兼?zhèn)鞒胁?chuàng)新 浪潮商用機器K1 Power是如何煉成的？

至頂網(wǎng)計算頻道 11月08日 新聞消息(文/李祥敬)：隨著數(shù)字經(jīng)濟的蓬勃發(fā)展以及企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的深入，特別是人工智能、云計算等新一代IT技術(shù)的驅(qū)動，新的工作負載和應用場景對算力等提出了更高要求，企業(yè)亟需面向未來的擴展靈活、性能強大的系統(tǒng)環(huán)境和IT基礎(chǔ)設(shè)施。

浪潮K1作為國內(nèi)高端服務(wù)器的典型代表，備受市場接納與認可。而Power也以高可用、高可靠、高品質(zhì)和安全等特性，是業(yè)界備受青睞的IT基礎(chǔ)架構(gòu)。而在浪潮商用機器的積極推動下，打造的K1 Power服務(wù)器產(chǎn)品為市場提供了多樣化的選擇。從設(shè)計、加工、測試、生產(chǎn)交付等環(huán)節(jié)，貫穿整個使用壽命周期的K1 Power服務(wù)器憑借強大的性能以及開放、融合的多云架構(gòu)，正在成為企業(yè)應對數(shù)字化挑戰(zhàn)和驅(qū)動業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)型的重要抓手。

浪潮商用機器有限公司副總經(jīng)理黃家明

浪潮商用機器有限公司副總經(jīng)理黃家明表示，從研發(fā)的角度看，Power其實不再是一個封閉的系統(tǒng)，浪潮商用機器基于已有的小型機開發(fā)實踐對K1 Power服務(wù)器進行了全新的設(shè)計，從固件的開發(fā)、KUX操作系統(tǒng)到Linux、AIX(Advanced Interactive eXecutive)的兼容，Power的整個生態(tài)系統(tǒng)正在從封閉走向開放。

技術(shù)路線切換下的傳承與創(chuàng)新

在小型機方面，浪潮一直引領(lǐng)潮流。1993年，浪潮成功研制出中國首臺小型機服務(wù)器;2007年，高效能服務(wù)器和存儲技術(shù)國家重點實驗室落戶浪潮，招募精英研發(fā)團隊在高端服務(wù)器和存儲領(lǐng)域進行全面研究;2010年，400多位浪潮工程師耗費4年研制成功K1小型機，突破多項小型機核心技術(shù)，使得中國成為除美國、日本之外全球第三個具備關(guān)鍵應用主機研制能力的國家，浪潮成為全球第五家具備關(guān)鍵應用主機研制能力的企業(yè);2015年，K1系列小型機榮獲國家科技進步一等獎;2018年，基于POWER處理器的K1 Power產(chǎn)品線成功上市，在2019年上半年中國UNIX市場的市占率超64%。

這一系列的亮麗成績來源于浪潮強大的研發(fā)團隊以及成功突破小型機核心技術(shù)。黃家明說，浪潮在小型機方面有著悠久歷史，進行了很多創(chuàng)新性的技術(shù)研發(fā)。比如高端服務(wù)器的最大困難是處理器的互聯(lián)以及內(nèi)存一致性協(xié)議的技術(shù)。浪潮突破了這個技術(shù)，通過具有良好擴展性和容錯性的雙翼可擴展緊耦合體系架構(gòu)，實現(xiàn)互連網(wǎng)絡(luò)單跳步32路擴展，可有效降低高端容錯計算機系統(tǒng)互連延遲，提高系統(tǒng)高可用能力。這樣成為我國首個獲得PCT國際專利授權(quán)的關(guān)鍵應用主機體系結(jié)構(gòu)設(shè)計發(fā)明專利。

此外，在高速互連芯片方面，浪潮也實現(xiàn)了技術(shù)突破，成功研制出處理器協(xié)同芯片，使得中國成為繼美、日之后全球第三個掌握此核心技術(shù)的國家。在操作系統(tǒng)方面，KUX操作系統(tǒng)成為全球第五款，國內(nèi)首款通過UNIX03標準認證的操作系統(tǒng)，國內(nèi)唯一通過國家信息系統(tǒng)安全等級保護三級認證的Unix系統(tǒng)。K1榮獲2015年國家科技進步一等獎，標志著中國的關(guān)鍵數(shù)據(jù)從此可以運行在自主平臺上，成為我國信息化建設(shè)自主可控戰(zhàn)略的重要布局。

黃家明表示，正是這些創(chuàng)新研發(fā)技術(shù)為浪潮商用機器圍繞Power處理器進行K1 Power服務(wù)器的研發(fā)打下了堅實的基礎(chǔ)?，F(xiàn)在浪潮商用機器研發(fā)團隊骨干精英全部擁有10年以上高端服務(wù)器設(shè)計經(jīng)驗，全程參與了浪潮K1、M13、4/8路x86等高端服務(wù)器產(chǎn)品的研發(fā)，是目前國內(nèi)高端服務(wù)器研發(fā)領(lǐng)域最優(yōu)秀的團隊。

同時，浪潮商用機器在北京、濟南兩大研發(fā)實驗室投資上千萬元配備PCIe 4.0誤碼儀、59GHz高速示波器、矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀等頂級硬件研發(fā)測試設(shè)備，進行業(yè)界領(lǐng)先的高速信號真和測試。實驗室配備專業(yè)的電子設(shè)計自動化工具(EDA)，研發(fā)專家團隊具有從系統(tǒng)原理到主板PCB設(shè)計的全流程設(shè)計能力，可對結(jié)構(gòu)、電源、信號、散熱等服務(wù)器核心模塊進行快速研發(fā)。而且專業(yè)測試設(shè)備能快速診斷定位設(shè)計故障，打造可靠性高于99.9994%的高品質(zhì)高端服務(wù)器產(chǎn)品。

在黃家明看來，從基于安騰的K1到現(xiàn)在的K1 Power，最大的區(qū)別是技術(shù)路線、技術(shù)架構(gòu)不一樣。一個是Power處理器，一個是安騰處理器。得益于Power處理器的強大性能和一致性結(jié)構(gòu)設(shè)計，系統(tǒng)架構(gòu)更加精簡，這也省了開發(fā)方面的工作量。在整個系統(tǒng)拓撲方面，K1 Power并沒有改變，這樣保持了對上層系統(tǒng)和應用的最大兼容性。

浪潮商用機器在進行K1 Power設(shè)計的時候，會把原來在x86上面的一些在大規(guī)模環(huán)境下驗證過的設(shè)計導入進來，包括新的工藝、新的材料，這樣原來的Power在信號質(zhì)量方面有一個很大的提升的，包括性能測試。黃家明還以功耗設(shè)計為例介紹說，通過把x86平臺上的電源控制和熱管理的系統(tǒng)移植到Power平臺，讓Power成功運行在了客戶指定的功耗水平上面?！巴ㄟ^整合浪潮和IBM的供應鏈，Power產(chǎn)品品質(zhì)、性能、可靠性方面變得更好。無論是在經(jīng)濟性還是在客戶需求滿足方面，K1 Power都表現(xiàn)更加出色?！?/p>

具備先進性的K1 Power是如何煉成的?

K1 Power最顯著的特點就是單機性能，強調(diào)縱向擴展。但是當落實到設(shè)計層面，包括處理器的主頻和I/O擴展能力，它都是一個更高的數(shù)量級，這些對設(shè)計會有新的要求和挑戰(zhàn)。在性能、可靠性、可擴展性，包括安全方面和管理方面，浪潮商用機器進行了諸多思考。

浪潮商用機器有限公司產(chǎn)品研發(fā)部副總經(jīng)理尹宏偉表示，從最早的安騰處理器技術(shù)路線轉(zhuǎn)到Power技術(shù)路線。浪潮商用機器把K1 Power打造成了一款高可用、高品質(zhì)、高可靠和安全的服務(wù)器?！靶阅茏吭?、安全可靠、自主可控是K1 Power的顯著特點，在可管理性、能耗管理、安全性、可靠性、可擴展性、高性能等方面達到了一個新高度，并且通過部件品質(zhì)、系統(tǒng)設(shè)計、制造工藝、生產(chǎn)過程、質(zhì)量控制、流程管理等保證了K1 Power先進性。”

在系統(tǒng)高性能的維度，尹宏偉說，Power服務(wù)器最核心的應用還是核心數(shù)據(jù)庫應用，這就要求性能承載方面表現(xiàn)得足夠強大。POWER9處理器性能、內(nèi)存與I/O帶寬優(yōu)勢，讓K1 Power服務(wù)器在承載核心數(shù)據(jù)庫和開源數(shù)據(jù)庫方面性能優(yōu)勢明顯。借助PowerVM，K1 Power服務(wù)器高度整合核心業(yè)務(wù)負載。

尹宏偉表示，K1 Power服務(wù)器不但要保證強大的性能，更看重整個系統(tǒng)的高度可靠，這是它設(shè)計上的一個很大的訴求。在高可靠性方面，K1 Power服務(wù)器秉持高RAS設(shè)計理念，通過卓越的設(shè)計有效避免出現(xiàn)錯誤和降低故障可能，包括最高品質(zhì)的部件、最低數(shù)量和功耗的部件、嚴苛的單個部件測試、高效創(chuàng)新的散熱設(shè)計、裝配和集成測試。比如服務(wù)處理器FSP偵測及診斷任何潛在錯誤的發(fā)生，通過硬件設(shè)計保證系統(tǒng)持續(xù)運行確?？捎眯?，最大程度保證非停機修復故障實現(xiàn)可服務(wù)性。

此外，K1 Power服務(wù)器關(guān)鍵部件全部冗余設(shè)計，包括冗余DRAM芯片 、冗余Fabric Bus、冗余內(nèi)存總線、冗余I/O控制器、I/O柜、I/O柜鏈路、VIOS等實現(xiàn)可靠的系統(tǒng)設(shè)計。在系統(tǒng)時鐘冗余方面，每個系統(tǒng)控制單元中有兩個冗余的時鐘卡，通過線纜對系統(tǒng)提供冗余的時鐘。當任意一個時鐘卡出現(xiàn)故障時，另一組時鐘 可以無縫切換保持系統(tǒng)穩(wěn)定運行。電源時序控制信號冗余設(shè)計實現(xiàn)更加可靠的電源開關(guān)控制。

K1 Power服務(wù)器多達16萬個故障檢查器實時監(jiān)測系統(tǒng)運行狀態(tài)，遍布全系統(tǒng)的錯誤檢查器及故障隔離寄存器，實時監(jiān)測系統(tǒng)的運行，預測、報告故障的發(fā)生，自動觸發(fā)冗余機制修復故障，首錯數(shù)據(jù)捕獲FFDC(First Failure Data Capture)、校驗與重試、隔離與修復。

尹宏偉說，K1 Power服務(wù)器堅持系統(tǒng)可靠性設(shè)計理念：Reliability + FSP + Availability + Serviceability，在物理可靠性、軟錯誤修復等方面實現(xiàn)系統(tǒng)全堆?？煽啃栽O(shè)計。

高品質(zhì)實際上就是高質(zhì)量或者是高可靠性。通過冗余實現(xiàn)故障的處理、隔離修復，這些是屬于設(shè)計層面的。高品質(zhì)是屬于實現(xiàn)層面的，K1 Power服務(wù)器的縱向擴展服務(wù)器的主板層數(shù)多達40層，確保良好的信號完整性，從而保證整體系統(tǒng)的可靠性。尹宏偉解釋說，高達40層主板設(shè)計為了保證高速信號在CPU、內(nèi)存、I/O以及加速器之間傳遞的穩(wěn)定性，所有與高速信號走線層相鄰的平面層都是地平面，以此更好地隔絕電子噪音造成的信號串擾。

K1 Power服務(wù)器還采用了高效散熱設(shè)計，包括選用低功耗器件，提升系統(tǒng)局部及整體可靠性;使用銦金屬片導熱材質(zhì)，提升導熱效率近10倍;采用動態(tài)分區(qū)散熱控制技術(shù)，各發(fā)熱區(qū)域獨立風扇轉(zhuǎn)速控制，提高散熱利用率，保障CPU等元器件性能穩(wěn)定發(fā)揮;通過合理的元器件布局，降低高溫對元器件可靠性影響。此外，K1 Power服務(wù)器采用長壽命元器件及部件，提升部件結(jié)構(gòu)化壽命。比如使用壽命22年的高可靠性風扇、遠超7年設(shè)計壽命的抗硫化電阻。

另外，浪潮商用機器借助高精度仿真技術(shù)，降低設(shè)計風險，提升Power服務(wù)器整體設(shè)計品質(zhì)和可靠性，涵蓋結(jié)構(gòu)仿真分析包括結(jié)構(gòu)應力靜態(tài)分析，振動及沖擊結(jié)構(gòu)動態(tài)分析，有效控制結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計風險，提高設(shè)計質(zhì)量;建立精度更高，粒度更細的散熱仿真模型，提高散熱仿真的效率，降低服務(wù)器的散熱與能耗，提升整機可靠性;建立高精度信號仿真，保障Power產(chǎn)品信號傳輸速率，確保信號傳輸質(zhì)量和抗干擾能力。

K1 POWER產(chǎn)品生產(chǎn)測試功能覆蓋率100%、自動化的測試系統(tǒng)，并對每臺產(chǎn)品都進行高強度的可靠性測試。自研部件在開發(fā)過程中進行嚴格的階段測試和整機測試，確保質(zhì)量和性能達到業(yè)界最高水準;浪潮商用機器自認證部件結(jié)合IBM部件合格標準進行認證測試，確保引入部件的品質(zhì)。

在安全性方面，K1 Power服務(wù)器進行了增強的系統(tǒng)安全設(shè)計，支持多種國際標準和中國政府認證，符合商用密碼證書的外置硬件安全模塊(HSM)。開發(fā)國產(chǎn)可信計算模塊(TPM)，實現(xiàn)符合國家可信計算標準，AIX操作系統(tǒng)安全加固模塊(K1 Power SSR)。SSR(Server Security Reinforcement)是浪潮具有自主知識 產(chǎn)權(quán)的“操作系統(tǒng)安全增強系統(tǒng)”，是構(gòu)建國家三級安全操作系統(tǒng)的內(nèi)核模塊技術(shù)的解決方案產(chǎn)品，從根本上免疫現(xiàn)有的各種針對操作系統(tǒng)的攻擊行為，如：病毒，蠕蟲，黑客攻擊等。

黃家明說，K1 Power服務(wù)器本地化開發(fā)固件Secure Boot功能，通過對PNOR代碼的簽名及驗簽過程，保障代碼不被惡意篡改;自主構(gòu)建系統(tǒng)微碼，源碼級安全檢測。另外，多家本地安全可信操作系統(tǒng)廠商認證了Power服務(wù)器平臺，并取得產(chǎn)品兼容性認證證書，為企業(yè)客戶提供系統(tǒng)多樣性選擇，包括KUX安全操作系統(tǒng)證書、凝思安全操作系統(tǒng)證書、紅旗操作系統(tǒng)證書、中標麒麟操作系統(tǒng)證書。

尹宏偉表示，Power服務(wù)器會從多個維度保證系統(tǒng)的安全、可靠和高性能。這種高標準只有在產(chǎn)品運行很長時間之后，我們才能發(fā)現(xiàn)這種高可靠的服務(wù)器和普通服務(wù)器的差距?！癒1 Power服務(wù)器對于可靠性和性能的要求是很高的，這也是用戶長期對它品牌的認可。高性能高效率的K1 Power服務(wù)器也要遺傳這些基因，保證滿足核心用戶的核心應用安全、穩(wěn)定、可靠地運行?！?/p>

加速落地 K1 Power深耕行業(yè)市場

K1 Power服務(wù)器在行業(yè)市場表現(xiàn)不俗，在金融、政府傳統(tǒng)優(yōu)勢市場獲得廣泛認可。浪潮商用機器有限公司產(chǎn)品營銷部總經(jīng)理江豫京表示，省級或者市級的城商行或者是農(nóng)信和全國股份制銀行都采購了K1 Power服務(wù)器，用于銀行最核心的數(shù)據(jù)庫資源池平臺。而且K1 Power服務(wù)器跟舊版Power機器的資源可以進行平滑遷移。

同時，K1 Power服務(wù)器支持關(guān)鍵業(yè)務(wù)云架構(gòu)，客戶可以根據(jù)需求進行動態(tài)調(diào)整?！拔覀?nèi)ツ暝谡蛻暨@邊有了大幅度增長，整體翻了一番。稅務(wù)、公安、財政的客戶通過購買新的Power服務(wù)器來替換舊版UINX小型機環(huán)境，承載關(guān)鍵應用?！苯ゾ┱f，“除了面向關(guān)鍵業(yè)務(wù)的縱向擴展服務(wù)器，浪潮商用機器還推出了面向橫向擴展的基于POWER處理器的Linux服務(wù)器。這些服務(wù)器主要是承載新型工作負載，比如大數(shù)據(jù)、人工智能等?！?/p>

比如在AI方面，全新POWER9芯片具備NVLink 2.0、CAPI 2.0和New CAPI三位一體的領(lǐng)先硬件加速優(yōu)勢，面向加速器件、異構(gòu)綜合器件開放，大幅提升加速效率，深度學習框架性能超x86近4倍。大數(shù)據(jù)應用場景中，POWER9處理器內(nèi)置的GZip硬件加速模塊不僅能夠極大地提高大數(shù)據(jù)分析平臺的數(shù)據(jù)傳輸效能，也使得數(shù)據(jù)壓縮和解壓縮性能提高了440~740倍。廣告推送算法加速引擎的性能評估中，利用PCIe上的FPGA加速卡，可獲得4.8倍的性能提升。

為了滿足客戶需求，浪潮商用機器采用JDM模式進行個性化定制，即實現(xiàn)面向客戶的聯(lián)合設(shè)計，在OpenPOWER和Power領(lǐng)域圍繞著客戶的需求進一步走向深化。

目前，浪潮商用機器以全新POWER9芯片為核心的縱向擴展系列和橫向擴展系列的產(chǎn)品矩陣不斷完善，能夠契合更多、更新的應用場景。同時，2019年浪潮商用機器將在既有的渠道體系基礎(chǔ)上進行升級，構(gòu)建更加完整的合作伙伴體系。

“面對復雜的市場競爭形勢，浪潮商用機器致力于圍繞開源技術(shù)、開放技術(shù)的解決方案建設(shè)融合生態(tài)，通過合作打造更貼近客戶需求的產(chǎn)品和解決方案。我們很有信心利用Power技術(shù)，給客戶在關(guān)鍵場景和新應用場景下面帶來更多的價值?！苯ゾ┱f。

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