在当今世界的社会经济体中，可靠的信息化服务是国家社会与经济发展的基础。在金融、电信、能源等关键领域，业务系统对高端服务器的依赖程度非常高，大规模的紧耦合数据处理离不开关键应用主机。关键应用主机就像是信息化领域的“堡垒”和“要塞”，实现其关键技术和应用的自主可控才能占领信息技术的制高点，为社会经济的平稳运行和国家信息的安全可控保驾护航。
1月22日，浪潮集团在北京钓鱼台国宾馆正式发布浪潮天梭K1系统。这是我国第一套自主研发的关键应用主机，该产品的上市标志着中国继美国、日本之后，成为全球第三个掌握最新关键应用主机技术的国家，实现了国家信息化建设核心装备的自主可控。浪潮集团董事长兼CEO孙丕恕表示：“在关键业务领域，高端服务器长期以来受国外的技术垄断。浪潮天梭K1的问世实现了高端信息系统领域的突破，对我国服务器产业在高端市场的突破和可持续发展以及国产化替代都将发挥重要的作用。”
政策与市场的双重驱动
“高端容错计算机研制与应用推广”项目是十一五期间国家863重大科技专项，浪潮天梭K1系统就是该项目的研究成果。据悉，天梭K1系统由数百名工程师历时4年研发成功，共申请国家发明专利127项、国际专利3项、软件著作权7项。高效能服务器和存储技术国家重点实验室主任、浪潮集团高级副总裁王恩东介绍，天梭K1系统于2010年8月30日开始在中国建设银行新疆分行上线运行，并于2012年5月4日通过了科技部组织的验收。这标志着我国在主机系统自主研发和应用方面已经取得了重大的突破，打破了国外厂商在这个领域的技术封锁和产权垄断。
2012年，美国国会针对华为、中兴的调查事件进一步引发了关于国家信息安全的大讨论。信息系统中关键的硬件、软件有可能对国家信息安全造成影响。“过去，我国在金融、电信、能源等关键行业的主机、网络系统中大量使用国外产品。现在，浪潮天梭K1系统填补了国产设备在关键应用主机上的空白。这意味着在信息系统建设中，替换进口主机成为用户的一种选择。”中国工程院院士倪光南表示，“这对于保障关键行业信息系统安全、国家网络空间信息安全具有非常重要的意义。”
关键应用主机处于信息技术竞争的前沿，不仅是国家战略信息安全的基础，更是信息社会的核心战略装备。从信息技术产业链的角度看，主机横跨处理器、操作系统、结构化数据为特征的社会核心信息多个维度，其技术重要性和战略意义不言而喻。就目前的市场情况来看，关键应用主机不仅是服务器市场利润的主体，也是整个软硬件产业的核心。它在很大程度上决定了产业利润的流向，成为厂商获取利润的核心手段。关键应用主机虽然已经不能直接贡献利润，但围绕其生态系统集成和绑定的软件和服务决定了其仍在产业利润中处于核心位置。
过去，由于国产厂商的缺席，关键应用主机在中国市场的售价一直远高于国外市场，没有形成必要的市场竞争。赛迪顾问调查数据显示，中国关键应用主机价格是美国的2.4 倍。这种情况无形中抬高了我国各行业信息化建设的成本，但同时也为国产厂商在关键应用主机领域发展创造了一定空间。
“天梭K1系统的研发过程实际上是一个从无到有的过程，这其中既包含产品性能、可靠性等技术层面的创新，也包含产品服务和市场推广等方面的创新。” 王恩东表示，“究其背景，国家的政策支持是一方面，经济角度的投资回报也是显而易见的重要因素。天梭K1系统不仅填补了国产关键应用主机的市场空白，在性能、价格方面也能给用户提供更多选择，本地化的服务和成本可能是浪潮的优势所在。”以主机为代表的高端服务器可谓信息系统软硬件生态环境的制高点，打入高端产品市场意味着国产厂商能在更关键的领域参与市场竞争。
从系统设计研发到应用测试，天梭K1系统目前已经在以建行新疆分行为代表的诸多国有大型金融机构的业务系统中成功部署。“浪潮希望交付给用户的是一个成熟的产品，无论是硬件方面，还是软件的兼容性方面。” 王恩东表示，“作为一个新产品，天梭K1的生态系统是一个不断建设和完善的过程。在用户系统中进行测试和应用部署的过程是围绕着用户的需求建设生态系统的过程，也是产品不断成熟的过程。此次正式推出天梭K1系统，表明这款产品已经可以正式为商业用户所使用，满足他们在关键应用领域的系统需求。”
建立自己的核心技术体系
在银行、电信、能源等关键行业应用中，信息系统的核心是数据库。高端服务器系统的多线程并发、紧耦合特性能对结构化数据处理提供重要支持。核心信息系统对数据库响应速度和并发处理能力有非常高的要求，因此高端服务器在计算能力扩展性、内存扩展性、I/O扩展性等方面有很高的性能要求。与此同时，为支持向数据库系统提供连续稳定的服务，高端服务器系统的容错技术和高可用技术也至关重要。可以说，高端服务器研发是贯穿大机器研制、操作系统、中间件、数据库的系统工程。高端服务器是带动信息化装备和信息产业发展的核心所在。
在天梭K1系统的研发过程中，浪潮的研发团队突破了关键应用主机多项核心技术及工程技术世界难题，建立了比较完整的自主化技术体系，使中国成为世界上三个掌握最新关键应用主机核心技术的国家之一。
在浪潮集团副总裁、技术总监胡雷钧看来，天梭K1系统研发成功，其最关键的技术突破是处理器协同芯片组的设计。芯片组负责将处理器之间以及处理器和内存、I/O等其他模块链接，是计算机内部I/O的“主干道”。如果说处理器是计算机的大脑，处理器协同芯片组则是计算机的躯干和灵魂，它直接决定了计算机系统整体扩展性和I/O等关键技术表现。
胡雷钧介绍，处理器芯片组本身所包含的技术核心是共享存储器体系结构：一方面是与商业处理器兼容的两级目录Cache一致性协议，它实际上是一种协调机制。通过这种协调机制，所有连接在一起的处理器在协同工作的同时，能够共享内存中的数据，保持系统的数据一致性。另一方面是处理器高速互联的技术。通过高速通道将所有处理器连接起来，同时保证能够满足处理器间相互数据通信的速度要求，使整个系统的带宽达到接近1TB/s的级别。“芯片组是整个系统研发成败的关键。” 胡雷钧表示，“将关键技术集成到芯片组中，无论是从基本的原理设计、体系结构设计到协议和加工的设计，再到芯片的物理实现，操作起来都比较困难。在研发过程中，浪潮的研发团队经历了原型系统设计、流片、验证的过程，在大量工作的基础上完成了技术攻坚。”
在硬件平台基础之上，操作系统直接关系着上层的软件生态系统。目前，Unix仍然是关键应用软件的事实标准，不仅关键应用软件大部分是基于Unix标准开发，而且关键应用软件在Unix平台运行的时间也最长、最成熟。因此，要开拓关键应用主机市场，打入Unix软件技术生态圈是必需的前提条件。
在天梭K1系统中，浪潮成功应用了其自主开发的K-Unix操作系统。它是我国第一款通过Unix 03认证的操作系统，为天梭K1软件生态系统的建设奠定了坚实的基础。胡雷钧介绍，从技术上看，K-Unix操作系统是国际上目前五家符合Open Group UNIX 03标准的操作系统之一。这意味着对于与Unix生态系统中的应用厂商，天梭K1系统可以实现原码级的兼容。也就是说，只要合作双方商业上达成共识，从技术角度看不存在瓶颈。
除了性能方面满足应用的需求，主机系统的可靠性和高可用性是用户最关心的。其应用环境往往就是企业核心业务系统、社会信息系统等。这类应用的特点，首先是有极高的事务处理压力，例如银行的结算系统，每天要处理上数百万笔交易。其次就是对业务连续性、系统高可用性的要求非常高。
天梭K1系统对操作系统、系统固件等面向体系结构的系统软件进行了定制和与优化，实现了软硬件结合的容错体系，保证了系统的服务连续性。王恩东介绍，天梭K1系统整体的可用性超过5个9 ，低于业界通行的一年非计划宕机时间小于5分钟的标准。在系统硬件层面，无论是计算模块、互联模块，还是管理模块、I/O模块，包括散热模块都是冗余设计的。整个系统设计的冗余性非常高，因此可极大地保障系统连续稳定运转。多层级的智能管理系统是天梭K1系统实现高可靠性的另一项重要保障。天梭K1的管理系统能够对软硬件资源进行高精度、自动化的监控、管理、诊断和维护，通过系统级系统管理控制器和节点级主板控制器有效地提升了保障监控管理系统的管理性能。
打通生态环境链条
不同于通用服务器，主机系统拥有相对封闭的软硬件生态系统。主流数据库、中间件等都有针对不同主机系统的版本。“作为一个新产品，浪潮天梭K1系统在系统软件的兼容性、适配性方面会经历一个渐进的过程，也会在应用推广中遇到大量实际问题。”王恩东表示，“从系统研发成功到部署测试应用，浪潮在软件兼容性和生态系统建设方面进行了大量工作。从策略上讲，首先是要加强与主流的软硬件厂商的合作，将更多主流的数据库、中间件，包括一些开发工具和外围的设备和系统匹配，充分发挥系统的性能。其次，与国内的软、硬件企业配合。这几年国内的基础软、硬件发展速度比较快，在数据库、中间件层面也有很好的进展。浪潮也跟国内的企业建立了良好的合作关系。未来，除了常规的软件兼容性测试和开发，成立相关的产业联盟或许也是一个方向。这对于国内主机系统软硬件的适配性和版本的实时更新升级更有帮助。”
在主机系统的信息技术产业链中，国内厂商和国外厂商是两个泾渭分明的阵营。“浪潮希望在主机系统领域延续在通用服务器领域与产业链上下游知名厂商的合作关系，通过多种形式的合作完善生态环境。” 胡雷钧介绍，目前天梭K1系统支持Oracle 10g、IBM DB2等主流数据库，并实现了对国产数据库和中间件的全面支持。围绕天梭K1系统所建立的关键应用主机生态系统正在不断完善中。
“高端容错计算机研制与应用推广”项目的目标是研究32路以上的关键应用主机，在金融和电信行业推广应用，替代进口的产品，实现关键行业基础装备的自主可控。王恩东介绍，通过软件的移植和开发，在一些生产性业务中进行示范应用，在异构环境中实现运行的一致性，这是项目最初的目标。通过在中国建设银行新疆分行的应用部署，浪潮天梭K1系统实现了异构系统互备运行关键技术的突破，建立了国产关键应用主机进入核心应用的有效途径，为关键行业应用稳妥实现自主可控提供了切实可行的技术方案。“天梭K1系统可以通过几台机器间的同构集群确保整个系统的安全可靠，也可以与其他主机系统实现异构互备，从而有效保护用户的现有投资。”王恩东表示。
目前在银行业，天梭K1系统已经正式生产性运行的和正在做应用迁移和测试的应用范围非常广，包含前台的中间业务、传统的交易业务以及产品营销平台等新系统。
中国建设银行新疆分行信息技术部总经理朱鹏鹏介绍，建行新疆分行选择在浪潮天梭K1系统上进行区域业务综合处理平台的应用移植和整合，为客户提供多渠道不间断的包括代理业务在内的银行典型账务性服务。经过两年多的努力，最终成功完成了首个银行关键业务系统向国产主机设备的移植，实现了用浪潮天梭K1系统代替原进口主机生产运行的目标。
“在缺少参考经验的情况下，关键应用系统使用国产主机存在着较高的风险。系统运行如何满足银行不断提高的信息系统安全可靠性的要求对项目整体而言是巨大的挑战。” 朱鹏鹏表示，“对此，我们采用了稳妥的渐进式技术研究路线，并在系统可靠性的保障上首创了异构系统互备的系统应用模式。这为系统的成功上线和稳定运行提供了保障，也为其他的银行提供了借鉴的思路。”
作为建设银行新疆分行的关键核心应用系统，区域特色业务处理平台为分行14个二级分行、两万多个柜台提供服务，日均交易量近30万笔。朱鹏鹏介绍，系统自上线以来运行稳定，没有出现过导致系统中断和服务停止的事故，实现了零故障运行，完全满足银行系统对关键应用主机高性能、高可用、高可靠的要求。项目的成功在同行中引起了很大反响。
除了建设银行新疆分行，浪潮天梭K1系统还在多家银行的业务系统中成功部署应用。其中，邮政储蓄银行是首个在总行级核心业务系统中使用天梭K1系统的银行。中国进出口银行的网上银行系统采用的也是浪潮天梭K1系统。值得一提的是，这是银行业首次在关键应用的软硬件系统平台上全面采用全国产产品，涵盖基础硬件、操作系统、数据库、中间件、业务应用系统等各个层面。
通过应用严酷大考
在高端服务器领域，IBM、Oracle、HP在现阶段各自形成了三条特征鲜明的产业链。主流厂商的动向表明，国际一流厂商占据高端服务器产业的制高点，进而占据信息领域的制高点。并且不断向处理器、存储设备、操作系统、中间件、数据库、企业级应用等细分行业渗透辐射。深入发展高端服务器是各大厂商的共识，国际一流厂商都希望借助高端服务器进一步巩固其在关键应用领域的核心地位，并通过云计算等新模式积极将产业链向终端服务延伸。
浪潮天梭K1系统的问世可谓国产关键应用主机的一次“破冰”之旅。除了关键装备、核心技术层面的自主创新，天梭K1系统在建设银行新疆分行核心业务系统的成功部署更具有现实意义，这一案例冲破了“关键应用系统无国产主机”的藩篱。经过多年的技术沉淀，浪潮在关键应用、主机系统的研制方面已经取得多项创新与突破。作为新一代的信息技术的发展重点，国产主机系统产业链生态环境的构建正在不断完善。朱鹏鹏认为，未来几年，以浪潮天梭K1系统为代表的国产主机将实现快速发展，银行引入国产主机的条件已基本具备。银行业关键应用系统部署国产主机的案例将对其他行业起到引领和辐射作用。“未来，建设银行新疆区分行在前期工作的基础上，将按照科技部、银监会以及建设银行总行的工作部署继续深入开展课题研究工作，计划在新疆分行的管理信息系统领域内再次引入浪潮天梭K1系统。” 朱鹏鹏表示。关键应用主机是一类高性能、高可靠的高端服务器，面向联机事务处理，即OLTP类应用。对于天梭K1系统未来的发展，胡雷钧表示，在电信、能源、政府等相关行业中，例如大型企业的ERP系统、政府税务监管系统、财政系统、审计系统等都可以使用。目前浪潮在这几个方面都在积极进行相应的解决方案的探索，同时也在与一些系统集成商和应用软件供应商开展相应的移植工作。
关键应用的主机实际上是整个商业生活和社会生活里处在后台的一类关键的应用系统。它的前端是通过各种不同的窗口展现的，与人们每天的生活息息相关。天梭K1系统是一个产品线，包含多种不同的配置。目前最低可以做4路，最高32路，系统体系结构支持扩展至64路。未来也将针对安腾平台的更新开发下一代产品，实现同步升级，满足不同用户的需求。“从未来的前景上看，关键应用主机的应用领域和范围将越来越广，应用的规模也会越来越大。浪潮看好天梭K1系统的应用前景。这其中包含应用范围、数量和功能多个方面。” 胡雷钧表示。
开放化、标准化一直是全球IT产业发展的规律之一。高端服务器对异构环境的支持是产业环境和技术发展的趋势，浪潮在关键应用主机领域实现的突破将加速整个产业链的创新发展。伴随主机核心技术领域的关键突破，国产主机的发展正在走向成熟。通过国产化打破国外企业在高端服务器领域中的垄断，有利于降低产品和服务的销售价格，降低信息化建设成本，而且可以完善国内计算机行业的产业链。同时，在关系到社会安定、国家安全的敏感行业，如金融、电信、政府等，摆脱对国外高端服务器的依赖，消除可能存在的信息安全隐患，为国家战略安全提供保障。
相关链接
浪潮天梭K1系统核心技术突破
浪潮设计开发了“双翼可扩展多处理器紧耦合共享存储器体系结构”、与商业处理器兼容的两级目录Cache一致性协议，整体开发了多处理器CC-NUMA体系结构，研制成功关键应用主机两大核心部件之一处理器协同芯片组，突破了欧美国家对计算机“系统紧耦合技术”的封锁。“双翼可扩展多处理器紧耦合共享存储器体系结构”是国际上唯一一个只需要一级跳步的64路互联系统，目前该技术已经申请中国和美国专利。单元之间数据通信时经过一个协同芯片就称为一个跳步。跳步越多，系统的延迟也就越多，系统的性能消耗也就越大，导致“处理器增加，性能不增甚至减少”的现象，这是大型服务器系统面临的普遍性难题，也是制约大型服务器线性扩展的瓶颈，一级跳步的全互联保证了系统具有良好的线性扩展性，达到国际领先水平。在双翼可扩展体系结构和缓存一致性协议的基础上，浪潮设计出了中国第一款大规模处理器协同芯片组，这款世界领先的关键部件为天梭K1系统强的性能表现奠定了基础：
小于200ns的传输延迟;
400MHz时钟;
高达8.5GB/S数据传输速度;
4重链路冗余，即使3条链路发生故障也不影响系统运行。
研发故事
“大和小”的艺术平衡
天梭K1体积和内部的板卡多大合适，看似一个十分初级的问题，但却要经验丰富的资深专家才能解决。从信号和供电的角度讲，天梭k1做得越小越好，因为信号传输距离过长会产生衰减、失真现象，供电会有压降问题，而且散热问题就会随之而来。K1系统最大功耗有20kw，平均发热密度超过普通服务器60%，而且计算板卡发热密度更高，散热这一常规性问题变成技术难题。
在通用服务器领域经验丰富的浪潮工程师在关键应用主机领域还是新入者，谈不上经验，只能在“战争中学习战争”。他们先后设计了20多个版本的系统基础结构设计方案，才最终平衡散热和尺寸的问题。其中计算板尺寸50cm×60cm，已经是国内最大的主板，甚至一度超出了国内PCB板卡加工工艺的极限，创造了“10Gbps信号传输距离超过30英寸”、“6.4GT/s 21路并行传输超过21英寸”等多项业界信号传输距离的新纪录。
记者手记
勇攀信息技术“制高点”
在“高端容错计算机研制与应用推广”项目中，浪潮天梭K1系统的内部研发代号叫做“K2”，众所周知，“K2”是全球第二高峰——乔戈里峰的代号，也是国际登山界公认的攀登难度非常大的山峰。在介绍项目研发背景时，王恩东说道：“当时有一些专家反对这个项目，理由是项目的难度太大，国外的公司已经做了几十年，我们用几亿元可能做不出来。项目代号命名为K2就是为了随时提醒和激励团队，这是个非常艰巨的任务。经历了严酷的研发、测试验证工作，项目组圆满地完成了任务。天梭K1系统在体系结构、芯片设计和操作系统等方面都实现了重大技术创新和突破。”
在关键应用主机领域，浪潮通过系统级创新和芯片级创新实现了产业核心技术的突破，在国内厂商中率先完成8路至32路、64路系列关键应用主机的产品布局，形成从通用市场到关键应用主机市场的全产品谱系。
未来，设计针对多任务处理和超大型数据库应用的64路主机系统将进一步占领信息系统“制高点”。孙丕恕表示，浪潮将与产业界同仁一道携手努力，加速建立高端服务器产业化体系，带动中国服务器产业升级，推动国家信息战略装备的自主化进程。 |
