伺服器設備類型：概述

伺服器是現代 IT 基礎架構的骨幹，為從小型企業網站到大型雲端運算平台的一切提供動力。雖然「伺服器」一詞常讓人聯想到放置在資料中心機架上的單一實體機箱，但它實際上包含了多種硬體，可滿足不同的效能、空間和能源需求。以下是最常見的伺服器設備類型，包括完整的伺服器系統和主要支援元件。

1.實體伺服器外型尺寸

機架式伺服器

說明： 機架式伺服器專為滑入標準 19 吋機架 (或較少見的 23 吋機架) 而設計，專為高密度環境而最佳化。每台伺服器通常有 1U 到 4U 高 (「U」等於 1.75 英吋)。

主要特性：

• 空間效率：多個機架裝置可垂直堆疊，非常適合空間有限的資料中心。
• 可維修性：可從前端存取的硬碟機、電源供應器和擴充插槽簡化了維護和熱交換的工作。
• 可擴充性：當需求成長時，可以直接增加更多的機架伺服器。

使用個案： 企業資料中心、雲端主機設施、虛擬化群集。

刀鋒伺服器

說明： 刀鋒伺服器是滑入共用機箱的超薄模組化裝置。機箱提供電源、冷卻、網路和管理，讓每個刀鋒伺服器可以省略許多這些元件，以提高密度。

主要特性：

• 高密度：數十個刀片可共用一個機箱，只佔用幾個機架。
• 集中管理：通常配備電源、冷卻和網路交換器的整合式管理模組。
• 減少佈線：機箱內的共用基礎架構可將外部線纜減至最少。

使用個案： 需要大量運算密度的環境 - 例如高效能運算 (HPC) 集群、大型虛擬化群組或電信後端。

塔式伺服器

說明： 這些獨立伺服器與傳統的桌上型電腦塔式機相似，專為無法使用機架空間的辦公室或分支機搆而設計。

主要特性：

• 擴充性：與價格相近的機架式伺服器相比，一般可提供更多的內部硬碟托架和 PCIe 擴充插槽。
• 減少基礎架構需求：可在標準辦公室桌上運作，無需專用機架或冷卻設備。
• 噪音與尺寸：相較於機架或刀鋒選項，它們通常較大且聲音較大，因此不太適合對噪音敏感的環境。

使用個案：中小型企業、遠端辦公室或家庭實驗室，只需一兩台伺服器即可。

微型伺服器

說明：超小型伺服器，通常以低耗能而非原始處理能力為優先考量。它們可能類似小型桌上型 PC 或更小的「披薩盒」外型。

主要特性：

• 能源效率：低瓦數 CPU 與最小化元件可降低耗電量。
• 有限的擴充性：通常只有一或兩個硬碟托架和最少的 PCIe 插槽。
• 密度：可密集安裝 - 有些機型可在單一機架上安裝數十台微型伺服器。

使用個案：輕量級網路服務、邊緣運算、內容遞送網路 (CDN) 或擴充型微服務架構。

2.核心內部元件

除了整體外型因素之外，某些內部硬體元件也決定了伺服器的效能、可靠性以及對不同任務的適用性。這些元件通常會決定伺服器的分類和用途。

處理器 (CPU)

類型：

• 多核心 Xeon/EPYC：Intel Xeon 和 AMD EPYC 是伺服器等級處理器的兩大領導系列，提供每個插槽數十個核心、64+ PCIe 通道和大型晶片快取記憶體。
• 以 ARM 為基礎的 CPU：ARM 晶片在超大規模環境中嶄露頭角，為擴充任務提供高能源效率。

需要考慮的特性：

• 核心數量與時脈速度：平衡單執行緒效能與多執行緒吞吐量。
• 熱設計功率 (TDP)：影響冷卻需求和耗電量。
• 整合功能：加密加速器、記憶體通道數量和虛擬化擴充。

記憶體 (RAM)

類型：

• ECC Registered DIMM (RDIMM)：錯誤修正碼記憶體幾乎普遍用於伺服器設定，以防止資料損毀。
• 負載遞減 DIMM (LRDIMM)：提供更高的單一模組容量，適用於記憶體密集型工作負載 (資料庫、記憶體分析)。

關鍵指標：

• 容量：伺服器可支援數 GB 到多 TB 的容量，視 DIMM 插槽數量和模組大小而定。
• 速度：從 DDR4-2133 MT/s 到 DDR5-6400 MT/s，影響資料吞吐量。
• 通道配置：雙通道、四通道或八通道記憶體控制器可提升頻寬。

儲存子系統

硬碟機 (HDD)：

• 說明：傳統旋轉式磁碟機，以較低的每 GB 成本提供高容量。
• 使用個案：大量冷儲存、備份儲存庫，或在吞吐量（而非延遲）佔優勢的情況下。

固態硬碟機 (SSD)：

• SATA/SAS SSD：插入標準硬碟機托架，上限通常約為 6 Gbps (SATA) 或 12 Gbps (SAS)。
• NVMe (PCIe) SSD：繞過傳統儲存控制器，提供明顯更低的延遲和更高的 IOPS。提供 U.2、M.2 或外接式插卡規格。
• 企業級 vs. 消費者級：企業級固態硬碟機支援更高的寫入耐久性及耗電保護。

儲存控制器與 RAID 卡：

• 硬體 RAID 控制器：卸載同位檢查與鏡射任務，提供電池支援快取或快閃記憶體快取模組。
• 軟體定義儲存 (SDS) 選項：利用 CPU 週期和軟體層 (例如 Ceph、ZFS) 來匯集硬碟機。

網路附加儲存設備 (NAS) 與儲存區域網路 (SAN)：

• NAS：可透過標準乙太網路存取的檔案層級儲存空間 (例如 NFS、SMB)。通常使用專用 NAS 裝置或伺服器實作。
• SAN：透過光纖通道或 iSCSI 的區塊層級儲存，通常使用專用的光纖通道 HBA 和交換器。

網路介面卡 (NIC)

• 標準乙太網路 NIC：提供 1GbE、10GbE、25GbE、40GbE 和 100GbE 的速度；對於決定網路吞吐量和伺服器對伺服器通訊非常重要。
• SmartNIC (資料處理單元)：卸載網路、安全或儲存任務 - 超大規模資料中心或虛擬化主機的理想選擇。
• 光纖通道主機匯流排介面卡 (HBA)：與光纖通道 SAN 直接連線所需。

電源供應器與備援

• 熱抽換式電源供應器：通常伺服器會配備兩個 (或更多) 備援電源供應器；如果其中一個故障，另一個會無縫承擔負載。
• 80 PLUS 認證等級：從銅牌到鈦牌，表示在典型負載條件下的效率。更高的效率可降低能源成本和冷卻需求。
• 電源分配器 (PDU)：機架安裝式裝置，可將 AC 電源分配給多台伺服器，通常具有遠端監控功能。

冷卻解決方案

• 空氣冷卻：高效能風扇 (前後氣流) 搭配 CPU 和其他高溫元件的散熱片。
• 液體冷卻：在空氣冷卻不足的環境中（例如高密度 GPU 伺服器），有些資料中心會部署液冷式伺服器機箱或後門熱交換器。
• 機箱風扇與管道：許多伺服器包含多個內部風扇，以維持元件間的最佳氣流。風道可將冷空氣從前方引導至後方，減少熱點。

3.專用伺服器類別

GPU 加速伺服器

說明：配備一個或多個高效能 GPU（例如 NVIDIA A100、AMD Instinct）與 CPU。

特性：

• 高功率與冷卻需求：每個 GPU 可消耗數百瓦的電力，因此需要強大的冷卻基礎架構。
• PCIe 通道分配：要求主機板的設計能以全頻寬支援多個 x16 插槽。

使用個案：機器學習訓練、推理工作負載、科學模擬、視訊轉碼。

高密度/超融合伺服器

說明：在單一裝置或節點中結合運算、儲存和網路，通常是超融合基礎架構 (HCI) 的一部分。

特性：

• 整合式軟體堆疊：捆綁虛擬化（如 VMware vSAN、Nutanix Acropolis），以跨多個節點匯集資源。
• 透過增加節點來擴充：只需增加相同的節點，即可同時擴充儲存與運算。

使用個案：虛擬桌面基礎架構 (VDI)、分公司整合、私人雲端部署。

邊緣/物聯網伺服器

說明：精巧、堅固耐用的伺服器，專為在非傳統環境 (如工廠樓層、零售店、電信基地台) 中運作而打造。

特性：

• 環境耐受性：延伸的溫度、濕度及震動規格。
• 模組化 I/O：支援工業通訊協定 (例如 Modbus、CAN 匯流排) 與標準乙太網路。

使用個案：工業控制系統、本機資料聚合、物聯網閘道處理。

4.輔助和支援設備

不中斷電源供應器 (UPS)

功能：在停電期間提供臨時、乾淨的電力，防止突然關機，並允許伺服器順利關機或轉換至後備發電機。

類型：

• 備用 (離線) UPS：保持關鍵元件供電，在電網故障時切換至電池（轉換時間短）。
• 線路互動式 UPS：持續調節電壓；更適合電力品質不穩定的地區。
• 線上雙轉換 UPS：提供零轉換時間的最乾淨電源；高度敏感或關鍵任務伺服器的理想選擇。

KVM 切換器（鍵盤、視訊、滑鼠）

目的：允許管理員從單一控制台控制多台伺服器，減少每台伺服器使用獨立顯示器和鍵盤的需要。

功能：

• Digital KVM over IP：可透過 LAN 或 WAN 進行遠端管理。
• 本地 KVM 抽屜式機：滑入機架，提供整合式鍵盤、螢幕及觸控板，方便現場管理。

管理模組與遠端管理卡

底板管理控制器 (BMC)：板上微控制器，提供頻外存取 (IPMI、Redfish)，以監控硬體狀態、開/關伺服器電源，以及掛載虛擬媒體。

專屬解決方案：

• iDRAC (Dell)、iLO (HP)、IMM (Lenovo)：增強的管理功能、韌體更新和硬體監控儀表板。

網路交換器與聚合裝置

• 機架頂端 (ToR) 交換器：從機架伺服器匯聚連線；通常提供 10GbE 連接埠上鏈至匯聚/核心交換器。
• 葉片-骨幹架構：在現代資料中心中，葉式交換器直接連接至伺服器 NIC，而骨幹交換器提供高頻寬骨幹連線。

佈線與電纜管理

• 結構化佈線：包括 CAT6/6A，適用於高達 10 GbE 或更高階；光纖 (OM4、OS2) 適用於 40 GbE、100 GbE 或長距離傳輸。
• 電纜托盤、管理臂、尼龍搭扣帶：在維護期間保持空氣流動，並簡化線纜循環作業。

5.新興趨勢與考慮因素

模組化資料中心機架

預先組裝的集裝箱式機架，內含伺服器、冷卻和配電設備。可在邊緣快速部署或作為臨時容量。

採用 ARM 架構的伺服器

Amazon（Graviton 實例）、Ampere 和 Marvell 等公司正在推動 ARM 進入主流伺服器工作負載 - 為某些雲端原生應用程式提供更好的每瓦效能。

可組合基礎架構

使用 CPU、記憶體、儲存和加速器的「分解」池，可透過軟體進行配置和重新配置，而無需實際移動硬體。需要專門的互連架構 (例如：NVMe over Fabrics)。

AI 協同處理器與 FPGA

除了 GPU 之外，現場可編程閘陣列 (FPGA) 和專用 AI 加速器 (例如 Google 的 TPU) 也整合到伺服器產品中，以更低的延遲和功耗加速推理任務。

綠色/可持續硬體

更加注重可再生能源相容性、回收材料和更高的電源效率等級。有些廠商現在會公佈個別伺服器的「碳足跡」估計。

總結

伺服器設備包含多樣化的生態系統，包括外型尺寸、內部元件、專用加速器和支援裝置。無論您是需要空間有限的刀鋒伺服器來應付高密度的群集環境、在網路邊緣使用堅固耐用的微型伺服器，或是使用強大的 GPU 來進行機器學習，幾乎所有的需求都有量身打造的硬體可以滿足。主要的考慮因素，例如計算密度、電源效率、可擴充性和可管理性，都是選擇伺服器設備和相關元件的準則。隨著技術的演進 (例如 ARM 的採用、可組合基礎架構、AI 協同處理器)，伺服器產品將持續多樣化，讓組織能夠精確地將其硬體投資與工作負載需求和永續發展目標相結合。