurs en rack

Description : Conçus pour être glissés dans des racks standardisés de 19 pouces (ou, plus rarement, de 23 pouces), les serveurs en rack sont optimisés pour les environnements à haute densité. Chaque serveur mesure généralement entre 1U et 4U de hauteur (où "U" équivaut à 1,75 pouce).

Caractéristiques principales :

• Efficacité de l'espace : Plusieurs unités de rack peuvent être empilées verticalement, ce qui les rend idéales pour les centres de données dont l'espace au sol est limité.
• Facilité d'entretien : L'accès frontal aux disques, aux blocs d'alimentation et aux emplacements d'extension simplifie la maintenance et le remplacement à chaud.
• Évolutivité : Il est facile d'ajouter des serveurs rack en fonction de la demande.

Cas d'utilisation : Centres de données d'entreprise, installations d'hébergement en nuage, clusters de virtualisation.

Serveurs lames

Description : Les serveurs lames sont des unités modulaires ultraminces qui se glissent dans un châssis partagé. Le châssis assure l'alimentation, le refroidissement, la mise en réseau et la gestion, ce qui permet à chaque lame d'omettre un grand nombre de ces composants pour une plus grande densité.

Caractéristiques principales :

• Haute densité : Des dizaines de lames peuvent partager un seul châssis qui n'occupe que quelques unités de rack.
• Gestion centralisée : Ils sont souvent équipés de modules de gestion intégrés pour l'alimentation, le refroidissement et les commutateurs de réseau.
• Réduction du câblage : L'infrastructure partagée à l'intérieur du châssis minimise les câbles externes.

Cas d'utilisation : Environnements nécessitant une densité de calcul massive, tels que les grappes de calcul haute performance (HPC), les grandes fermes de virtualisation ou les back-ends de télécommunications.

Serveurs en tour

Description : Ressemblant à des tours de PC de bureau traditionnelles, ces serveurs autonomes sont conçus pour les bureaux ou les succursales où l'espace rack n'est pas disponible.

Caractéristiques principales :

• Extensibilité : Ils offrent généralement plus de baies de disques internes et d'emplacements d'extension PCIe que les serveurs rack d'un prix similaire.
• Besoins réduits en matière d'infrastructure : Peut fonctionner sur des bureaux standard, sans baies spécialisées ni refroidissement.
• Bruit et taille : Ils ont tendance à être plus grands et plus bruyants que les options de rack ou de lame, ce qui les rend moins adaptés aux environnements sensibles au bruit.

Cas d'utilisation : Petites et moyennes entreprises, bureaux distants ou laboratoires domestiques où un ou deux serveurs suffisent.

Microserveurs

Description : Serveurs ultra-compacts qui privilégient souvent la faible consommation d'énergie à la puissance de traitement brute. Ils peuvent ressembler à de petits PC de bureau ou même à de petites boîtes à pizza.

Caractéristiques principales :

• Efficacité énergétique : Les processeurs à faible consommation et les composants minimaux réduisent la consommation d'énergie.
• Extensibilité limitée : Généralement, une ou deux baies pour disques durs et un minimum d'emplacements PCIe.
• Densité : Peut être très dense - certains modèles permettent de loger des dizaines de microserveurs dans un seul rack.

Cas d'utilisation : Service web léger, informatique de pointe, réseaux de diffusion de contenu (CDN) ou architectures microservices évolutives.

2. Composants internes essentiels

Au-delà des facteurs de forme globaux, certains éléments matériels internes définissent les performances, la fiabilité et l'adéquation d'un serveur à différentes tâches. Ces éléments déterminent souvent la classification et l'utilisation d'un serveur.

Processeurs (CPU)

Types :

• Xeon/EPYC multicœur : Intel Xeon et AMD EPYC sont les deux principales gammes de processeurs pour serveurs, offrant des dizaines de cœurs par socket, 64+ voies PCIe, et de grands caches sur la puce.
• CPU à base d'ARM : Apparues dans les environnements à grande échelle, les puces ARM offrent une grande efficacité énergétique pour les tâches à grande échelle.

Caractéristiques à prendre en compte :

• Nombre de cœurs et vitesse d'horloge : équilibre entre les performances d'un seul fil et le débit de plusieurs fils.
• Puissance thermique de calcul (TDP) : Influence les besoins en refroidissement et la consommation d'énergie.
• Caractéristiques intégrées : Accélérateurs de chiffrement, nombre de canaux de mémoire et extensions de virtualisation.

Mémoire (RAM)

Types :

• Les modules DIMM enregistrés ECC (RDIMM) : La mémoire à code correcteur d'erreur est presque universelle dans les serveurs afin d'éviter la corruption des données.
• DIMM à réduction de charge (LRDIMM) : Ils offrent une plus grande capacité par module, utile pour les charges de travail à forte intensité de mémoire (bases de données, analyses en mémoire).

Principaux indicateurs :

• Capacité : Les serveurs peuvent prendre en charge de quelques gigaoctets à plusieurs téraoctets, en fonction du nombre d'emplacements DIMM et de la taille des modules.
• Vitesse : De la DDR4-2133 MT/s à la DDR5-6400 MT/s, affectant le débit de données.
• Configuration des canaux : Les contrôleurs de mémoire à double canal, à quadruple canal ou à octa-canal améliorent la bande passante.

Sous-systèmes de stockage

Disques durs (HDD) :

• Description : Disques traditionnels à rotation offrant une grande capacité à un coût inférieur par gigaoctet.
• Cas d'utilisation : Stockage à froid en vrac, référentiels de sauvegarde, ou lorsque le débit, et non la latence, domine.

Disques durs à semi-conducteurs (SSD) :

• SSD SATA/SAS : Ils se branchent dans les baies de disques standard et sont généralement limités à 6 Gbps (SATA) ou 12 Gbps (SAS).
• SSD NVMe (PCIe) : Contournement des contrôleurs de stockage hérités, offrant une latence nettement plus faible et des IOPS plus élevés. Disponibles en format U.2, M.2 ou carte d'extension.
• Entreprise vs. grand public : Les disques SSD d'entreprise offrent une meilleure endurance en écriture et une meilleure protection contre les pertes de puissance.

Contrôleurs de stockage et cartes RAID :

• Contrôleurs RAID matériels : Décharger les tâches de parité et de mise en miroir, en proposant des modules de cache sur batterie ou sur mémoire flash.
• Options de stockage défini par logiciel (SDS) : Exploitation des cycles de l'unité centrale et des couches logicielles (par exemple, Ceph, ZFS) pour regrouper les disques.

Stockage en réseau (NAS) et réseaux de stockage (SAN) :

• NAS : Stockage au niveau des fichiers accessible par Ethernet standard (par exemple, NFS, SMB). Souvent mis en œuvre avec des appareils ou des serveurs NAS dédiés.
• SAN : Stockage au niveau du bloc sur Fibre Channel ou iSCSI, généralement à l'aide d'adaptateurs et de commutateurs Fibre Channel dédiés.

Cartes d'interface réseau (NIC)

• Cartes d'interface réseau Ethernet standard : Disponibles en 1GbE, 10GbE, 25GbE, 40GbE et 100GbE ; importantes pour déterminer le débit du réseau et la communication de serveur à serveur.
• SmartNICs (unités de traitement des données) : Décharge les tâches de mise en réseau, de sécurité ou de stockage - idéal pour les centres de données à grande échelle ou les hôtes de virtualisation.
• Adaptateurs de bus hôte Fibre Channel (HBA) : Nécessaires pour les connexions directes aux réseaux de stockage SAN Fibre Channel.

Alimentations et redondance

• Blocs d'alimentation remplaçables à chaud : Les serveurs sont souvent équipés de deux (ou plus) blocs d'alimentation redondants ; si l'un d'eux tombe en panne, l'autre prend la relève sans problème.
• Niveaux de certification 80 PLUS : De Bronze à Titane, indiquant l'efficacité dans des conditions de charge typiques. Une plus grande efficacité permet de réduire les coûts énergétiques et les besoins de refroidissement.
• Unités de distribution d'énergie (PDU) : Unités montées en rack qui distribuent l'alimentation en courant alternatif à plusieurs serveurs, souvent avec des capacités de surveillance à distance.

Solutions de refroidissement

• Refroidissement par air : Ventilateurs haute performance (flux d'air avant-arrière) associés à des dissipateurs thermiques pour les unités centrales et autres composants chauds.
• Refroidissement par liquide : Dans les environnements où le refroidissement par air est insuffisant (par exemple, les serveurs GPU à haute densité), certains centres de données déploient des châssis de serveurs refroidis par liquide ou des échangeurs de chaleur à porte arrière.
• Ventilateurs et conduits du châssis : De nombreux serveurs sont équipés de plusieurs ventilateurs internes afin de maintenir un flux d'air optimal entre les composants. Les conduits canalisent l'air frais de l'avant vers l'arrière, réduisant ainsi les points chauds.

3. Classes de serveurs spécialisés

Serveurs accélérés par le GPU

Description : Équipé d'un ou plusieurs GPU haute performance (par exemple, NVIDIA A100, AMD Instinct) en plus des CPU.

Caractéristiques :

• Des besoins élevés en matière de puissance et de refroidissement : Chaque GPU peut consommer des centaines de watts, ce qui nécessite une infrastructure de refroidissement robuste.
• Allocation de voies PCIe : Nécessite des cartes mères conçues pour prendre en charge plusieurs emplacements x16 à pleine bande passante.

Cas d'utilisation : Formation à l'apprentissage automatique, charges de travail d'inférence, simulations scientifiques, transcodage vidéo.

Serveurs haute densité/hyperconvergés

Description : Combiner le calcul, le stockage et la mise en réseau dans un seul appareil ou nœud, souvent dans le cadre d'une infrastructure hyperconvergée (HCI).

Caractéristiques :

• Pile logicielle intégrée : La virtualisation (par exemple, VMware vSAN, Nutanix Acropolis) permet de regrouper les ressources sur plusieurs nœuds.
• Évolutivité par ajout de nœuds : Augmentez la capacité de stockage et de calcul en ajoutant simplement des nœuds identiques.

Cas d'utilisation : Infrastructure de bureau virtuel (VDI), consolidation des succursales, déploiements de nuages privés.

Serveurs Edge/IoT

Description : Serveurs compacts et robustes conçus pour fonctionner dans des environnements non traditionnels - ateliers d'usine, points de vente, stations de base de télécommunications.

Caractéristiques :

• Tolérance environnementale : Spécifications étendues en matière de température, d'humidité et de chocs/vibrations.
• E/S modulaires : Prise en charge des protocoles industriels (par exemple, Modbus, bus CAN) en plus de l'Ethernet standard.

Cas d'utilisation : Systèmes de contrôle industriel, agrégation de données locales, traitement des passerelles IoT.

4. Équipements auxiliaires et de soutien

Alimentations sans interruption (ASI)

Fonction : Fournir une alimentation temporaire et propre lors d'une panne électrique, afin d'éviter les arrêts brutaux et de permettre des arrêts de serveur gracieux ou des transitions vers des générateurs de secours.

Types :

• ASI de secours (hors ligne) : Maintient les composants critiques sous tension, bascule sur la batterie en cas de défaillance du réseau (temps de transfert court).
• Onduleur interactif en ligne : Régule en permanence la tension ; convient mieux aux zones où la qualité de l'électricité est fluctuante.
• Onduleur à double conversion en ligne : Fournit l'alimentation la plus propre avec un temps de transfert nul ; idéal pour les serveurs très sensibles ou critiques.

Commutateurs KVM (clavier, vidéo, souris)

Objectif : Permettre aux administrateurs de contrôler plusieurs serveurs à partir d'une seule console, réduisant ainsi la nécessité d'avoir des moniteurs et des claviers séparés pour chaque serveur.

Caractéristiques :

• KVM numérique sur IP : permet la gestion à distance via LAN ou WAN.
• Tiroirs KVM locaux : Ils se glissent dans les baies et intègrent un clavier, un écran et un pavé tactile pour l'administration sur site.

Modules de gestion et cartes de télégestion

Contrôleur de gestion de la carte de base (BMC) : Microcontrôleur embarqué fournissant un accès hors bande (IPMI, Redfish) pour surveiller l'état du matériel, allumer/éteindre les serveurs et monter des supports virtuels.

Solutions propriétaires :

• iDRAC (Dell), iLO (HP), IMM (Lenovo) : fonctions de gestion améliorées, mises à jour des microprogrammes et tableaux de bord de surveillance du matériel.

Commutateurs de réseau et matériel d'agrégation

• Commutateurs au sommet du rack (ToR) : Agrégent les connexions des serveurs en rack ; fournissent souvent des ports 10GbE reliés aux commutateurs d'agrégation/de base.
• Architectures feuille-épine : Dans les centres de données modernes, les commutateurs "leaf" se connectent directement aux cartes réseau des serveurs, tandis que les commutateurs "spine" fournissent une connectivité dorsale à large bande passante.

Câblage et gestion des câbles

• Câblage structuré : Comprend CAT6/6A pour 10GbE ou plus ; fibre optique (OM4, OS2) pour 40GbE, 100GbE ou longue distance.
• Chemins de câbles, bras de gestion, bandes Velcro : Maintiennent la circulation de l'air et simplifient le repérage des câbles lors de la maintenance.

5. Tendances et considérations émergentes

Pods modulaires pour centres de données

Racks conteneurisés pré-assemblés contenant des serveurs, le refroidissement et la distribution d'énergie. Ils peuvent être rapidement déployés à la périphérie ou comme capacité temporaire.

Adoption des serveurs à base d'ARM

Des entreprises comme Amazon (instances Graviton), Ampere et Marvell introduisent l'ARM dans les charges de travail des serveurs grand public, promettant de meilleures performances par watt pour certaines applications natives de l'informatique en nuage.

Infrastructure composable

Utilisation de pools "désagrégés" de CPU, de mémoire, de stockage et d'accélérateurs qui peuvent être approvisionnés et reconfigurés par logiciel, sans déplacer physiquement le matériel. Nécessite des structures d'interconnexion spécialisées (par exemple, NVMe over Fabrics).

Co-processeurs d'IA et FPGA

Au-delà des GPU, les réseaux de portes programmables (FPGA) et les accélérateurs d'IA dédiés (tels que le TPU de Google) s'intègrent dans les offres de serveurs pour accélérer les tâches d'inférence avec une latence et une consommation d'énergie moindres.

Matériel écologique/durable

L'accent est davantage mis sur la compatibilité avec les énergies renouvelables, les matériaux recyclés et les taux d'efficacité énergétique plus élevés. Certains fournisseurs publient désormais des estimations de l'"empreinte carbone" de chaque serveur.

Conclusion

Le matériel serveur englobe un écosystème diversifié de facteurs de forme, de composants internes, d'accélérateurs spécialisés et d'équipements de soutien. Qu'il s'agisse d'un serveur lame peu encombrant pour un environnement de clustering à haute densité, d'un microserveur robuste à la périphérie du réseau ou d'un puissant système chargé de GPU pour l'apprentissage automatique, il existe du matériel sur mesure pour répondre à pratiquement toutes les exigences. Des considérations clés, telles que la densité de calcul, l'efficacité énergétique, l'extensibilité et la facilité de gestion, guident le choix de l'équipement serveur et des composants associés. Au fur et à mesure que les technologies évoluent (par exemple, l'adoption d'ARM, l'infrastructure composable, les coprocesseurs d'IA), les offres de serveurs continueront à se diversifier, ce qui permettra aux entreprises d'aligner précisément leurs investissements en matériel avec les demandes de charge de travail et les objectifs de durabilité.