Обзор серверных корпусов: от 1U до 4U - как выбрать форм-фактор?

Серверный корпус - один из тех компонентов, которые определяют всю архитектуру вычислительной инфраструктуры. От его размеров зависит количество накопителей, возможности охлаждения, уровень шума и даже стоимость аренды места в дата-центре. При этом выбор между 1U и 4U - далеко не тривиальная задача: каждый вариант имеет собственную область применения и ограничения.

Системные администраторы регулярно сталкиваются с необходимостью подбора оборудования под конкретные задачи. Веб-сервер с минимальной нагрузкой и файловое хранилище на несколько десятков терабайт требуют принципиально разных подходов к размещению. Ошибка на этапе планирования приводит к перерасходу бюджета или недостаточной производительности. Рассмотрим, какие факторы влияют на выбор форм-фактора и как соотнести технические характеристики корпусов с реальными потребностями.

Почему форм-фактор - это важно: критерии выбора

Высота корпуса в юнитах напрямую влияет на плотность размещения оборудования в стойке. Стандартная серверная стойка вмещает 42U, и от выбора форм-фактора зависит, сколько серверов удастся разместить в одном шкафу. Разница между 1U и 4U - четырёхкратная: вместо 42 серверов высотой в один юнит стойка примет только 10 машин формата 4U.

Однако плотность - не единственный фактор. Компактные корпуса ограничивают возможности расширения: меньше слотов под накопители, меньше места для плат расширения, сложнее организовать эффективное охлаждение мощных процессоров. Чем меньше корпус, тем громче работают вентиляторы - это следствие физических ограничений. Маленький вентилятор при равном воздушном потоке вращается быстрее и создаёт больше шума.

При выборе форм-фактора следует учитывать несколько ключевых параметров, которые определят соответствие оборудования поставленным задачам:

1. Тепловыделение процессоров и допустимый TDP. Корпуса 1U редко справляются с процессорами мощностью выше 165 Вт без специальных систем охлаждения. Для высокопроизводительных CPU потребуется формат 2U или выше.
2. Количество и тип накопителей. Если задача требует размещения более восьми дисков 3.5", формат 1U не подойдёт физически. Для построения хранилищ на базе HDD оптимальны корпуса 3U и 4U.
3. Потребность в картах расширения. GPU-вычисления, специализированные сетевые адаптеры, RAID-контроллеры - всё это требует полноразмерных слотов PCIe, которых в 1U-корпусах обычно не более двух.
4. Требования к уровню шума. В офисном серверном помещении без звукоизоляции компактные серверы создадут дискомфорт для персонала. Корпуса 3U-4U работают существенно тише при сопоставимой производительности.
5. Стоимость размещения в ЦОД. Аренда места в дата-центре рассчитывается по юнитам. Четыре сервера 1U обойдутся дешевле в размещении, чем один 4U, но совокупная стоимость владения может отличаться.

Перечисленные критерии взаимосвязаны. Высокий TDP требует эффективного охлаждения, которое проще реализовать в крупном корпусе. Большое количество накопителей увеличивает тепловыделение и потребление энергии. Баланс между этими факторами определяет оптимальный выбор для конкретного сценария использования.

Разбор форм-факторов: от компактного к мощному

Серверные корпуса стандартизированы по высоте: один юнит (1U) равен 44,45 мм, или 1,75 дюйма. Ширина и глубина корпусов варьируются в меньшей степени - стандартная ширина составляет 19 дюймов для установки в типовую стойку. Рассмотрим каждый форм-фактор детально.

Корпуса 1U: максимальная плотность

Серверы высотой в один юнит занимают минимум пространства в стойке. Это преимущество особенно ценно при аренде места в коммерческом дата-центре, где каждый юнит имеет фиксированную стоимость. В одну стойку помещается до 42 таких серверов, что обеспечивает высокую плотность вычислительных мощностей на квадратный метр.

Типичная конфигурация 1U-сервера включает один или два процессора с TDP до 165 Вт, от двух до четырёх слотов под оперативную память на каждый CPU, два-четыре отсека для накопителей формата 2.5" и один-два низкопрофильных слота расширения. Блок питания обычно имеет мощность 300–500 Вт, часто с возможностью горячей замены при наличии резервного модуля.

Ограниченное внутреннее пространство диктует использование специфических компонентов. Системы охлаждения в 1U-корпусах построены на высокооборотистых вентиляторах диаметром 40 мм, которые создают характерный высокочастотный шум. Уровень звукового давления достигает 50–60 дБА под нагрузкой - это сопоставимо с громким разговором.

Серверы формата 1U оптимальны для задач, не требующих большого объёма локального хранилища и мощных вычислений. Типичные сценарии применения охватывают следующие направления:

• веб-серверы и фронтенд-приложения;
• DNS, DHCP и прочие сетевые службы;
• узлы кластеров виртуализации;
• терминальные серверы с умеренной нагрузкой;
• системы мониторинга и логирования.

При массовом развёртывании однотипных сервисов формат 1U позволяет достичь максимальной плотности размещения. Крупные облачные провайдеры и хостинговые компании используют именно такие серверы для построения горизонтально масштабируемых инфраструктур, где отказ отдельного узла компенсируется избыточностью.

Корпуса 2U: баланс возможностей

Двухюнитовые серверы представляют собой компромисс между компактностью и функциональностью. Удвоенная высота открывает доступ к полноразмерным картам расширения, позволяет установить больше накопителей и использовать более эффективные системы охлаждения с вентиляторами диаметром 60–80 мм.

В корпусе 2U размещается до 24 накопителей формата 2.5" или до 12 дисков 3.5". Это делает такие серверы пригодными для построения небольших хранилищ данных непосредственно на вычислительном узле. Поддержка процессоров с TDP до 205 Вт расширяет выбор CPU и позволяет использовать старшие модели серверных линеек.

Количество слотов расширения в 2U-корпусах достигает шести-восьми, включая полноразмерные PCIe x16. Это критически важно для установки GPU начального и среднего уровня, высокоскоростных сетевых адаптеров на 25–100 Гбит/с и аппаратных RAID-контроллеров с кэш-памятью.

Уровень шума 2U-серверов заметно ниже, чем у одноюнитовых аналогов. Крупные вентиляторы при том же воздушном потоке вращаются медленнее, что снижает акустическую нагрузку до 40–50 дБА. Это позволяет размещать такое оборудование в офисных серверных без дополнительной звукоизоляции.

Для наглядного сравнения характеристик различных форм-факторов приведена сводная таблица с основными параметрами:

Параметр

1U

2U

3U

4U

Макс. TDP CPU, Вт

165

205

270

350+

Накопители 3.5"

0–4

8–12

16–20

24–36

Накопители 2.5"

2–4

8–24

16–32

24–72

Слоты PCIe

1–2

4–8

6–10

8–12

Уровень шума, дБА

50–60

40–50

38–48

35–45

Серверов в стойке 42U

42

21

14

10

Таблица демонстрирует, как увеличение высоты корпуса влияет на все ключевые параметры. Зависимость нелинейная: переход от 1U к 2U даёт существенный прирост возможностей, тогда как разница между 3U и 4U менее выражена и касается в основном дискового пространства.

Корпуса 3U: специализированные решения

Форм-фактор 3U встречается реже, чем 2U или 4U, и обычно используется для специализированных задач. Типичное применение - серверы с несколькими GPU для машинного обучения или рендеринга, системы хранения среднего класса, телекоммуникационное оборудование.

Высота корпуса позволяет установить до четырёх полноразмерных видеокарт с двухслотовыми системами охлаждения. Это существенно расширяет возможности по сравнению с 2U, где GPU ограничены однослотовыми версиями или специальными серверными моделями с турбинным охлаждением.

Системы хранения в формате 3U вмещают 16–20 дисков 3.5" с возможностью горячей замены. Этого достаточно для построения массивов ёмкостью до 400 ТБ на базе современных HDD. Дополнительно можно установить SSD-кэш для ускорения операций чтения.

Корпуса 4U: максимум производительности

Четырёхюнитовые серверы занимают верхнюю позицию в линейке стандартных форм-факторов. Они предназначены для задач, требующих максимальной вычислительной мощности, большого объёма оперативной памяти или значительного дискового пространства.

В корпусе 4U размещается до 36 накопителей 3.5" или до 72 дисков 2.5". Это позволяет строить высокопроизводительные хранилища с избыточностью непосредственно внутри сервера, без использования внешних дисковых полок. Поддерживаются четырёхпроцессорные конфигурации с суммарным количеством ядер более 200.

Системы охлаждения 4U-корпусов используют вентиляторы диаметром 80–120 мм, работающие на низких оборотах. Уровень шума не превышает 35–45 дБА даже под полной нагрузкой. Это делает такие серверы пригодными для размещения в непосредственной близости от рабочих мест.

Профессиональные GPU-серверы в формате 4U поддерживают до восьми ускорителей с межсоединением NVLink. Такие конфигурации применяются для обучения нейронных сетей, научных вычислений и промышленного рендеринга. Энергопотребление подобных систем достигает 3–4 кВт, что требует соответствующей инфраструктуры электропитания и охлаждения.

Серверы 4U востребованы в корпоративных средах для развёртывания критически важных приложений. Характерные области применения включают:

• Серверы баз данных. Большой объём оперативной памяти и быстрое дисковое хранилище обеспечивают производительность для СУБД корпоративного класса.
• ERP и бизнес-критичные системы. Избыточность компонентов и возможность горячей замены минимизируют риск простоя.
• Платформы виртуализации. Высокая плотность виртуальных машин достигается за счёт большого количества ядер и памяти.
• Системы видеонаблюдения. Ёмкое хранилище позволяет хранить архив записей за длительный период без внешних массивов.

При выборе 4U-сервера следует учитывать не только текущие потребности, но и перспективы роста. Возможность постепенного наращивания дисковой ёмкости и добавления процессоров позволяет адаптировать систему к изменяющимся требованиям без полной замены оборудования.

Практические рекомендации по выбору

Выбор форм-фактора определяется совокупностью требований к производительности, хранению, расширяемости и условиям эксплуатации. Универсального решения не существует - каждый вариант оптимален для своего класса задач. Прежде чем принимать решение, полезно составить перечень обязательных и желательных характеристик будущего сервера.

Для типовых сценариев можно ориентироваться на следующий алгоритм выбора:

1. Определите требования к накопителям. Если достаточно двух-четырёх SSD - подойдёт 1U. Нужно более восьми дисков 3.5" - минимум 2U, а для 20+ накопителей оптимален формат 3U или 4U.
2. Оцените тепловыделение. Процессоры с TDP выше 165 Вт требуют корпуса минимум 2U. Для конфигураций с несколькими GPU выбирайте 3U или 4U с учётом суммарного энергопотребления.
3. Учтите потребность в расширении. Планируется установка GPU или специализированных карт - проверьте количество и тип доступных слотов PCIe в выбранном форм-факторе.
4. Проанализируйте условия размещения. Коммерческий ЦОД с поюнитовой оплатой - аргумент в пользу компактных серверов. Собственная серверная без звукоизоляции - повод выбрать формат побольше.
5. Рассчитайте совокупную стоимость. Помимо цены оборудования, учитывайте затраты на электроэнергию, охлаждение и аренду места. Иногда один мощный сервер выгоднее нескольких компактных.

Этот алгоритм не претендует на полноту, но помогает структурировать процесс выбора. В нестандартных ситуациях стоит консультироваться с поставщиками оборудования и учитывать специфику конкретного проекта.

Заключение

Форм-фактор серверного корпуса - базовый параметр, определяющий границы возможного. Ошибка в выборе высоты шасси на этапе планирования создаёт ограничения, которые сложно преодолеть без замены оборудования. Компактный 1U-сервер не превратится в хранилище на 36 дисков, а громоздкий 4U окажется избыточным для простых веб-сервисов.

Практика показывает, что для большинства универсальных задач оптимален формат 2U. Он обеспечивает достаточную гибкость при разумных габаритах и стоимости размещения. Корпуса 1U оправданы при массовом развёртывании однотипных сервисов, где критична плотность. Форматы 3U и 4U - выбор для специализированных систем с высокими требованиями к производительности или ёмкости.

Окончательное решение должно учитывать не только текущие задачи, но и перспективу развития инфраструктуры. Запас по расширению стоит относительно недорого, а вот преждевременная замена сервера из-за нехватки слотов или дисковых отсеков обойдётся значительно дороже.