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探秘K1 Power研發之旅
來源:數字通信世界   作者:趙法彬   添加時間:2019-11-13 22:03
日前,浪潮商用機器有限公司高管在北京辦公室回顧了K1 Power的研發歷程并介紹了其卓越的性能與優勢。
(趙法彬/數字通信世界)誰能想到,一家剛成立不到一年的公司就推出了基于POWER處理器的K1 Power產品線,并且在2019年上半年中國UNIX市場的市占率超64%!這家公司就是浪潮商用機器有限公司(簡稱:IPS)。日前,該公司高管在北京辦公室回顧了K1 Power的研發歷程并介紹了其卓越的性能與優勢。

浪潮商用機器有限公司副總經理黃家明
自主研發 細數K1 Power發展歷程
浪潮商用機器之所以能在成立之后短時間內就取得了令人矚目的成績,其背后還是有原因的。浪潮商用機器有限公司副總經理黃家明介紹說,浪潮商用機器有限公司(IPS)是浪潮電子信息產業股份有限公司(浪潮)和國際商業機器(中國)有限公司(IBM)共同出資成立,由浪潮控股的中國本土服務器廠商,于2018年5月2日正式啟動運營。也就是說,IPS公司不僅資金與技術雄厚,而且市場與人脈廣博。
黃家明回顧說,1993年,浪潮成功研制出中國首臺小型機服務器;2007年,高效能服務器和存儲技術國家重點實驗室落戶浪潮,招募精英研發團隊在高端服務器和存儲領域進行全面研究;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,使得中國成為除美國、日本之外全球第三個具備關鍵應用主機研制能力的國家,浪潮成為全球第五家具備關鍵應用主機研制能力的企業;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產品線成功上市,在2019年上半年中國UNIX市場的市占率超64%。
黃家明強調,浪潮成功突破小型機核心技術主要體現在以下方面:一是雙翼可擴展緊耦合體系架構,互連網絡單跳步32路擴展、可有效降低高端容錯計算機系統互連延遲,具有良好的擴展性和容錯性,提高系統高可用能力,是我國首個獲得PCT國際專利授權的關鍵應用主機體系結構設計發明專利。二是高速互連芯片,實現技術突破,成功研制出處理器協同芯片,使得中國成為繼美、日之后全球第三個掌握此核心技術的國家。三是KUX操作系統,成為全球第五款、國內首款通過UNIX03標準認證的操作系統,國內唯一通過國家信息系統安全等級保護三級認證的Unix系統。四是K1榮獲2014年國家科技進步一等獎,標志著中國的關鍵數據從此可以運行在自主平臺上,推動我國信息化建設自主可控戰略的重要布局。
黃家明說,IPS成立之后,我們可以去做板機設計、固件開發到K1、KUX操作系統的制式兼容等,從研發的角度看,Power已經不再是一個封閉的系統了。黃家明表示,正是K1在國內高端服務器領域研發的技術積累和市場上的成功,為浪潮商用機器K1 Power奠定了良好的基礎,浪潮商用機器K1 Power研發團隊有一百多位核心人員,覆蓋了從板機設計到系統的設計,固件到微碼的設計,包括整個測試驗證、工程導入的一些平臺。研發團隊骨干精英全部擁有10年以上高端服務器設計經驗,全程參與了浪潮K1、M13、4/8路x86等高端服務器產品的研發,是目前國內高端服務器研發領域最優秀的團隊。北京、濟南兩大研發實驗室投資上千萬元配備PCIe 4.0誤碼儀、59GHz高速示波器、矢量網絡分析儀等頂級硬件研發測試設備,進行業界領先的高速信號仿真和測試。實驗室配備專業的電子設計自動化工具(EDA);研發專家團隊具有從系統原理到主板PCB設計的全流程設計能力,可對結構、電源、信號、散熱等服務器核心模塊進行快速研發;專業測試設備能快速診斷定位設計故障,打造可靠性高于99.9994%的高品質高端服務器產品。
 
強強聯手 國產小機K1 Power的特點優勢
浪潮商用機器公司面向中國及“一帶一路”國家用戶需求,研發、生產、銷售支持POWER處理器、安騰處理器的浪潮K1高端UNIX服務器系統和基于開放Power技術的Linux服務器,致力于為用戶打造更加完整、高效的整體解決方案,提供專業、敏捷的軟件和技術服務。
浪潮商用機器有限公司產品研發部副總經理尹宏偉介紹說,K1 Power結合了K1在高端服務器研發的技術積累以及Power的性能優勢,體現在高可用、高品質、高可靠和高安全等方面:
一是整個系統高性能的維度。Power服務器最核心的應用還是電信、銀行的核心數據庫應用,要滿足這些應用,首先性能承載方面要表現得足夠強大。服務器的心臟是CPU,整體決定了這個系統的性能發揮能有多大空間。和x86的CPU對比,Power性能優勢明顯,可以做到業界最高的主頻4GHz,而x86最多是3點幾GHz。為了滿足應用的高負載能力的運行,Power的處理器擁有更大的CPU之間的帶寬,CPU和內存之間,CPU和I/O之間更大的帶寬,就是兩倍到幾倍的一種提升。
二是高可靠性。Power服務器的設計理念不但要保證強大的性能,更看重整個系統無論短期還是長期,都要高度可靠。Power的服務器從硬件的冗余的設計,采用了外帶的、獨立的故障服務處理器,例如FSP處理器,還有從部件、系統、測試、散熱各個方面嚴格的、高標準的測試保證來實現整個系統的高可靠。對于電源、SMP線纜、時鐘、FSP模塊、I/O控制器等,這些系統關鍵的部件都做成全部的冗余的設計。對于整個系統來說,一旦發生故障,如何把這個故障捕獲到,并且把它隔離起來修復,這是Power服務器設計的一個很重要層面。Power的處理器可以做到CPU內部某個核心發生故障,它會把這個核心單獨隔離出去,但是整個處理器還能繼續工作,對于有些內存的模塊或者是邏輯內存塊也能做到故障的捕獲、隔離和修復。Power服務器整個系統多達16萬個故障的檢查器,遍布系統的各個方面,實時監測系統運行狀態。還有首錯數據捕獲機制FFDC(First Failure Data Capture),在設計階段就在進行各類錯誤模擬,在實際運行階段會做錯誤捕獲。一旦發生錯誤之后,在設計階段就可以做錯誤重現,把所有可能產生的錯誤提前做到預警、備案和處理。
三是高品質。高品質實際上就是高質量或者是產品的高品質:高達40層主板設計,為了保證高速信號在CPU、內存、I/O以及加速器之間傳遞的穩定性,所有與高速信號走線層相鄰的平面層都是地平面,從而更好地隔絕電子噪音造成的信號串擾。而POWER9縱向擴展服務器的主板層數多達40層,確保良好的信號完整性,從而保證整體系統的可靠性;高效散熱設計方面選用低功耗器件,提升系統局部及整體可靠性;高品質,長壽命元器件及部件采用嚴格的元器件和部件選型標準,超過系統設計使用年限;借助高精度仿真技術,降低設計風險,提升Power服務器整體設計品質和可靠性;實行高標準檢測,K1 Power產品生產測試功能覆蓋率100%、自動化的測試系統,并對每臺產品都進行高強度的可靠性測試;做好全面的認證和檢測,自研部件在開發過程中嚴格的階段測試和整機測試,確保質量和性能達到業界最高水準,IPS自認證部件結合IBM部件合格標準進行認證測試,確保引入部件的品質,核心部件的高可靠性特殊測試設計,出貨前對PCB板邊的CITC Coupon的熱沖擊測試。
四是安全性。增強的系統安全設計體現在本地化固件開發,國產化K1 Power更加安全可靠,增強的系統安全設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),開發國產可信計算模塊,實現符合國家可信計算標準,AIX操作系統安全加固模塊(K1 Power SSR)。采用安全可信的系統及安全加固模塊,多家本地安全可信操作系統廠商認證了Power服務器平臺,并取得產品兼容性認證證書,為企業客戶提供系統多樣性選擇;操作系統安全加固模塊SSR(Server Security Reinforcement)是構建國家三級安全操作系統的內核模塊技術的解決方案產品,從根本上免疫現有的各種針對操作系統的攻擊行為,如病毒,蠕蟲,黑客攻擊等。
浪潮商用機器有限公司產品營銷部總經理江豫京補充說,從市場來看,客戶之前使用舊版Power機器的資源完全可以平滑地遷移到K1 Power平臺上。而且,我們在平臺上做了一個云的架構。關鍵數據庫都可以在基于關鍵業務云的架構上面,根據客戶的需求進行動態的調整。因此,我們是很有信心幫助客戶完成基于舊版Power的設備的替換工作。在關鍵應用場景,Power有很好的縱向擴展性能。對于大型數據庫和核心數據庫平臺,我們優良的RAS特性和性能能夠承載這種大量業務的并發量情況。此外,IPS研發團隊還針對客戶具體需求進行定制化研發調優,使得K1 Power在特定場景下的運行能力顯著加強。

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