Серверы на ARM‑процессорах

Серверы на базе ARM‑процессоров становятся все более распространенными, их ценят за энергоэффективность и масштабируемость, а также ряд других достоинств. Изначально архитектура ARM разрабатывалась и применялась для мобильных устройств, но со временем стала полноценной альтернативой классическим решениям на базе x86. О принципах работы системы, секретах популярности и перспективах стоит рассказать подробнее.

Принцип работы: как ARM процессоры решают серверные задачи

Работа процессоров основана на использовании энергоэффективного набора инструкций, все они оптимизированы под наиболее распространенные и простые операции. Такой подход позволяет проводить вычисления с высокой плотностью и одновременно потреблять минимум энергии. Процессору не нужно активное охлаждение, это избавляет от необходимости формирования сложной инфраструктуры сервера.

Ключевым принципом работы для ARM-процессора остается трехступенчатый конвейер. Операции выборки, декодирования и исполнения инструкций выполняются параллельно, не влияя друг на друга. Полноценно выполняя сложные серверные задачи, устройство не выделяет большого количества тепла, не нуждается в усиленном охлаждении, потребляет минимум энергии.

Таких особенностей оказалось достаточно для того, чтобы архитектура Advanced RISC Machines стала основным компонентом тысяч современных серверов. Несколько типичных серверных задач, с которыми успешно справляются устройства:

• Формирование микросервисов и веб-инфраструктуры. Этот сценарий предполагает создание хостинга для сайтов, формирование микросервисов, API. Для реализации таких задач важна не только возможность параллельного выполнения нескольких процессов, но и низкое энергопотребление.
• Обработка больших массивов данных. Сервер на базе ARM-процессора может успешно использоваться для выполнения потоковой аналитики, хранения архива событий, быть частью системы процессинга данных. Устройства незаменимы в серверах, работа которых предполагает интенсивное выполнение команд ввода-вывода. Поскольку обработка задач происходит одновременно по нескольким параллелям, сервер работает не только надежно, но и достаточно быстро.
• Проведение облачных вычислений. Неограниченные возможности по масштабируемости, процесс которой не сопровождается критическим ростом энергопотребления, сделали процессоры ARM незаменимыми для серверов с переменной нагрузкой.

Одними из лучших в своей категории считаются устройства линейки AWS Graviton. Выпуск этих процессоров компания AWS начала в 2018 году, изначально они создавались как процессоры для приложений, предполагающих горизонтальное масштабирование. Со временем устройства стали применять для комплектации веб-серверов и хранилищ, предполагающих активную работу с журналами данных.

Процессоры активно применяют для обработки простых микросервисов и контейнеров. Они стали привлекательным решением для Kubernetes-кластеров и edge-инфраструктур, используются для распределения контента в CDN и прокси. На базе ARM успешно работают различные форматы баз данных, DNS, почтовые сервера.

Почему ARM серверы набирают популярность?

Ключевыми особенностями процессоров Advanced RISC Machines стали доступная стоимость, энергоэффективность и масштабируемость. Сочетание таких практических характеристик привело к тому, что серверы на базе ARM получили масштабное распространение.

Низкое потребление энергии и отсутствие необходимости в мощной охлаждающей системе позволили сократить выбросы СО₂, сделать серверы не только продуктивными, но и безопасными с экологической точки зрения. Это особенно важно для формирования систем, к которым предъявляют высокие требования по отношению влияния на окружающую среду.

Появление новых процессоров привело к тому, что классические решения на базе x86 стали утрачивать былую актуальность. Только исключительными практическими характеристиками стремительный рост популярности не ограничивается, среди важных факторов следующие:

• Увеличение нагрузки на дата-центры, необходимость в поиске новых эффективных решений для обработки крупных массивов данных.
• Повсеместное распространение функций и задач на базе AI. Для современных серверов важно быстродействие, одновременно при формировании их инфраструктуры стремятся сократить затраты на охлаждение процессора.
• Возможность сформировать гибкую модульную архитектуру, оптимизировать сервер для выполнения конкретных задач.
• Потребность в сокращении затрат. ARM-процессоры позволяют сократить затраты на питание, охлаждение, не требуют капитальных вложений при формировании инфраструктуры сервера.
• Стремление снизить углеродный след. Не умаляя энергоэффективности сервера, процессоры позволяют снизить неблагоприятное воздействие на окружающую среду. Такая особенность важна для гиперскейлеров и операторов облаков, которые всегда нацелены на активное и устойчивое развитие.

Единой причины, по которой ARM серверы стали такими популярными и распространенными, нет. Каждый владелец дата-центра находит в их применении исключительные выгоды, которые могут заключаться в простоте установки, доступной цене оборудования, возможности менять инфраструктуру сервера в соответствии с текущими задачами.

Особенно специалисты отмечают удачное попадание практических характеристик ARM-процессоров под перспективные векторы развития серверов. Повышение нагрузки из-за глобального влияния искусственного интеллекта, необходимость в использовании облачных хранилищ, соблюдение строгих экологических требований по оснащению – часть примеров, когда процессоры Advanced RISC Machines оказываются лучшим решением.

Для каких задач подходят

Серверы с архитектурой ARM считают универсальными. Они позволяют справляться с большинством стандартных задач, давая надежный результат и позволяя экономить энергоресурс. Формирование веб-инфраструктуры и микросервисов – самая распространенная задача. С помощью правильно оборудованного сервера можно запускать десятки приложений, выполнять параллельно множество задач без потери эффективности и больших энергозатрат.

ARM-архитектура отлично подходит для облачных вычислений. Она не имеет ограничений по масштабированию, подходит для формирования систем с переменной нагрузкой. Если основная задача сервера – процессинг данных, энергоэффективные процессоры тоже подходят безупречно. Ими комплектуют серверы, которые проводят потоковую аналитику, логирование, используются для ведения журналов событий.

В системах распределения сети и доставки контента применение ARM-архитектуры считается лучшим решением. На базе таких процессоров формируют прокси-серверы, CDN. Линейный принцип выполнения задач позволяет сделать систему быстрой, возможность ее перегрева и необходимость использования мощных охлаждающих установок снижается до минимума.

Стандартные серверы баз данных, почтовые серверы, DNS – несколько задач, для которых используют системы на ARM-процессорах. Перечень постоянно расширяется, дает возможность внедрять энергоэффективные процессоры в разных типах серверов.

Ограничения, сложности, практические рекомендации

Несмотря на огромное распространение серверов на ARM‑процессорах, они не лишены слабых сторон, у них есть ограничения в применении. Такие особенности стоит учитывать всем, кто планирует сформировать новый сервер или провести модернизацию существующего. Важно учитывать, что ограничения касаются как аппаратной, так и программной составляющей.

Ограничения и сложности серверов на ARM‑процессорах

Одни из главных ограничений связаны с 32-разрядной архитектурой процессора, которая предусматривает лимиты по объему адресуемой памяти. Для масштабных вычислительных задач, когда уровень производительности оценивается выше среднего, такое оборудование не подходит. Из-за слабого процессора сервер может сталкиваться непрерывным потоком ошибок, поломками, замедлением действия. Среди других ограничений, актуальных для серверов на базе ARM:

1. Индивидуальные требования к компонентам системы. Для правильной работы компьютера требуется грамотный выбор драйверов, правильное управление питанием. Если какой-то из компонентов подобран неверно, аппаратных конфликтов не избежать.
2. Проблемы совместимости ПО. Не все виды программного обеспечения адаптированы под архитектуру ARM‑процессоров. Больше всего проблем возникает со старым программным обеспечением, которое создавалось под процессоры на базе x86.
3. Сложности с тестированием приложений. Большинство современных приложений разрабатывается и тестируется на устройствах, оборудованных процессором x86. Самостоятельного тестирования на базе ARM не проводится, поэтому и дальнейшее использование таких приложений сопряжено с рядом трудностей. Чтобы приложения, разработанные на x86, подходили для серверов с ARM, их нужно перекомпилировать.
4. Трудности с выбором драйвера. Для успешного распознавания и использования подключенных устройств очень важна установка правильных драйверов. Если поставщик оборудования не предусмотрел разработки ПО, владельцу ARM-сервера может потребоваться прописать драйвер самостоятельно.
5. Сложность поиска комплектующих компонентов. Даже если инфраструктура сервера была сформирована поэтапно, с оценкой функционирования, в процессе работы можно столкнуться с программно-аппаратными конфликтами. Для поиска их первопричины требуется немало сил и времени, что усложняет применение серверов, снижает эффективность бизнеса.

Зная о таких ограничениях, к возможности применения процессоров с архитектурой Advanced RISC Machines можно подойти более детально и обдуманно. Большинство недостатков можно компенсировать, правильно сформировав аппаратную инфраструктуру сервера, грамотно выбрав программное обеспечение.

Несколько практических рекомендаций

Чтобы принять правильное решение об использовании сервера на ARM‑процессоре, стоит учитывать специфику и сложность задач, с которыми будет справляться компьютер. Если первостепенной целью является возможность масштабирования системы, важна энергоэффективность, можно принять решение в пользу ARM. При планировании формирования нового или модернизации старого сервера стоит учитывать следующие рекомендации:

• Заранее оценить задачи, возлагаемые на сервер. ARM‑процессоры хорошо дополняют системы, связанные с параллельной обработкой данных, микросервисами. Они не лучшим образом подходят для выполнения сложных задач.
• Обязательно провести настройку после сборки сервера. Автотесты позволят не только выявить возможные ошибки аппаратной или программной части, но и оценить эффективность работы системы в целом.
• Внимательно отнестись к выбору драйверов, программного обеспечения. Отдавать предпочтение следует приложениям, которые разрабатывались и тестировались под ARM-архитектуру.
• Продумать, как обеспечить безопасность сервера. Для ARM можно использовать как программные, так и аппаратные решения, важен регулярный аудит на уязвимость системы.

С учетом таких рекомендаций можно создать сервер, который будет отлично справляться с текущими задачами, получит перспективы будущего совершенствования и модернизации.

В заключении

Серверы, созданные на базе ARM‑процессоров, обрели заслуженную популярность и успешно применяются для разных задач. Этот тип процессоров отличается быстродействием, энергоэффективностью, допускает масштабируемость в соответствии с поставленными задачами. Он не лишен аппаратных и программных ограничений, большинство из которых успешно поддается коррекции. Используя базовые рекомендации по формированию и использованию ARM‑серверов, можно обеспечить надежное и перспективное развитие бизнеса.