خادم Blade

خادم الشفرة هو حاسوب خادم مُصغّر ذو تصميم معياري مُحسّن لتقليل استهلاك المساحة والطاقة. تُزال العديد من مكونات خادم الشفرة لتوفير المساحة وتقليل استهلاك الطاقة، مع مراعاة اعتبارات أخرى، مع الاحتفاظ بجميع المكونات الوظيفية اللازمة لاعتباره حاسوبًا . [ ^{1 ] على} عكس خادم الرف ، يُركّب خادم الشفرة داخل حاوية خاصة به ، والتي يمكنها استيعاب عدة خوادم شفرة، وتوفير خدمات مثل الطاقة والتبريد والشبكات والوصلات البينية المختلفة والإدارة. تُشكّل الشفرات وحاوية الشفرات معًا نظام شفرة، والذي قد يُركّب بدوره في رف. تختلف مبادئ مُصنّعي الشفرات فيما يتعلق بمكونات الشفرة نفسها، ومكونات نظام الشفرة ككل.

في تكوين رفوف الخوادم القياسي ، تُحدد وحدة الرف الواحدة ( 1U) - بعرض 480 مم (19 بوصة ) وارتفاع 44 مم (1.75 بوصة ) - الحد الأدنى لحجم أي جهاز. وتتمثل الفائدة الرئيسية للحوسبة الشفرية في إزالة هذا القيد لتقليل متطلبات الحجم. يبلغ ارتفاع رف الحاسوب الأكثر شيوعًا 42U ، مما يحد من عدد أجهزة الحاسوب المنفصلة التي يمكن تركيبها مباشرة في الرف إلى 42 مكونًا. لا تخضع الشفرات لهذا القيد. اعتبارًا من عام 2014  ^{[ 2 ]} كان من الممكن تحقيق كثافات تصل إلى 180 خادمًا لكل نظام شفرة (أو 1440 خادمًا لكل رف) باستخدام أنظمة الشفرات.

يؤدي الهيكل (أو الغلاف) العديد من خدمات الحوسبة غير الأساسية الموجودة في معظم أجهزة الكمبيوتر. عادةً ما تستخدم الأنظمة غير الشفرية مكونات ضخمة، ساخنة، وغير فعالة من حيث المساحة، وقد تُكرر هذه المكونات عبر العديد من أجهزة الكمبيوتر التي قد تعمل أو لا تعمل بكامل طاقتها. من خلال وضع هذه الخدمات في مكان واحد ومشاركتها بين أجهزة الكمبيوتر الشفرية، يرتفع معدل الاستخدام الإجمالي. تختلف تفاصيل الخدمات المُقدمة باختلاف المُصنِّع.

بينما تستخدم أجهزة الكمبيوتر عادةً الأقراص الصلبة لتخزين أنظمة التشغيل والتطبيقات والبيانات، إلا أن وجودها محليًا ليس ضروريًا بالضرورة. يمكن نقل العديد من طرق توصيل التخزين (مثل FireWire و SATA و E-SATA و SCSI و SAS DAS و FC و iSCSI ) بسهولة إلى خارج الخادم، مع العلم أنه لا تُستخدم جميعها في بيئات المؤسسات الكبيرة. يُمثل تطبيق واجهات التوصيل هذه داخل الكمبيوتر تحديات مماثلة لتلك التي تواجه واجهات الشبكات (إذ يعمل iSCSI عبر واجهة الشبكة)، وبالمثل، يمكن فصل هذه الواجهات عن وحدة التخزين وعرضها بشكل فردي أو مجمع إما على الهيكل أو من خلال وحدات تخزين أخرى .

تتيح القدرة على تشغيل الشفرة من شبكة منطقة التخزين (SAN) شفرة خالية تمامًا من الأقراص، ومثال على ذلك نظام خادم Intel Modular .

بما أن حاويات الشفرات توفر طريقة قياسية لتقديم الخدمات الأساسية لأجهزة الحاسوب، فإنه يمكن لأنواع أخرى من الأجهزة الاستفادة منها أيضاً. ويمكن تركيب الشفرات التي توفر خدمات التبديل والتوجيه والتخزين وشبكات التخزين الشبكية (SAN) والوصول عبر قنوات الألياف الضوئية داخل الحاوية لتوفير هذه الخدمات لجميع مكوناتها.

يمكن لمسؤولي الأنظمة استخدام وحدات التخزين الفرعية عند الحاجة إلى مساحة تخزين محلية إضافية. ^{[ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]}

تُعدّ خوادم الشفرات مثاليةً لأغراضٍ مُحدّدة، مثل استضافة المواقع الإلكترونية ، والمحاكاة الافتراضية ، والحوسبة العنقودية . وتتميز الشفرات الفردية بإمكانية استبدالها أثناء التشغيل ^{[ 13 ]} . ومع ازدياد حجم أحمال العمل وتنوّعها، يُضيف المستخدمون المزيد من قوة المعالجة والذاكرة وعرض النطاق الترددي للإدخال/الإخراج إلى خوادم الشفرات. وعلى الرغم من أن تقنية خوادم الشفرات تسمح نظريًا بأنظمة مفتوحة ومتوافقة مع مختلف المورّدين، إلا أن معظم المستخدمين يشترون الوحدات والخزائن والرفوف وأدوات الإدارة من المورّد نفسه.

قد يؤدي توحيد معايير التكنولوجيا في نهاية المطاف إلى توفير المزيد من الخيارات للمستهلكين؛ ^{[ 14 ] [ 15 ]} اعتبارًا من عام 2009بدأ عدد متزايد من موردي البرامج من جهات خارجية بالدخول إلى هذا المجال المتنامي. ^{[ 16 ]}

مع ذلك، لا تُقدّم خوادم الشفرات حلاً لكل مشكلة حاسوبية. يمكن اعتبارها شكلاً من أشكال مزارع الخوادم المُصنّعة ، والتي تستفيد من تقنيات التغليف والتبريد وإمداد الطاقة الخاصة بالحواسيب المركزية . قد تتطلب مهام الحوسبة الضخمة مزارع خوادم من خوادم الشفرات، ونظرًا لكثافة الطاقة العالية لهذه الخوادم، فقد تُعاني بشكلٍ أكبر من مشاكل التدفئة والتهوية وتكييف الهواء التي تُؤثر على مزارع الخوادم التقليدية الكبيرة.

قام المطورون لأول مرة بوضع الحواسيب الصغيرة الكاملة على بطاقات وتغليفها في رفوف قياسية مقاس 19 بوصة في سبعينيات القرن الماضي، بعد فترة وجيزة من طرح المعالجات الدقيقة ذات 8 بت . استُخدمت هذه البنية في صناعة التحكم بالعمليات الصناعية كبديل لأنظمة التحكم القائمة على الحواسيب الصغيرة . كانت النماذج الأولى تخزن البرامج في ذاكرة EPROM، وكانت تقتصر على وظيفة واحدة مع وحدة تنفيذ صغيرة تعمل في الوقت الحقيقي .

حددت بنية VMEbus ( حوالي عام 1981 ) واجهة حاسوب تضمنت تنفيذ حاسوب على مستوى اللوحة مثبت في لوحة خلفية للهيكل مع فتحات متعددة للوحات القابلة للتوصيل لتوفير الإدخال/الإخراج أو الذاكرة أو الحوسبة الإضافية .

في تسعينيات القرن الماضي، طوّرت مجموعة مصنّعي الحواسيب الصناعية PCI (PICMG) هيكلًا/شفرة لناقل PCI ، وهو ناقل ربط المكونات الطرفية الناشئ آنذاك، وأطلقت عليه اسم CompactPCI . وقد ابتكرت شركة Ziatech Corp في سان لويس أوبيسبو، كاليفورنيا، ناقل CompactPCI، ثمّ طوّرته ليصبح معيارًا صناعيًا. وكان القاسم المشترك بين هذه الحواسيب القائمة على الهيكل هو أن الهيكل بأكمله يُمثّل نظامًا واحدًا. وبينما قد يضمّ الهيكل عناصر حوسبة متعددة لتوفير مستوى الأداء والتكرار المطلوبين، كان هناك دائمًا لوحة رئيسية واحدة مسؤولة، أو لوحتان رئيسيتان احتياطيتان للتشغيل في حالة الأعطال، تُنسّقان عمل النظام بأكمله. علاوة على ذلك، وفّرت بنية هذا النظام إمكانيات إدارة غير موجودة في الحواسيب التقليدية المثبتة على الرفوف، بل أقرب إلى أنظمة فائقة الموثوقية، حيث تُدير مصادر الطاقة ومراوح التبريد، بالإضافة إلى مراقبة حالة المكونات الداخلية الأخرى.

مع تزايد الطلب على إدارة مئات وآلاف الخوادم في مراكز بيانات الإنترنت الناشئة، حيث لم تكن القوى العاملة كافية لمواكبة هذا التطور، برزت الحاجة إلى بنية خوادم جديدة. في عامي 1998 و1999، طورت شركة زياتيك بنية خوادم Blade الجديدة هذه، بالاعتماد على منصة Compact PCI الخاصة بها، لاستيعاب ما يصل إلى 14 خادم Blade في هيكل قياسي مثبت على رف بارتفاع 9 وحدات (9U) وقياس 19 بوصة، مما يسمح في هذا التكوين بتركيب ما يصل إلى 84 خادمًا في رف قياسي بقياس 19 بوصة و84 وحدة. وقد أضافت هذه البنية الجديدة مجموعة من واجهات الربط الجديدة للأجهزة، مصممة خصيصًا لتوفير إمكانية مراقبة حالة وأداء جميع الوحدات الرئيسية القابلة للاستبدال عن بُعد، والتي يمكن تغييرها أو استبدالها أثناء تشغيل النظام. تُعرف هذه القدرة على تغيير أو استبدال أو إضافة وحدات داخل النظام أثناء تشغيله باسم "التبديل السريع" (Hot-Swap). تتميز خوادم Ketris Blade عن أي نظام خوادم آخر بتوجيهها لشبكة الإيثرنت عبر اللوحة الخلفية (حيث يتم توصيل وحدات الخوادم)، مما يُلغي الحاجة إلى أكثر من 160 كابلًا في رف واحد بارتفاع 84 وحدة رفية وقياس 19 بوصة. بالنسبة لمراكز البيانات الكبيرة، يُغني هذا النظام عن عشرات الآلاف من كابلات الإيثرنت المعرضة للتلف. علاوة على ذلك، توفر هذه البنية إمكانية جرد الوحدات المثبتة في النظام عن بُعد في كل هيكل نظام دون تشغيل خوادم Blade. كما تُمكّن هذه البنية من تهيئة النظام (تشغيله، وتثبيت أنظمة التشغيل وبرامج التطبيقات) (مثل خوادم الويب) عن بُعد من مركز عمليات الشبكة (NOC). عند الإعلان عن هذا النظام، سُميت بنية النظام Ketris، نسبةً إلى سيف Ketri الذي كان يحمله البدو بطريقة تُمكّن من سحبه بسرعة عند الحاجة. تم تصور هذه البنية لأول مرة من قِبل ديف بوتوم، وطُوّرت بواسطة فريق هندسي في شركة Ziatech Corp عام 1999، وعُرضت في معرض Networld+Interop في مايو 2000. مُنحت براءات اختراع لبنية خوادم Ketris Blade . في أكتوبر 2000 استحوذت شركة إنتل على شركة زياتيك، وأصبحت أنظمة خوادم كيتريس بليد منتجًا لمجموعة منتجات الشبكات في إنتل.

قامت PICMG بتوسيع مواصفات CompactPCI باستخدام اتصال إيثرنت قياسي بين اللوحات عبر اللوحة الخلفية. تم اعتماد مواصفات PICMG 2.16 CompactPCI Packet Switching Backplane في سبتمبر 2001. ^{[ 17 ]} وقد وفر ذلك أول بنية مفتوحة لهيكل متعدد الخوادم.

طُوِّر الجيل الثاني من معالجات كيتريس في شركة إنتل كبنية تحتية لقطاع الاتصالات لدعم بناء خدمات الاتصالات القائمة على بروتوكول الإنترنت، وخاصةً شبكة LTE (التطور طويل الأمد) الخلوية. ثمّ طوّرت شركة PICMG مواصفات AdvancedTCA الأوسع نطاقًا والأكثر ثراءً بالميزات ، مُستهدفةً حاجة قطاع الاتصالات إلى منصة حوسبة عالية التوافر والكثافة مع عمر افتراضي طويل (أكثر من 10 سنوات). وعلى الرغم من أن أنظمة ولوحات AdvancedTCA تُباع عادةً بأسعار أعلى من خوادم الشفرات، إلا أن تكلفة تشغيلها (القوى العاملة اللازمة للإدارة والصيانة) أقل بكثير، حيث غالبًا ما تفوق تكلفة التشغيل تكلفة اقتناء الخوادم التقليدية. تُسوّق AdvancedTCA منتجاتها لعملاء الاتصالات ، ولكن في التطبيقات العملية في مراكز بيانات الإنترنت، حيث أصبحت تكاليف الصيانة والتشغيل، بما في ذلك التكاليف الحرارية، باهظة للغاية، فإن بنية خادم الشفرات هذه، مع التزويد الآلي عن بُعد، ومراقبة الأداء وإدارته، ستكون أقل تكلفة تشغيلية بشكل ملحوظ.

ابتكر كريستوفر هيب وديفيد كيركبي أول بنية خوادم شفرية تجارية ، وسُجّلت براءة اختراعهما لشركة RLX Technologies التي تتخذ من هيوستن مقرًا لها . ^{[ 18 ]} وقد شحنت RLX، التي كانت تتألف في معظمها من موظفين سابقين في شركة كومباك للكمبيوتر ، بمن فيهم هيب وكيركبي، أول خادم شفري تجاري لها في عام 2001. ^{[ 19 ]} واستحوذت شركة هيوليت-باكارد على RLX في عام 2005. ^{[ 20 ]}

ظهر مصطلح "خادم الشفرة" عندما احتوت بطاقة واحدة على المعالج والذاكرة ووحدات الإدخال/الإخراج ووحدة تخزين البرامج غير المتطايرة ( ذاكرة فلاش أو قرص صلب صغير ). وقد مكّن هذا المصنّعين من تجميع خادم كامل، بنظام تشغيله وتطبيقاته، على بطاقة/لوحة/شفرة واحدة. وبذلك، استطاعت هذه الشفرات العمل بشكل مستقل ضمن هيكل مشترك، مما أدى إلى أداء مهام عدة خوادم منفصلة بكفاءة أعلى. إضافةً إلى الميزة الأبرز لهذا التجميع (توفير المساحة)، فقد برزت فوائد إضافية في كفاءة استهلاك الطاقة والتبريد والإدارة والشبكات، وذلك بفضل تجميع أو مشاركة البنية التحتية المشتركة لدعم الهيكل بأكمله، بدلاً من توفير كل منها على حدة لكل خادم.

في عام 2011، حددت شركة الأبحاث IDC اللاعبين الرئيسيين في سوق الخوادم الشفرية وهم HP و IBM و Cisco و Dell . ^{[ 21 ]} وتشمل الشركات الأخرى التي تبيع الخوادم الشفرية Supermicro و Hitachi .

العلامات التجارية البارزة في سوق خوادم الشفرات هي Supermicro و Cisco Systems و HPE و Dell و IBM ، على الرغم من أن الأخيرة باعت أعمال خوادم x86 الخاصة بها إلى Lenovo في عام 2014 بعد بيع خط أجهزة الكمبيوتر الشخصية للمستهلكين إلى Lenovo في عام 2005. ^{[ 22 ]}

في عام 2009، أعلنت سيسكو عن وحدات Blade ضمن خط إنتاجها لأنظمة الحوسبة الموحدة ، والتي تتألف من هياكل بارتفاع 6U، تتسع كل منها لما يصل إلى 8 خوادم Blade. وقد اعتمدت هذه الوحدات على محول Nexus 5K مُعدّل بشكل كبير ، أُعيدت تسميته ليصبح وحدة ربط نسيجية ، بالإضافة إلى برنامج إدارة للنظام بأكمله. ^{[ 23 ]} أما خط إنتاج HP الأولي، فقد تألف من نموذجين للهياكل: c3000 الذي يتسع لما يصل إلى 8 خوادم ProLiant Blade بنصف الارتفاع (متوفر أيضًا بتصميم برجي)، وc7000 ( 10U ) الذي يتسع لما يصل إلى 16 خادم ProLiant Blade بنصف الارتفاع. أما منتج Dell ، M1000e ، فهو عبارة عن حاوية معيارية بارتفاع 10U، تتسع لما يصل إلى 16 خادم PowerEdge Blade بنصف الارتفاع أو 32 خادم Blade بربع الارتفاع.

• جهاز كمبيوتر Blade
• نظام HP Blade
• وحدة PCI Express المحمولة (MXM)
• إلكترونيات الصناديق المعيارية
• ناقل متعدد
• جهاز الخادم