Equipos de centro de proceso de datos: servidores, características y entornos BLADE

Un centro de proceso de datos (CPD) alberga los servidores que prestan los servicios de cómputo, junto con los armarios rack que los sostienen, su cableado, su alimentación y su refrigeración. Este tema describe los formatos físicos de servidor, las características de su CPU, su memoria y su almacenamiento interno, los elementos que elevan su disponibilidad —incluida la gestión remota fuera de banda— y los entornos BLADE, que llevan la consolidación de un CPD un paso más allá del simple rack. El almacenamiento centralizado (SAN y NAS) se sitúa, sin desarrollarlo, en el último apartado.

1. Equipos de centro de proceso de datos: formatos de servidor

Un servidor puede fabricarse en tres formatos físicos:

• Torre (tower): una caja autónoma, como un ordenador de sobremesa grande, que se coloca en el suelo o en una estantería. Es el formato típico de pequeñas oficinas y sucursales; un fabricante ofrece «un completo portfolio de servidores torre... para ofrecer una base sólida sobre la que ejecutar sus negocios y organizaciones» con «un coste de adquisición consistentemente bajo». Algunos modelos de torre son convertibles a rack mediante un kit mecánico (por ejemplo, un servidor «Tower or 5U Rack-mountable»).

• Rack: un servidor diseñado para atornillarse en un armario rack de 19 pulgadas de ancho, apilado junto a otros equipos. Un fabricante describe su gama como «un completo portfolio de servidores rack con zócalos (sockets) de CPU, en formato 1U, 2U y 4U».

• Blade: una «hoja» de cómputo que no lleva fuente de alimentación ni ventilación propias, sino que se inserta en un chasis común que se las suministra a todas las hojas instaladas (ver apartado 6).

La unidad de rack («U»)

La altura de los racks y de los equipos que se instalan en ellos se mide en unidades de rack, abreviadas U: una unidad de rack equivale exactamente a 1,75 pulgadas (44,45 mm) de espacio vertical, y los equipos se dimensionan en múltiplos de esa unidad (1U, 2U, 4U...). El formato físico (1U, 2U...) solo indica el tamaño del equipo, no su potencia: un servidor 1U puede llevar un procesador y una memoria mucho más potentes que otro, gracias a diseños que concentran más capacidad en el mismo espacio. Para instalarse, un servidor rack necesita un rack estándar de 19 pulgadas, con pestañas (flanges) perforadas que coinciden con los raíles verticales del armario. Un servidor rack moderno concreto ilustra el formato: 2U de altura (86,8 mm), con hasta dos procesadores, hasta 32 ranuras de memoria y varias bahías de disco en el frontal.

Entre los elementos auxiliares de un CPD está la placa ciega (blanking plate): una placa sólida que se coloca sobre los huecos no utilizados del rack para mantener el flujo de aire eficiente entre los equipos instalados (además de por estética).

2. El procesador (CPU) de un servidor

Núcleos, hilos y multiprocesador (sockets)

Un servidor puede llevar uno o varios procesadores físicos, cada uno en su propio zócalo (socket), para repartir la carga de trabajo entre más núcleos: a esto se le llama multiprocesador. Un servidor rack actual admite, por ejemplo, hasta dos procesadores (2 sockets); los procesadores de gama alta para servidor llegan a ofrecer configuraciones de uno, dos, cuatro u ocho sockets por sistema. Dentro de cada procesador, el número de núcleos físicos ha crecido mucho: una familia de procesadores de servidor ofrece hasta 60 núcleos por socket, y otra, hasta 64 núcleos por procesador.

Además de los núcleos físicos, la mayoría de procesadores de servidor ejecutan más de un hilo (thread) por núcleo: Intel llama a esta técnica Hyper-Threading, e implementaciones equivalentes de otros fabricantes la llaman multihilo simultáneo (SMT, Simultaneous Multithreading) y permiten que dos hilos de hardware distintos se ejecuten de forma independiente, compartiendo la caché L2 del núcleo. Con SMT activado, un grupo de ocho núcleos físicos puede llegar a sostener 16 hilos simultáneos; a nivel de todo el procesador, un chip de servidor de gama alta puede ofrecer más de 128 hilos por socket.

Caché

Cada núcleo de un procesador de servidor tiene su propia caché L1 (separada para instrucciones y para datos, de hasta 32 KB cada una en una familia actual) y su propia caché L2 privada (hasta 1 MB por núcleo en esa misma familia). Por encima, un grupo de núcleos comparte una caché de último nivel (LLC, Last Level Cache), normalmente llamada L3: por ejemplo, un grupo de hasta ocho núcleos comparte 16 MB de caché L3, y a nivel de todo el procesador la caché compartida puede llegar hasta 100 MB. Otro diseño de CPU de servidor, el Neoverse V3 de Arm, destaca por llevar hasta 3 MB de caché L2 privada por núcleo, la mayor de su gama.

Arquitecturas de CPU de servidor: x86-64 y ARM

La mayoría de servidores de centro de datos usan procesadores de arquitectura x86 de 64 bits: AMD documenta la suya en su AMD64 Architecture Programmer's Manual, e Intel ofrece la familia Xeon Scalable, con sockets de hasta 8 vías y memoria DDR5. Como alternativa, existen procesadores de arquitectura ARM diseñados específicamente para infraestructura de centro de datos: la familia Neoverse de Arm (series N, V y E) se ofrece en licencia a distintos fabricantes de chips para montar servidores de nube y de borde, con núcleos dedicados que, según su fabricante, dan «rendimiento consistente», «escalabilidad lineal» y «mayor seguridad al no compartir recursos entre hilos» —a diferencia del SMT de los procesadores x86—.

Virtualización asistida por hardware

Para ejecutar varias máquinas virtuales de forma eficiente, los procesadores de servidor incluyen extensiones de virtualización asistida por hardware. Intel las documentó originalmente como VT-x (Intel Virtualization Technology for the IA-32 architecture): añade dos nuevos modos de funcionamiento del procesador, la operación raíz de VMX (para el hipervisor o VMM) y la operación no raíz de VMX (para cada máquina virtual), con transiciones específicas entre ambas llamadas entrada de VM (VM entry) y salida de VM (VM exit), gestionadas por una estructura de control llamada VMCS. AMD ofrece una extensión equivalente en sus procesadores EPYC, que el propio fabricante describe como «la base ideal para infraestructura virtualizada», y añade funciones de seguridad asociadas a la virtualización como el cifrado seguro de memoria (SEV, Secure Encrypted Virtualization). En el mundo ARM, componentes del sistema como la MMU-700 habilitan la virtualización en el mundo seguro de ARM, y el controlador de interrupciones GIC-700 acelera por hardware la entrega de interrupciones virtuales a las máquinas virtuales.

3. La memoria de un servidor

ECC y memoria registrada (RDIMM) frente a no registrada (UDIMM)

La memoria de un servidor casi siempre lleva código de corrección de errores (ECC, Error-Correcting Code): «un esquema para comprobar la corrección de los datos que se han almacenado y leído, y corregirlos si es necesario». Los módulos de memoria se presentan en formato DIMM (Dual Inline Memory Module, «un conjunto de circuitos integrados de memoria de acceso aleatorio montados en una placa de circuito»); dentro de los DIMM de servidor, los fabricantes distinguen la memoria registrada (RDIMM) de la no registrada (UDIMM). Un servidor rack actual admite hasta 32 ranuras DIMM y «solo admite módulos DDR5 ECC registrados» (RDIMM), hasta 8 TB en total; otra familia de procesadores de servidor solo admite memoria RDIMM y 3DS RDIMM —esta última, con capacidades mayores por módulo (hasta 512 GB, frente a un máximo de 96 GB en los RDIMM normales de esa misma familia)— y declara expresamente que no admite LRDIMM, UDIMM ni NVDIMM-N/P.

Canales de memoria

Cada procesador de servidor accede a la memoria a través de varios canales de memoria en paralelo, cada uno con su propio controlador: más canales poblados significan más ancho de banda disponible. Una familia de procesadores de servidor ofrece hasta 6 canales DDR5 por procesador; otra familia de la competencia, hasta 8 canales DDR5 por procesador a 4.800 MT/s. El fabricante de memoria recomienda poblar la memoria de forma equilibrada entre canales (por ejemplo, usando 1, 2, 4, 6, 8, 10 o 12 canales) para maximizar el ancho de banda real obtenido.

NUMA

En un servidor con más de un procesador (o con un procesador dividido internamente en varios dominios de memoria), el acceso a la memoria no es uniforme: a esto se le llama arquitectura de acceso no uniforme a memoria (NUMA, Non-Uniform Memory Access), definida como «una arquitectura de computador que permite que la memoria sea compartida por varios procesadores, pero con distintos procesadores teniendo distinta velocidad de acceso a distintas partes de la memoria». En la práctica, un núcleo accede más rápido a la memoria «de su propio» controlador (su nodo NUMA) que a la memoria conectada al controlador de otro procesador o de otro dominio del mismo chip; el sistema operativo y el hipervisor deben tener esto en cuenta para colocar los procesos cerca de «su» memoria. Un fabricante de procesadores de servidor permite configurar cuántos nodos NUMA por socket (NPS) tiene cada procesador físico (por ejemplo, NPS=1 para un único nodo que agrupe todos los canales, o NPS=2 para dividir el procesador en dos mitades con su propia memoria «local»), ajustando así el reparto entre rendimiento máximo en memoria local y simplicidad para el sistema operativo.

4. Almacenamiento interno del servidor

Discos (HDD/SSD) e interfaces

Un servidor lleva, además de la memoria, unidades de almacenamiento internas: discos duros mecánicos (HDD) o unidades de estado sólido (SSD), alojadas en bahías de disco accesibles por el frontal (o, en algunos modelos, también por la parte trasera). Esas unidades se conectan mediante distintas interfaces: SATA y SAS (Serial Attached SCSI) para discos tradicionales, o NVMe —abreviatura de NVM Express, «la interfaz de controlador de host estandarizada y de alto rendimiento para SSD con PCI Express»— para unidades de estado sólido conectadas directamente al bus PCI Express. Un servidor rack actual, por ejemplo, ofrece bahías para hasta 24 unidades de 2,5 pulgadas SAS/SATA/NVMe en el frontal, con hasta 368,64 TB de capacidad combinada.

NVMe frente a SATA/SAS: NVMe se diseñó específicamente para unidades de estado sólido conectadas por PCI Express, con una interfaz de colas mucho más profunda que las interfaces heredadas de los discos mecánicos: admite hasta 64.000 colas, cada una con hasta 64.000 comandos pendientes, frente a las colas únicas y mucho más limitadas de SATA y SAS; además, PCI Express ofrece más ancho de banda por carril y menor latencia de plataforma (de en torno a 10 microsegundos a solo 3) que una controladora SAS externa, con menor consumo y coste al eliminar el controlador SAS intermedio.

Controladoras RAID internas y arranque hot-swap

Para proteger los datos frente al fallo de un disco, un servidor suele llevar una controladora RAID interna (acrónimo de Redundant Array of Independent Disks, «matriz redundante de discos independientes») dedicada a las unidades instaladas en sus propias bahías: un servidor rack actual ofrece varios modelos de controladora RAID interna dedicada, además de un subsistema de arranque optimizado con RAID por hardware sobre un par de unidades NVMe M.2 internas, pensado solo para el sistema operativo. Algunos procesadores de servidor incluyen incluso la función de RAID directamente en el propio chip, para no necesitar una tarjeta controladora aparte en configuraciones sencillas.

Hot-swap

Las unidades de disco de un servidor —y, en los modelos blade, también los discos de las hojas— suelen ser de tipo hot-swap (también llamado hot-plug): pueden extraerse e instalarse con el equipo encendido y en funcionamiento, sin necesidad de apagarlo, lo que permite sustituir un disco averiado sin interrumpir el servicio. Un fabricante de servidores blade señala que el diseño de su disipador permite liberar más espacio en la hoja «para ranuras DIMM y discos duros hot-plug».

5. Elementos de disponibilidad del servidor

Fuentes de alimentación y ventiladores redundantes

Un servidor de centro de datos suele llevar más de una fuente de alimentación, de modo que si una falla, las restantes asuman la carga sin que el servidor se apague: un servidor rack actual ofrece hasta diez modelos distintos de fuente, todos descritos como de redundancia hot-swap (se pueden sustituir con el equipo encendido). Lo mismo ocurre con la refrigeración: ese mismo servidor admite hasta seis ventiladores hot-plug, y un chasis blade típico reparte sus ventiladores en módulos redundantes (por ejemplo, con una redundancia de «3+1» en los ventiladores frontales y «4+1» en los traseros, también hot-swap).

Gestión remota fuera de banda: BMC, iLO, iDRAC, IPMI y Redfish

Casi todo servidor de centro de datos lleva un pequeño procesador de gestión integrado, independiente de la CPU y del sistema operativo principal, llamado de forma genérica controlador de gestión de la placa base (BMC, Baseboard Management Controller). Cada fabricante le da su propio nombre comercial: HPE lo llama iLO (Integrated Lights-Out) y Dell lo llama iDRAC (Integrated Dell Remote Access Controller). El propósito es el mismo: permitir gestión remota fuera de banda, es decir, encender, apagar, reiniciar, monitorizar la salud del hardware, actualizar el firmware o instalar un sistema operativo en el servidor sin necesidad de agentes ni de un sistema operativo ya funcionando, y aunque el servidor esté apagado (basta con que reciba alimentación y red). El fabricante de iDRAC lo resume así: permite «desplegar, monitorizar, gestionar, configurar, actualizar y solucionar problemas» de sus servidores «desde cualquier lugar sin usar agentes».

Para comunicarse con el BMC existen protocolos estandarizados. El más antiguo y extendido es IPMI (Intelligent Platform Management Interface): un estándar más antiguo para gestión fuera de banda, limitado a un conjunto de comandos «mínimo común denominador» (por ejemplo, encender, apagar, reiniciar, leer una temperatura o acceder a una consola de texto), lo que obligaba a cada fabricante a añadir sus propias extensiones no compatibles entre sí; sigue en uso hoy, tanto por conexión serie como por red (IPMI over LAN), como una de las vías de acceso a controladores como iDRAC. El estándar más moderno, impulsado por la organización de estándares DMTF, es Redfish: un protocolo con interfaz RESTful sobre HTTP y datos en JSON, pensado como sustituto seguro y compatible con múltiples nodos de IPMI-over-LAN, y que organiza los recursos del servidor en «colecciones» (por ejemplo, la colección Managers agrupa los BMC y otros gestores de la infraestructura, y la colección Chassis agrupa los aspectos físicos: racks, chasis y hojas blade). Los servidores actuales ofrecen de forma nativa una API RESTful con Redfish además de las interfaces heredadas.

6. Entornos BLADE

Un sistema blade es «un sistema de cómputo o almacenamiento compuesto por un chasis que aporta alimentación, refrigeración y otra infraestructura común, y una o varias unidades de servidor o almacenamiento extraíbles, llamadas habitualmente hojas (blades)»; los sistemas blade «se diseñan como una solución escalable para empaquetar y operar de forma eficiente varias unidades de proceso o almacenamiento en un único chasis», y están pensados para que un técnico pueda añadir o sustituir placas en caliente (hot-swappable) con facilidad en campo.

El chasis (enclosure) y sus elementos compartidos

El chasis (o enclosure) es el armazón común que se instala en el rack y en el que se insertan las hojas, los módulos de interconexión, las fuentes de alimentación y los ventiladores. Un chasis blade típico ocupa varias unidades de rack (por ejemplo, 7U o 10U, según el modelo y el fabricante) y puede albergar, según su diseño, hasta ocho hojas de cómputo de ancho estándar (o el doble de hojas si son de media altura), varios módulos de interconexión de red/almacenamiento y hasta seis fuentes de alimentación compartidas. El chasis reparte entre todas las hojas instaladas la alimentación, la refrigeración y la administración, de modo que ninguna hoja necesita su propia fuente ni sus propios ventiladores.

Backplane y midplane

La conexión eléctrica entre las hojas, los módulos de interconexión y las fuentes de alimentación se realiza a través de una o varias placas internas sin componentes activos, a las que según el fabricante y el diseño se llama midplane (plano intermedio) o backplane (plano de fondo). Un fabricante describe su chasis como dotado de un «midplane NonStop» de alta velocidad y 5 terabits por segundo, puramente pasivo (es decir, «sin componentes activos»), que conecta por un lado los conectores de las hojas de servidor/almacenamiento y por otro los conectores de los módulos de interconexión, separado de una «placa de alimentación agrupada» (pooled-power backplane) que reparte la energía; separar ambas funciones reduce el estrés térmico sobre el midplane de señal. Otro fabricante, en un chasis más moderno, llama a su placa principal placa de distribución principal (main distribution board) —también «sin componentes activos»— y describe además interconexiones específicas «basadas en midplane» para el tráfico de almacenamiento entre las hojas y los módulos de E/S.

Módulos de interconexión

En la parte trasera del chasis se instalan los módulos de interconexión, que sustituyen al cableado individual de cada servidor por una conexión interna de alta velocidad hacia la red y el almacenamiento: pueden ser conmutadores (Ethernet, Fibre Channel, InfiniBand...) o módulos de paso directo (pass-thru), y suelen instalarse en pareja para ofrecer redundancia. Un chasis concreto dedica, por ejemplo, un conjunto de módulos a interconexión Ethernet directa y otro conjunto a interconexión basada en midplane para tráfico de almacenamiento (Fibre Channel o SAS). Las hojas se conectan a estos módulos mediante tarjetas de interconexión adicionales llamadas tarjetas mezzanine, que amplían la conectividad de red más allá de los puertos integrados de cada hoja.

Alimentación y refrigeración compartidas

Todas las fuentes de alimentación del chasis vierten su energía a un fondo común (pooled power) del que puede disponer cualquier hoja instalada, lo que permite elegir distintos modos de redundancia (por ejemplo, redundancia N+1, con una fuente de reserva, o redundancia N+N, con tantas fuentes de reserva como en producción) sin tener que planificar zonas de alimentación separadas. La refrigeración sigue el mismo principio: un conjunto de ventiladores de alto rendimiento, dispuestos en varias zonas del chasis, cubre a la vez a todas las hojas y a los módulos de interconexión, y el sistema puede acelerar o ralentizar los ventiladores según la carga térmica real medida en cada componente. Tanto las fuentes como los ventiladores de un chasis blade son, de nuevo, hot-swap: se gestionan y reemplazan sin detener el chasis.

Ventajas e inconvenientes frente al rack tradicional

Frente a un conjunto equivalente de servidores rack independientes, un entorno blade concentra la alimentación, la refrigeración y la gestión en el chasis, lo que —según sus fabricantes— permite una densidad de cómputo muy superior en el mismo espacio de rack (un fabricante cuantifica hasta un 60 % más de densidad que con servidores rack tradicionales, con sus ventiladores consumiendo solo la mitad de la energía) y una gestión centralizada de todo el chasis desde un único punto (módulo de gestión del chasis, con interfaz web, línea de comandos o panel local), en lugar de administrar cada servidor por separado. Como contrapartida, el chasis introduce una dependencia de compatibilidad entre generaciones y fabricantes: un chasis de nueva generación de un fabricante, por ejemplo, admite únicamente las hojas de su propia generación más reciente y no admite las hojas de los chasis anteriores de esa misma gama; y el peso y el tamaño del chasis completo —por ejemplo, hasta 182 kg plenamente cargado— puede exigir raíles y racks reforzados, sin soporte para racks de solo dos postes.

7. Sistemas de almacenamiento centralizado: SAN y NAS

El almacenamiento interno descrito en el apartado 4 no es la única forma de dar almacenamiento a un servidor: cuando varios servidores (en rack o en blade) necesitan compartir una misma reserva de datos, se recurre a almacenamiento centralizado fuera del propio servidor. Una SAN (Storage Area Network, red de área de almacenamiento) es «una red cuyo propósito principal es la transferencia de datos entre sistemas informáticos y dispositivos de almacenamiento, y entre dispositivos de almacenamiento entre sí», habitualmente asociada a servicios de bloque. Una NAS (Network Attached Storage, almacenamiento conectado en red) es, en cambio, el término con el que se designa a los «dispositivos de almacenamiento que se conectan a una red y ofrecen servicios de acceso a ficheros a los sistemas informáticos». Las dos tecnologías —su arquitectura interna, sus protocolos y sus cabinas— se desarrollan en otro contenedor de este banco de preguntas.

Fuentes: SNIA, SNIA Dictionary v.2016.1 (https://www.snia.org/sites/default/files/dictionary/SNIADictionaryv2016_1.pdf); Lenovo, «What is 1u?» (https://www.lenovo.com/gb/en/glossary/what-is-1u/); Dell Technologies, PowerEdge R760 Spec Sheet, junio de 2024 (https://www.delltechnologies.com/asset/en-us/products/servers/technical-support/poweredge-r760-spec-sheet.pdf); Dell Technologies, PowerEdge Server Portfolio Brochure (GST_1147) (https://i.dell.com/sites/doccontent/business/large-business/en/Documents/right-1-GST_1147_PowerEdge_Server_Portfolio_Brochure.pdf); Dell EMC, PowerEdge MX7000 Technical Guide (https://i.dell.com/sites/csdocuments/Product_Docs/en/dell_emc_poweredge_mx7000_technical_guide.pdf); Dell, Integrated Dell Remote Access Controller 9 (iDRAC9) User's Guide, diciembre de 2020 (https://dl.dell.com/topicspdf/44010ug_en-us.pdf); HP, Technologies in the HP BladeSystem c7000 Enclosure (technology brief) (https://community.hpe.com/hpeb/attachments/hpeb/itrc-775/29757/1/Technologies%20in%20the%20HP%20BladeSystem%20c7000%20Enclosure.pdf); Intel Corporation, 4th Gen Intel Xeon Scalable Processors Product Brief (https://download.intel.com/newsroom/2023/data-center-hpc/4th-Gen-Xeon-Scalable-Product-Brief.pdf); Gil Neiger, Amy Santoni, Felix Leung, Dion Rodgers y Rich Uhlig (Intel Corporation), «Intel Virtualization Technology: Hardware Support for Efficient Processor Virtualization», Intel Technology Journal, vol. 10, núm. 3, agosto de 2006 (https://course.ece.cmu.edu/~ece845/docs/vt-overview-itj06.pdf); AMD, AMD EPYC 8004 Series Architecture Overview, publicación 58268, mayo de 2024 (https://docs.amd.com/api/khub/documents/7HYBEP83IGNYJKH5mRVl5A/content); AMD, AMD EPYC 9004 Series Memory Population Recommendations, publicación 58269, 2023 (https://docs.amd.com/api/khub/documents/zynTogiENLgLxWEd4075vQ/content); AMD, página de producto AMD EPYC (https://www.amd.com/en/products/processors/server/epyc.html); Arm, página de producto Neoverse N2 (https://www.arm.com/products/silicon-ip-cpu/neoverse/neoverse-n2); Arm, página de producto Neoverse (https://www.arm.com/products/silicon-ip-cpu/neoverse); DMTF, «Redfish – Simple and Secure Management for Converged, Hybrid IT», Technical Note, enero de 2023 (https://www.dmtf.org/sites/default/files/Redfish_Tech_Note_January_2023_%20FINAL%20.pdf); Amber Huffman (Intel Corporation), «NVM Express: Optimized Interface for PCI Express SSDs», presentación de NVM Express, Inc. (https://www.nvmexpress.org/wp-content/uploads/NVM-Express-Optimized-Interface-for-PCI-Express-SSDs-SF13_SSDS004_100.pdf). Consultadas el 11/10/2026.*