有道是“得高端者得天下”，然而在主機(jī)領(lǐng)域一直是國(guó)產(chǎn)服務(wù)器廠商心中的痛：在利潤(rùn)最高的主機(jī)市場(chǎng)，國(guó)產(chǎn)廠商沒有絲毫的“話語(yǔ)權(quán)”，中國(guó)用戶也只能任由國(guó)外品牌“漫天要價(jià)”。面對(duì)這樣的境況，中國(guó)IT人迎頭而上。1月22日，伴隨著中國(guó)第一臺(tái)關(guān)鍵應(yīng)用主機(jī)——浪潮天梭 K1系統(tǒng)在北京釣魚臺(tái)國(guó)賓館宣布正式上市，中國(guó)行業(yè)信息化核心系統(tǒng)運(yùn)行于國(guó)產(chǎn)化平臺(tái)上成為可能。這臺(tái)凝聚了460位資深工程師四年心血的杰作，也將從根本上扭轉(zhuǎn)了我國(guó)信息戰(zhàn)略受制于人的被動(dòng)局面，中國(guó)也由此成為全球第三個(gè)掌握新一代主機(jī)技術(shù)的國(guó)家。

K1有哪些創(chuàng)新？

浪潮天梭K1系統(tǒng)并不是心血來(lái)潮之物，而是國(guó)家和科技領(lǐng)軍企業(yè)共同為推動(dòng)中國(guó)IT產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有計(jì)劃有步驟地進(jìn)行的。浪潮天梭K1來(lái)源于“高端容錯(cuò)計(jì)算機(jī)研制與應(yīng)用推廣”項(xiàng)目，它是十一五期間國(guó)家863重大專項(xiàng)，該項(xiàng)目由浪潮高效能服務(wù)器和存儲(chǔ)技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室重點(diǎn)承擔(dān)，浪潮天梭K1系統(tǒng)為項(xiàng)目的研究成果。

浪潮集團(tuán)高級(jí)副總裁王恩東

浪潮天梭K1基于自主設(shè)計(jì)的經(jīng)典CC-NUMA架構(gòu)，最大可擴(kuò)展32顆處理器、256核心，4TB全局共享內(nèi)存，系統(tǒng)峰值浮點(diǎn)計(jì)算能力達(dá)到2560GFLOPS，也就是每秒可完成2.56萬(wàn)億次浮點(diǎn)計(jì)算；內(nèi)存總帶寬1177.6GB/s，系統(tǒng)互連總帶寬1088GB/s，系統(tǒng)I/O總帶寬675GB/s，這意味著如果傳輸大小為15G的高清電影，處理器到內(nèi)存之間每秒可傳輸78部，處理器之間每秒可傳輸73部，系統(tǒng)對(duì)外每秒可傳輸45部；系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)支持64路擴(kuò)展，并完成64路原型系統(tǒng)的開發(fā)。

浪潮天梭K1系統(tǒng)

據(jù)高效能服務(wù)器和海量存儲(chǔ)技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任、浪潮集團(tuán)高級(jí)副總裁王恩東介紹，天梭K1在研制過(guò)程中，突破關(guān)鍵應(yīng)用主機(jī)多項(xiàng)核心技術(shù)及工程技術(shù)世界難題，建立了完整的自主化技術(shù)體系，使中國(guó)成為世界上三個(gè)掌握最新關(guān)鍵應(yīng)用主機(jī)核心技術(shù)的國(guó)家之一。

突破一：創(chuàng)新體系結(jié)構(gòu)和協(xié)同芯片組

天梭K1的核心技術(shù)突破之一，就是設(shè)計(jì)開發(fā)了“雙翼可擴(kuò)展多處理器緊耦合共享存儲(chǔ)器體系結(jié)構(gòu)”、與商業(yè)處理器兼容的兩級(jí)目錄Cache一致性協(xié)議，整體開發(fā)了多處理器CC-NUMA體系結(jié)構(gòu)，研制成功關(guān)鍵應(yīng)用主機(jī)兩大核心部件之一處理器協(xié)同芯片組，突破了歐美國(guó)家對(duì)計(jì)算機(jī)“系統(tǒng)緊耦合技術(shù)”的封鎖。

眾所周知，芯片組可以稱得上是計(jì)算機(jī)的“靈魂”和“軀干”，它能力的大小決定了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)整體擴(kuò)展性和I/O等關(guān)鍵技術(shù)表現(xiàn)。通常，普通計(jì)算機(jī)僅有4顆以下處理器，而天梭需要支持32顆處理器，有256個(gè)內(nèi)存插槽，規(guī)模和復(fù)雜度都數(shù)十倍于普通計(jì)算機(jī)。

浪潮天梭K1系統(tǒng)發(fā)布

芯片組主要涉及2項(xiàng)核心技術(shù)：體系結(jié)構(gòu)和緩存一致性。關(guān)鍵應(yīng)用主機(jī)體系結(jié)構(gòu)要解決的核心問(wèn)題是處理器和內(nèi)存的互聯(lián)，天梭K1有32顆處理器，256個(gè)內(nèi)存插槽，將如此規(guī)模的單元互聯(lián)起來(lái)，既要保證數(shù)據(jù)一致，又要將協(xié)同開銷降到最低，以取得更好的性能，這是計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的世界性難題。計(jì)算機(jī)的運(yùn)行過(guò)程中，各個(gè)單元中的數(shù)據(jù)必須保持一致，以避免邏輯錯(cuò)誤。緩存一致性技術(shù)就是確定了體系結(jié)構(gòu)以后，各個(gè)單元之間數(shù)據(jù)同步的規(guī)則。由于關(guān)鍵應(yīng)用主機(jī)系統(tǒng)規(guī)模龐大，處理器、內(nèi)存等單元之間的通訊需要通過(guò)第三方協(xié)同芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)，亦即數(shù)據(jù)先傳輸?shù)絽f(xié)同芯片的緩存，然后再傳輸?shù)絾卧K去。天梭K1系統(tǒng)有數(shù)百個(gè)數(shù)據(jù)同步單元，建立一套復(fù)雜的緩存一致性規(guī)范是十分龐雜的工程，全球具有該項(xiàng)技術(shù)開發(fā)能力的公司不到5家。

浪潮集團(tuán)最終設(shè)計(jì)完成了“雙翼可擴(kuò)展多處理器緊耦合共享存儲(chǔ)器體系結(jié)構(gòu)”，成為國(guó)際上唯一一個(gè)只需要一級(jí)跳步的６４路互聯(lián)系統(tǒng)，目前該技術(shù)已經(jīng)申請(qǐng)中國(guó)和美國(guó)專利。

雙翼可擴(kuò)展多處理器緊耦合共享存儲(chǔ)器體系結(jié)構(gòu)拓?fù)鋱D

突破之二：開發(fā)出我國(guó)第一款通過(guò)UNIX 03認(rèn)證的K-UNIX

如果說(shuō)芯片組是計(jì)算機(jī)的“靈魂”和“軀干”，那操作系統(tǒng)則是計(jì)算機(jī)的“血液”，它將計(jì)算機(jī)的各個(gè)部件協(xié)同運(yùn)作起來(lái)。浪潮成功開發(fā)出了我國(guó)第一款通過(guò)UNIX 03認(rèn)證的操作系統(tǒng)K-UNIX，為天梭K1軟件生態(tài)系統(tǒng)的建設(shè)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

浪潮K-UNIX 是基于LINUX內(nèi)核自主開發(fā)的操作系統(tǒng)，專注關(guān)鍵應(yīng)用，通過(guò)UNIX 03認(rèn)證，意味著K-UNIX進(jìn)入了關(guān)鍵應(yīng)用軟件俱樂部。UNIX03全稱為Open Group UNIX 03認(rèn)證，該認(rèn)證是關(guān)鍵應(yīng)用軟件生態(tài)的入門牌。目前，UNIX仍然是關(guān)鍵應(yīng)用軟件的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，不僅關(guān)鍵應(yīng)用軟件大部分是基于UNIX標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)，而且關(guān)鍵應(yīng)用軟件在UNIX平臺(tái)運(yùn)行時(shí)間也最長(zhǎng)、最成熟，因而，要開拓關(guān)鍵應(yīng)用主機(jī)市場(chǎng)，打入U(xiǎn)nix軟件技術(shù)生態(tài)圈是必須的前提條件，但是該認(rèn)證復(fù)雜大，門檻高，目前只有IBM、HP、蘋果和Oracle四家廠商的產(chǎn)品通過(guò)了該認(rèn)證。

浪潮研制的主板

UNIX 03是操作系統(tǒng)對(duì)SUS v3標(biāo)準(zhǔn)的符合性認(rèn)證，由針對(duì)系統(tǒng)調(diào)用、庫(kù)函數(shù)、編譯器等在內(nèi)的系列標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)成，需經(jīng)過(guò)3200余處UNIX兼容增強(qiáng)，通過(guò)6萬(wàn)余個(gè)UNIX 03測(cè)試項(xiàng)。作為專門面向關(guān)鍵應(yīng)用業(yè)務(wù)開發(fā)的操作系統(tǒng)，K-UNIX不僅針對(duì)CCNUMA架構(gòu)進(jìn)行了專門的優(yōu)化，性能大幅提升，而且在安全性和容錯(cuò)能力方面表現(xiàn)突出。

突破之三：突破了異構(gòu)系統(tǒng)互備運(yùn)行關(guān)鍵技術(shù)

之前，中國(guó)關(guān)鍵應(yīng)用主機(jī)技術(shù)一直處于空白狀態(tài)，對(duì)企業(yè)、政府甚至社會(huì)具有核心意義的關(guān)鍵信息化系統(tǒng)一直運(yùn)行在國(guó)外的產(chǎn)品上，浪潮是這個(gè)領(lǐng)域的初入者，用戶出于風(fēng)險(xiǎn)考慮，也很難把核心系統(tǒng)放到浪潮產(chǎn)品上。浪潮確定了“互備運(yùn)行、逐步替換”的辦法，讓天梭 k1系統(tǒng)走入實(shí)際應(yīng)用中。

浪潮研制的K1電源背板等

經(jīng)過(guò)兼容性研究、系統(tǒng)平臺(tái)/應(yīng)用平臺(tái)移植、基礎(chǔ)性兼容測(cè)試、功能測(cè)試、性能測(cè)試、集成測(cè)試和異構(gòu)平臺(tái)互備運(yùn)行技術(shù)研究，浪潮天梭與國(guó)外關(guān)鍵應(yīng)用主機(jī)系統(tǒng)，搭建了雙機(jī)互備平臺(tái)，天梭K1在幾個(gè)月的運(yùn)行時(shí)間內(nèi)，表現(xiàn)穩(wěn)定，從“備機(jī)”逐步轉(zhuǎn)換為“主機(jī)”，成功實(shí)現(xiàn)了業(yè)務(wù)系統(tǒng)從國(guó)外小型向國(guó)產(chǎn)關(guān)鍵應(yīng)用主機(jī)的移植，以及與國(guó)外小型機(jī)的互備運(yùn)行，為關(guān)鍵行業(yè)應(yīng)用實(shí)現(xiàn)自主可控提供了穩(wěn)妥的技術(shù)方法。天梭K1系統(tǒng)的應(yīng)用示范是在新疆建行完成的，承擔(dān)12個(gè)生產(chǎn)性系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行１年多時(shí)間，完全滿足現(xiàn)有業(yè)務(wù)應(yīng)用要求。

此外，研制天梭K1是中國(guó)企業(yè)第一次進(jìn)入主機(jī)研發(fā)領(lǐng)域，浪潮在產(chǎn)品研制階段遇到了大量的工藝制程瓶頸，特別是PCB設(shè)計(jì)加工方面（PCB，印制線路板，簡(jiǎn)稱印制板，負(fù)責(zé)集成電路等電子元器件之間的電氣互連，是關(guān)鍵應(yīng)用主機(jī)的重要部件之一）。浪潮在PCB材料、化學(xué)、金屬表面處理等進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn)，對(duì)材料編織對(duì)信號(hào)的擾動(dòng)效應(yīng)進(jìn)行了深入研究，繼IBM之后，全球第二個(gè)實(shí)現(xiàn)了600×500超大尺寸、20層高疊層、0.5%高阻抗控制精度的電路板的加工并穩(wěn)定量產(chǎn)。

為什么是浪潮？

“臺(tái)上一分鐘，臺(tái)下十年功。”浪潮天梭K1系統(tǒng)的研制成功，表面上看是460位浪潮工程師四年的嘔心瀝血之作，但實(shí)際上在他們背后是浪潮多年來(lái)的技術(shù)積累和技術(shù)創(chuàng)新的結(jié)果。

作為國(guó)產(chǎn)服務(wù)器的領(lǐng)軍企業(yè)，浪潮從1993年研制成功第一臺(tái)小型機(jī)開始，一直為建立自主的中國(guó)服務(wù)器產(chǎn)業(yè)踐行高端戰(zhàn)略。1993年,浪潮推出了中國(guó)第一臺(tái)小型機(jī)——可擴(kuò)展10顆處理器的SMP2000，標(biāo)志著中國(guó)開始有了自己的服務(wù)器產(chǎn)業(yè)；1996年，浪潮集團(tuán)建立了國(guó)內(nèi)第一條專業(yè)服務(wù)器生產(chǎn)線，開啟了國(guó)產(chǎn)服務(wù)產(chǎn)業(yè)國(guó)際化進(jìn)程，同年起至今一直保持國(guó)產(chǎn)品牌銷量第一；2002年，浪潮發(fā)布天梭工程，吹響了國(guó)產(chǎn)品牌進(jìn)軍高端的號(hào)角，天梭系列高端商用服務(wù)器多次獲得國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)；2009年9月，四路服務(wù)器NF560D2銷量突破10000臺(tái)，成為中國(guó)服務(wù)器產(chǎn)業(yè)第一款銷量破萬(wàn)的四路服務(wù)器，標(biāo)志著浪潮已經(jīng)完成中低端產(chǎn)業(yè)的布局，為全面突破高端奠定了基礎(chǔ)；2010年4月2日，浪潮正式推出了國(guó)內(nèi)第一款自主設(shè)計(jì)的8路服務(wù)器——天梭TS850，僅用1年時(shí)間該產(chǎn)品即成為市場(chǎng)占有率前三強(qiáng)，該產(chǎn)品是入門級(jí)高端服務(wù)器，初步顯示了浪潮在高端領(lǐng)域的實(shí)力。

2013年初，浪潮天梭K1系統(tǒng)面世，這是一款主流的高端服務(wù)器，十幾年時(shí)間，浪潮從突破高端開始，至今已經(jīng)初步完成了高端產(chǎn)業(yè)布局。

作為高端戰(zhàn)略的核心組成部分，研發(fā)體系和能力建設(shè)一直浪潮集團(tuán)的工作重點(diǎn)。經(jīng)過(guò)多年積累，浪潮已經(jīng)建成了由三級(jí)研發(fā)體系、自動(dòng)化知識(shí)管理體系等構(gòu)成的領(lǐng)先創(chuàng)新系統(tǒng)。在三級(jí)研發(fā)體系的基礎(chǔ)上，浪潮以核心技術(shù)為關(guān)注焦點(diǎn)，創(chuàng)造性的提出 “技術(shù)專利化、專利標(biāo)準(zhǔn)化、標(biāo)準(zhǔn)國(guó)際化”的知識(shí)產(chǎn)權(quán)戰(zhàn)略。知識(shí)產(chǎn)權(quán)工作已經(jīng)貫穿于浪潮技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)品研發(fā)的全過(guò)程。僅2011年，集團(tuán)就申請(qǐng)國(guó)家專利802項(xiàng)，其中發(fā)明專利占55%，牽頭制定國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)4項(xiàng)，參與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)21項(xiàng)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)6項(xiàng)，推動(dòng)發(fā)布國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)1項(xiàng)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)9項(xiàng)。

此外，浪潮還非常注重人才培養(yǎng)，設(shè)立了首席知識(shí)官，打造企業(yè)“智庫(kù)”。目前，浪潮擁有各類研究與開發(fā)人員1500多人。擁有博士以上高級(jí)專家22人，享受國(guó)務(wù)院特殊津貼5人，山東省科技拔尖人才11人，擁有外籍高層次人才30多人。這些都是浪潮研發(fā)天梭K1乃至更高性能服務(wù)器的“本錢”。

正如浪潮集團(tuán)董事長(zhǎng)兼CEO孫丕恕所說(shuō)，浪潮天梭K1是中國(guó)大型主機(jī)產(chǎn)業(yè)的開端，下一步浪潮將繼續(xù)向服務(wù)器產(chǎn)業(yè)更為核心的技術(shù)探索突破，并將攜手關(guān)鍵行業(yè)的客戶打開高端行業(yè)壁壘，為推動(dòng)我國(guó)關(guān)鍵業(yè)務(wù)系統(tǒng)國(guó)產(chǎn)化應(yīng)用，建立國(guó)產(chǎn)化產(chǎn)業(yè)圈做出更多的努力。

浪潮天梭K1系統(tǒng)研發(fā)故事

1、方寸之間的千針萬(wàn)線

天梭K1系統(tǒng)是一個(gè)龐大的研發(fā)工程，從芯片、到板卡，需要海量的研發(fā)工作量。

先后研制大規(guī)模芯片數(shù)十個(gè)。特別是處理器協(xié)同芯片，這是計(jì)算機(jī)中唯一復(fù)雜度可與處理器相比的芯片部件，浪潮研制的芯片組集成了4.5億個(gè)晶體管，有2577根管腳，而intel最高端的通用處理器至強(qiáng)E7集成的晶體管數(shù)量也不過(guò)14億個(gè)，針腳數(shù)只有1567個(gè)，如此數(shù)量、如此規(guī)模的芯片設(shè)計(jì)是國(guó)內(nèi)十分少見的。

一般的多處理器計(jì)算機(jī)的板卡不超過(guò)5塊，系統(tǒng)布線在5000-7000條。而天梭K1系統(tǒng)板卡數(shù)量超過(guò)110塊，布線90000條以上。特別是計(jì)算板，尺寸只有50cm*60cm，如此狹小的面積上有40000個(gè)管腳，20層布線，挑戰(zhàn)了業(yè)界計(jì)算板卡加工工藝極限。最終設(shè)計(jì)完成后，整套系統(tǒng)有300個(gè)傳感器，367種、2177個(gè)零件。

2、“大和小”的藝術(shù)平衡

天梭K1體積和內(nèi)部的板卡多大合適，看似一個(gè)十分初級(jí)的問(wèn)題，但卻必須要經(jīng)驗(yàn)豐富的資深專家才能解決。從信號(hào)和供電的角度講，天梭k1做的越小越好，因?yàn)樾盘?hào)傳輸距離過(guò)長(zhǎng)會(huì)產(chǎn)衰減、失真現(xiàn)象，供電會(huì)有壓降問(wèn)題，但是散熱問(wèn)題就會(huì)隨之而來(lái)，K1系統(tǒng)最大功耗有20Kw，平均發(fā)熱密度超過(guò)普通服務(wù)器60%，而且在計(jì)算板卡發(fā)熱密度更高，散熱這一常規(guī)性問(wèn)題變成技術(shù)卡口。

在通用服務(wù)器領(lǐng)域經(jīng)驗(yàn)豐富的浪潮工程師在關(guān)鍵應(yīng)用主機(jī)領(lǐng)域還是新入者，談不上經(jīng)驗(yàn)，只能在“戰(zhàn)爭(zhēng)中學(xué)習(xí)戰(zhàn)爭(zhēng)”。他們先后設(shè)計(jì)了20多個(gè)版本的系統(tǒng)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，才最終平衡散熱和尺寸的問(wèn)題。其中計(jì)算板尺寸50cm*60cm，已經(jīng)是國(guó)內(nèi)最大的主板，甚至一度超出了國(guó)內(nèi)PCB板卡加工工藝的極限，實(shí)現(xiàn)“10Gbps信號(hào)傳輸距離超過(guò)30英寸”、“6.4GT/s 21路并行傳輸超過(guò)21英寸”等多項(xiàng)業(yè)界信號(hào)傳輸距離的新紀(jì)錄。