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大型主機、專屬系統的現在與未來
主機是老的辣!?

【作者: 朱善存】   2001年08月01日 星期三

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前言

近年來PC不斷的蓬勃發展,使得人們將資訊運算看重到用戶端上,而冷落了伺服端的重要性,但在1994年網際網路出現後,網際網路的興盛,使得伺服主機再度成為受人重視。為了因應網際網路不定流量的資料運算,伺服主機的運算效能可說是愈高愈好,而由於早期網際網路與學術網路相關連的因素,而學術用大多使用UNIX主機,所以UNIX主機成為最常用於連接網際網路的主機。


然而網際網路也帶來了資訊系統的變革,瀏覽器統一了使用者介面、資料格式、傳輸協定,只要能夠提供Web服務的主機,並不需要考慮主機的類型,無論是專屬主機、大型主機、UNIX主機、x86主機皆可,因此以往60年代就有的Mainframe大型主機,也在許多企業在提供電子商務解決方案時的考量範疇中。


電腦的運算架構從古早的集中式運算(Central Computing)、到後來的對等式運算(Peering Computing)、至今日的主從式運算(Client-Server Computing),無論是何種運算架構,伺服主機依舊是架構中舉足輕重的核心部分,而經過長年的技術演變下,伺服主機逐漸演變出多種層級與類型,依據出現的順序分別是「大型主機,Mainframe」、「Mini Computer,迷你電腦」、「UNIX系統主機,UNIX Server」、以及「x86系統主機,x86 Server」。


其中「迷你電腦」只是相對於「大型主機」而言是迷你的,與之後才推出的「UNIX系統主機」跟「x86系統主機」相比仍是龐然大物,這是當年迪吉多(Digital Equipment Co., DEC)公司針對無能力購買「大型主機」的企業所設計的。


各型主機的介紹

無論是「迷你電腦」還是「大型主機」,與「UNIX系統主機」相比下,都被認為是一種「專屬性」的電腦系統,理由是UNIX主機在硬體部分,雖任由各廠商自由發展(包括自行發展晶片、自行發展架構等),但軟體的作業系統部分則統一採用UNIX為核心,如此企業在UNIX作業系統上所開發的程式,可以快速與輕易地移植到其他廠商的UNIX主機上(使用其他廠商的編譯器重新將原始程式編譯即可,或小幅改寫),交換與移植性大大增加,因此UNIX系統也被稱為開放系統,不似「迷你電腦」與「大型主機」完全採行封閉的設計,自行制訂的硬體平台,自行開發與設計的作業平台,完全與其他廠商的系統不合,在其上頭開發的應用程式,若想移植到其他廠商的伺服主機上執行,非經過一番程式大改寫不可,移植與交換困難,特別是原程式撰寫人已經離職時更是困難,所以「專屬」一詞由此而來。


至於更往後看的是x86主機,x86主機硬體平台統一採用Intel架構,作業系統統一採用Microsoft的Windows NT/2000,因此連應用程式都不需要重新編譯或修改,就可以直接換主機執行,而近年來x86主機也開始有使用Linux作業平台的趨勢,但以精簡型伺服主機(Server Appliance)居多。


專屬系統設計的伺服主機雖然有程式移植的困難性,造價與體積也大多超越UNIX主機(更別談是x86主機),因此數年下來許多企業逐漸捨棄專屬系統,而改採UNIX開放系統或x86系統,雖然專屬系統逐漸消退中,但不代表其將會被UNIX主機或x86主機完全取代,反而是有其不可替代的價值與地位,這道理如同噴墨與雷射印表機當道後,點陣印表機雖然市場萎縮,但仍在打單、複寫報表用途上無可取代。


專屬型系統優於現有UNIX系統或x86系統的地方,莫過於更高的效能與更穩定的運作,根據IBM方面的表示,IBM的大型主機整年度的當、停機時間僅有數秒鐘,要求極為嚴苛,另外既有的企業仍持續使用大型主機、迷你電腦的,都是以「穩定」為其考量與理由。


無論如何,專屬型電腦運算系統是萎縮的,許多資訊廠商也紛紛退出此一系統的經營,如hp(惠普)以前的hp 3000型即也是專屬型系統,目前已經不再力推,而改以hp PA-RISC的UNIX伺服主機為主,現有在台灣使用hp 3000型的企業包括光陽、三陽等機車製造業,以及海運、航運業。


目前仍有提供專屬電腦的廠商實在屈指可數,如美國國際商業機器(IBM)、美國優利系統(UNISYS)、美國康柏(COMPAQ)、日本富士通(FUJITSU)等等,其餘已不多見,且這些廠商也大多不僅僅只經營專屬系統業務,還包括其他的系統,如IBM有RS/6000的UNIX系統,或是x86電腦系統,康柏(以前也稱「康百克」)也有Alpha的UNIX系統,富士通也與美國昇陽(Sun Microsystems)購買UltraSPARC III晶片來製造自己的UNIX系統,UNISYS也有e-@ction ES7000型的超大型x86伺服主機等等,沒有一家資訊廠商是僅以專屬系統為主的。


(附註):康柏以往僅有x86系統,後來於1997年併購Tandem公司(中文譯作:「天登電腦」或「天騰」電腦),從此擁有了專屬系統,之後於1998年又併購了DEC公司的伺服主機部門、Alpha晶片設計部門,因此擁有了UNIX系統。


專屬型伺服主機的現況介紹

既然目前尚存的專屬型伺服主機提供商已經很少,在此筆者就花較多的介紹每一家的專屬系統。


IBM 公司

最先要說的是IBM,該公司也是大型主機的創始者,目前IBM在大型主機方面主要為S/390系列,目前多半還用於金融業、航空業中(講究穩定、安全性的行業),而在迷你電腦方面則目前為AS/400(1988年6月推出),IBM方面相當自豪於系統穩定與高運算負載,在奧林匹克運動會時,能因應全球對奧運的資訊需求而不塞車、當機,IBM全系列主機首居其功,這當然也包含了大型主機與迷你電腦等專屬系統在內。


其中可以更深入提的是AS/400,當年推出時是以迷你電腦的訴求出現,但在事過境遷後,迷你電腦的角色逐漸消失,AS/400轉變成應用專屬的伺服主機,專門從事資料庫的伺服功能(Database Machine),甚至到了後來轉變成整合型伺服主機(Integration Server)的功能,針對各行各業的應用需求而設,並且以容易管理為訴求,讓資管人員專心致力於企業的主業務。也因為容易管理,所以AS/400不見得設置於資訊管理部門的機房內,反而會是在財務部、總務室中,成為這些部門的專屬運算機器。


AS/400在發展過程中經過一次結構上的大轉變,由CISC處理器的運算系統轉變RISC處理器的運算系統,而AS/400先天設計也較為不同,使用48bit的系統架構,且不是採用一般現有UNIX、x86/Windows的檔案導向系統,反而是物件導向系統,變更結構後的AS/400使用IBM開發的POWERPC RISC晶片,原有程式依舊能夠相容執行,算是資訊界中由CISC轉移至RISC最成功地一次。


(附註)Apple從68K轉移到PowerPC,應用程式是以軟體模擬方式相容執行,並要求軟體廠商設計商重新撰寫適用於PowerPC的應用程式。


AS/400的作業系統為OS/400,嚴格說OS/400並非作業系統,此軟體主要是管控其他的作業系統,包括Windows NT/2000、Novell、Lotus Notes/Domino等作業系統,但OS/400則負責整個系統的安全性,目前一部AS/400主機可以同時執行32個不同的作業系統。


AS/400另一特點是價格低廉,IBM曾有一陣子促銷最低檔的AS/400主機,僅29.9萬台幣,這樣的價位甚至比許多UNIX主機與x86主機還便宜,因此AS/400也訴求快速還本,企業採用AS/400後,估計約能在三至五年內攤還購置成本。


雖然IBM還持續提供S/390與AS/400等專屬型系統,但IBM本身不再希望世人以專屬型系統、UNIX開放系統、x86系統等眼光來看待伺服主機,因為在網際網路興起後,所有的資訊建置幾乎都朝電子商務方向發展,且程式的使用者介面、資料/檔案格式、以及通訊協定等都趨於統一,如此再以傳統眼光將主機劃分成專屬、UNIX、x86等則不合時宜,事實上所有的主機都可以從事電子商務,就用戶端來看不需要去區別遠端正在服務的主機是UNIX還是x86,或是其他類型的主機,所以IBM將所有全系列、全類型的主機都統稱為「eServer」,並將以往的分法改以系列稱呼,如S/390稱為z系列,AS/400稱為i系列,RS/6000的UNIX為p系列,Intel的IA32/64的x86為x系列。請見(圖一)。



《圖一 IBM eServer Z系列大型主機歷史演進圖》
《圖一 IBM eServer Z系列大型主機歷史演進圖》

COMPAQ公司

談完IBM讓我們來談COMPAQ,COMPAQ併購的Tandem後持續Tandem公司原有的專屬系統業務,並將其伺服主機改名為NonStop系列,表示永不停機的系統,更仔細的稱呼則為「HIMALAYA喜瑪拉雅」伺服主機。


「喜瑪拉雅」使用MIPS公司的處理晶片,但不與Sgi公司的UNIX主機相容(Sgi併購MIPS公司),效能也不是「喜瑪拉雅」訴求的重點,至今的最大的訴求在於「穩定」與「安全」,目前全世界許多的證券交易所仍在使用Tandem的主機系統,而COMPAQ目前有S系列、S74系列、K系列等專屬主機,目前美國三大汽車廠聯合成立的CommerceOne電子商務網站,用的就是COMPAQ NonStop Himalaya專屬主機。


此外多倫多股票交易市場、蒙特婁股票交易市場、以及雪梨期貨交易市場等也都是採用NonStop Himalaya主機,其中多倫多的「新交易引擎」(New Trade Engine)則是用NonStop Himalaya S74000型,包括台灣中央信託局也是採用K系列的Tandem主機。


值得額外一提的是,在COMPAQ的政策下,無論Alpha UNIX系統或NonStop Himalaya系統,未來將統一採用Intel Itanium處理器,將硬體組件與平台更趨於一致。


富士通公司

日本富士通方面,至今仍有超級電腦VPP系列,GlobalServer系列大型主機、以及PCM大型主機等。


以GlobalServer而言,現有GS8300、GS8500FX、GS8500、GS8800、及GS8900,其處理器使用0.22um銅製程技術(目前伺服主機的處理器中,還有IBM採用此一技術),而最頂級的GS8900還特別採用「Cryogenic liquid-cooling」的低溫水冷技術,單機最高可達16顆處理器、透過叢集(Cluster)技術可並接256顆處理器。


優利科技

美國優利系統方面,其大型主機為 ClearPath(1996年推出)與ClearPath Plus(2001年推出),優利系統宣稱他們是除了IBM之外,仍有持續在大型主機領域投入研發的公司。


不過專屬主機逐漸式微是不可擋的趨勢,UNISYS於1999年的收益為75億美元,到了2000年則降為69億美元,與主機市場消退有關,因此UNISYS也極力擁抱Windows NT/2000與Intel系統,最具代表的莫過於2000年11月與Microsoft Windows 2000同步推出的ES7000伺服主機,內部具有32顆Pentium III Xeon,搭配Windows 2000 Datacenter作業系統,至今仍為最高檔的x86系統,並在該系統中加入許多以往大型主機才有的技術,如CMP架構、CrossBar等即是,同樣的許多Intel相關的技術也被UNISYS帶入現有ClearPath Plus的系統中。


SAN與大型主機

大型主機從1998年開始,開始搭配所謂「儲存區域網路(Storage Area Network, SAN)」的大型儲存設備,做為主機的儲存後盾,這方面的設備如今是以美國EMC公司為主要領導廠商,SAN提供數十TB容量的儲存、加速、容錯、備援等功能,並以光纖(Fibre Channel)介面(資料傳輸率達100MB/Sec)與大型主機連接,如今許多大型主機在銷售時,也會讓企業客戶一併考慮選購SAN。


SAN初期是以大型主機為主,但是由於大型主機的市場逐漸萎縮,因此SAN也開始擁抱UNIX與x86系統,此外除了EMC外,Seagate子公司XIOTech也加入SAN的市場行列,其他如IBM、hp、COMPAQ、甚至只有x86系列的DELL,也都有提供SAN,不過後續的SAN也都以擁抱開放系統居多,專屬系統仍以EMC為主,或專屬主機製造商IBM、Fujitsu為主。


擁抱開放系統的新設計SAN,採用彈性堆疊的擴充方式,不似專屬SAN的設計,也因此犧牲了整體容量,一般而言開放系統的SAN比專屬系統的SAN總體容量較小,專屬SAN可達數十TB容量,開放SAN約只有十餘TB的容量。


結語

大型主機、專屬系統仍在世界各地許多強調穩定、安全、高效的地方使用中,大型主機的販售並非如一般桌上型電腦可在量販店中買到,而是經過系統整合商的詳細規劃後才會導入與購置,這樣的作法事實上在UNIX系統上也是如此,甚至高階的x86伺服應用亦然。


展望未來,大型主機會有如何的轉變,最主要的關鍵還是在於UNIX系統與x86系統,倘若UNIX或x86系統能提供與大型主機相同的穩定、安全、高效,則可以說服企業在新選擇系統時改用UNIX或x86,事實上許多企業已經如此作,至於已經採用大型主機的企業,則仍須考慮系統轉移成本,而這將是最困難的一點。


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