摘要：本文为大家讲述服务器的一些基本技术知识，具体为您讲述物理服务器的原理之中央处理器。

　　通过固件或外部软件，如操作系统或分层应用程序，计算机处理芯片的种类可分为许多种，它们在性能(速度)、用于移动和其他用途的能耗、物理尺寸、额外的虚拟化或安全功能、I/O优化、单个芯片上的内核(单核、双核、四核或八核)或处理器数量、缓存和板载内存的大小，以及硬件上的能源管理特征上都有不同。
　　
　　基本的计算机处理器架构包括:带有程序状态字(PSW Program Status Word)的指令集架构(ISA，Instruction Set Architecture);一个程序计数器(PC，Program Counter);以及数据和地址寄存器。硬件ISA的一个常见的例子是Intelx86，它能被生产商在Intel和非Intel的处理器上执行。不同的处理器，支持或模拟不同指令集时的能力不同，通过分区或细分处理能力对不同的工作负载、操作系统、应用程序和用户进行整合和隔离的能力也不同。处理器间的其他不同之处还包括内部寄存器的数量和大小以及比特数，例如32位处理器和较新的能在给定的时间周期内完成更多工作的64位处理器。另外，处理器通过更改速度和性能来节省能耗的能力也是不同的。还有就是不同的虚拟化协助功能，如Intel VT技术和AMD-V技术。处理器的封装或包装和内存大小，也根据每个芯片上的处理内核的数量和类型而有所不同。
　　
　　处理器在计算、运行程序和移动数据时都会消耗电能。与此同时，还会产生热量。处理器，特别是带有能源管理和节能模式的处理器，在不同的运行状态下消耗的电能也不同。节能模式涉及降低处理器的时钟速度或频率，关闭当前不需要的功能，或切换到睡眠或休眠模式。
　　
　　处理器的数量和类型、能耗和随之产生的热量，会根据服务器类型的不同而不同。为了散热，大型服务器的一些处理器都装有散热片或冷却叶片、冷却风扇。至于高端专用处理器，则配有利用惰性液体的液体冷却装置。服务器的冷却能力各不相同，大多数服务器都使用某些形式的风扇来散热并使原件处于低温。为了切身感受处理器产生的热量，你可以在工作时将笔记本电脑放在膝盖上较长一段时间，并让其执行一些后台任务，增加其计算负担。根据服务器的品牌、型号和配置的不同，你能感受笔记本电脑产生的热量，同样在比较安静的情况下还能听到风扇根据需要打开和关闭的声音。
　　
　　在散热和处理器冷却方面，气冷一直是最常见、最划算的方法，对于通用商用服务器来说更是如此。一些服务器装有变速风扇，它能根据当时环境的温度来改变速度，因此能改变其能耗。水或液体冷却在过去一直被使用，尤其是用在比较老的IBM和插件兼容大型计算机以及某些超级计算机上。水冷却或液体冷却的优点在于，它们比空气冷却的散热效率更高。而缺点则是成本和复杂性较高，其原因就是电子设备和水或大多数液体不能一起工作。因此，水冷却更常用于消除计算机机房空调单元的热量，而不是用于内部服务器。
　　
　　随着密度的增加及处理器计算能力的提高，能源的需求增加了，产生的热量也比以前更多。一般来说，占地空间相同的服务器，其电功率密度从以前的每个机柜或机架几千瓦增长到今天的6~10kW，而且不久将会超过40~50kW。随着功耗的增加，需要消除更多的热量，减少能源消耗并找到更有效地散热方法。散热的最佳位置就是最靠近热源的地方。只要处理器和芯片生产商继续在能效更高的芯片上工作，散热就是必需的。
　　
　　为了更有效地散热，液体冷却方法，包括水冷和其他液体冷却又再次出现了。这些方法涉及的范围从直接安装在服务器机柜内的专用封闭冷却系统，到使用液体冷却技术来降低服务器组件的温度。例如，像以前的超级计算机那样，将处理器和电脑卡浸没在惰性液体中的方法已经被取代，新的技术则是将一个微弹簧直接附在芯片上来实现冷却功能。
　　
　　利用那些暴露在室温空气中会转变为气体状态的液体，如泵送非水液体，低压水管和管道就能用于定向和精确冷却系统中。起初这个方法常被用来向柜内、柜旁、内线、柜顶和吊装冷却系统提供冷却剂。发展一段时间后，这些系统能被用作刀片服务器和机箱之间的循环冷却剂，或附加到那些直接安装在电路板和处理器芯片上的散热器上。
　　
　　目前，对使用小型水管(和头发一般大小)的微冷却系统的研究正在进行中，它能让冷却剂在处理芯片各层中流动，目的是尽可能在热源处排出热量。这样做的意图就是使冷却效率最大化，因为在很多情况下，冷却是能源消耗的最主要来源。如果提供更有效的冷却方案，就会节省更多的能源，使用的能源越少，节省的成本越多，同时产生的碳排放也会越少。对于很多环境来说，还可以剩余更多的电力用在其他地方，以确保增加速度更快的服务器来维持业务增长。
　　
　　鉴于大量的能源被用于驱动和冷却服务器，美国环保局(EPA)正在发展用于服务器的能源之星标准。当你阅读本书的时候，第一阶段应该已经部署好，并开始第二阶段，就是替换第一个阶段的规范说明。能源之星计划是一个比较产品能源效率的方法，它适用于许多消费品，包括便携式计算机和其他家用电器。许多其他国家也有类似的计划或他们的计划本身就是基于能源之星标准建立的。能源之星除了能用于服务器的能效比较，美国环保局还将其应用于存储器、数据中心、电信和其他耗能实体。要注意，能源之星是一个自愿性计划，它并没有被绑定到能源排放或碳排放交易上。
　　
　　服务器除了有各种外形十大小、性能、容量和连接或封装选择外，它还能支持不同的操作系统。在某些情况下，操作系统都依赖于特定的硬件ISA，另外也有一些操作系统则更随意或己经有版本对应其他ISA。微软的Windows就是能在各种不同的x86ISA服务器和hypervisor软件上运行的一个例子。而各种UNIX和LINUX版本则要运行在适当的处理器和服务器以及标准ISA硬件平台上。一些操作系统，尤其是比较老的操作系统，都是与特定的硬件ISA和平台绑定的。
　　
　　责任编辑：Honey