中國已經(jīng)掌握了國際領(lǐng)先的32路高端容錯計算機(jī)的核心技術(shù)，浪潮正在開發(fā)性能更高、可靠性更強(qiáng)的64路系統(tǒng)高端容錯計算機(jī)系統(tǒng)，也將進(jìn)一步拓展應(yīng)用規(guī)模。天梭K1的目標(biāo)市場份額是30%以上，同時把自主化進(jìn)程向更深層次推進(jìn)。

　　在國外嚴(yán)密的技術(shù)封鎖和產(chǎn)業(yè)鏈高度壟斷的情況下，浪潮依靠自主創(chuàng)新在高端容錯計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)、處理器協(xié)同芯片和硬件系統(tǒng)方面實現(xiàn)重大技術(shù)創(chuàng)新與突破，從無到有建立起高端容錯計算機(jī)技術(shù)體系，并開創(chuàng)了高端容錯計算機(jī)產(chǎn)業(yè)。

　　浪潮在高端容錯計算機(jī)領(lǐng)域的主要技術(shù)突破可以概括為一個“211工程”：“2項核心技術(shù)”——體系結(jié)構(gòu)和容錯技術(shù)體系;“1個核心部件”——處理器協(xié)同芯片組;“1個操作系統(tǒng)”——K-UX。同時，在研制天梭K1的過程中，浪潮共申請發(fā)明專利1147項，目前獲得授權(quán)100多項。

　　跨過“8”的門檻

　　高端容錯計算機(jī)不僅可以通過處理器升級來獲得性能提升，還可以通過增加處理器數(shù)量來提高性能，但是當(dāng)處理器數(shù)量超過8顆，就會碰到“內(nèi)存墻”的問題。浪潮集團(tuán)首席科學(xué)家王恩東表示，處理器要協(xié)同工作，相互之間必然要通訊，而且處理器之間不僅要進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞，更要保持?jǐn)?shù)據(jù)一致，任何數(shù)據(jù)異步都可能會造成系統(tǒng)停機(jī)，這使得處理器通訊遠(yuǎn)比一般性的通訊技術(shù)更為復(fù)雜。如果采用一般的處理器協(xié)同技術(shù)，當(dāng)處理器數(shù)量超過8顆以后，大量的處理器資源都被通訊占用，繼續(xù)增加處理器數(shù)量時，性能提高就會十分有限。其直接的技術(shù)表現(xiàn)就是處理器讀取內(nèi)存數(shù)據(jù)延時過長，這個現(xiàn)象在專業(yè)領(lǐng)域被稱為“內(nèi)存墻”。

　　要破解天梭K1 面臨的“內(nèi)存墻”問題，只能創(chuàng)建一個全新的處理器互聯(lián)結(jié)構(gòu)和通訊機(jī)制。這是業(yè)界幾十年來一直難以破解的難題，全球具有該項技術(shù)開發(fā)能力的公司不到5家。天梭K1有32顆處理器、256個內(nèi)存插槽，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了初始的技術(shù)瓶頸。浪潮還創(chuàng)建了“三級目錄兩級緩存一致性域協(xié)議”，保證處理器數(shù)量增加時，系統(tǒng)通訊規(guī)模和復(fù)雜度僅有較小增加。

　　浪潮基于上述自主的體系結(jié)構(gòu)技術(shù)，研制成功處理器協(xié)同芯片組，讓瓦森納組織對中國的高端容錯計算機(jī)技術(shù)禁運(yùn)失去了意義。處理器協(xié)同芯片是計算機(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4.5億個晶體管，有2577根管腳，在中國集成電路產(chǎn)業(yè)沒有設(shè)計生產(chǎn)如此規(guī)模芯片的先例的情況下，該芯片達(dá)到了國際領(lǐng)先水平：支持64路處理器互連;報文處理能力40億條/秒;聚合帶寬達(dá)到1056Gbps;延遲小于200納秒。

　　軟硬一體的容錯技術(shù)實現(xiàn)99.9994%高可用

　　高端容錯計算機(jī)是專門承擔(dān)關(guān)鍵應(yīng)用系統(tǒng)的系統(tǒng)平臺，一旦出現(xiàn)停機(jī)事故，將會嚴(yán)重傷害客戶業(yè)務(wù)，甚至在社會經(jīng)濟(jì)層面造成影響。因此，能夠提供99.999%的高可用性，可以7×24小時不間斷運(yùn)行是高端容錯計算機(jī)最基本的應(yīng)用需求。

　　天梭K1也必須對各類故障、隱患以及外部不利因素作充分的考慮。從可用性的角度看，研制高端容錯計算機(jī)就像用積木來搭一個摩天大廈，必須開發(fā)出一套完整的容錯技術(shù)來消除每個可能出現(xiàn)的問題，保證系統(tǒng)運(yùn)行的連續(xù)性。高端容錯計算機(jī)大約有幾十萬個電子器件，目前品質(zhì)最高的工業(yè)級電子器件平均無故障時間在10000小時左右。另外，高端容錯計算機(jī)的BIOS等底層代碼有幾千萬行。最權(quán)威的Coverity Analysis集團(tuán)數(shù)據(jù)顯示，目前企業(yè)軟件的缺陷密度為0.72，也就是說平均每1000行代碼中會有0.72個缺陷，而任何一處不良代碼都是潛在的隱患。

　　浪潮最終創(chuàng)建了多層次冗余與故障管理容錯系統(tǒng)模型，天梭K1在芯片、模塊、固件、操作系統(tǒng)、業(yè)務(wù)應(yīng)用層面全面采用冗余設(shè)計以杜絕單點故障，采用故障診斷、隔離和恢復(fù)的全流程自動處理技術(shù)，系統(tǒng)可自我修復(fù)，整體可用度超過99.9994%。同時，天梭K1的容錯技術(shù)經(jīng)受住了實際應(yīng)用的檢驗。2010年8月，第一臺天梭K1樣機(jī)在建設(shè)銀行新疆區(qū)分行啟動上線測試，承擔(dān)中間業(yè)務(wù)系統(tǒng)，成功替代國外產(chǎn)品。系統(tǒng)自上線以來，已經(jīng)穩(wěn)定運(yùn)行1500余天。

　　通過Unix 03認(rèn)證的Unix操作系統(tǒng)

　　操作系統(tǒng)是硬件資源的管理者。高端容錯計算機(jī)對性能、可靠性和安全性的要求都非常高，普通操作系統(tǒng)無法滿足高端容錯計算機(jī)的技術(shù)需求，需要專屬的操作系統(tǒng)。

　　復(fù)雜度是高端容錯計算機(jī)操作系統(tǒng)面臨的第一個技術(shù)挑戰(zhàn)。高端容錯計算機(jī)處理器核、內(nèi)存容量、I/O設(shè)備等資源的規(guī)模是通用服務(wù)器的十倍以上，操作系統(tǒng)資源管理復(fù)雜性極大提升。容錯是第二個重要的技術(shù)挑戰(zhàn)。高端容錯計算機(jī)系統(tǒng)不僅需要容忍幾十萬個器件的失效問題，也需要容忍難以控制的軟件缺陷問題。因此，需要開發(fā)復(fù)雜系統(tǒng)內(nèi)核容錯技術(shù)，快速準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)、隔離和恢復(fù)數(shù)百種軟硬件故障，保障系統(tǒng)承載的關(guān)鍵應(yīng)用穩(wěn)定可靠運(yùn)行。

　　浪潮最終研制成功中國第一款Unix 操作系統(tǒng)K-UX，在研制過程中共開發(fā)了3200 余項Unix特性，成功通過The Open Group Unix 03 國際標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證的60000余項測試，并對該標(biāo)準(zhǔn)提出7項修改，且全部被納入新的測試標(biāo)準(zhǔn)。通過UNIX 03認(rèn)證，意味著K-UX進(jìn)入了高端關(guān)鍵應(yīng)用操作系統(tǒng)的俱樂部。

　　浪潮在K-UX中建立了多層次NUMA 域非對稱資源調(diào)度技術(shù)體系，解決了大規(guī)模軟硬件資源的高效率調(diào)用問題。其中，內(nèi)核及共享庫代碼段多副本技術(shù)可以保證處理器盡可能地就近訪問待執(zhí)行指令，避免跨節(jié)點遠(yuǎn)程取指，極大地降低了處理器間的通訊強(qiáng)度。通過實測，該技術(shù)可提升性能約160%。綜合利用多層次NUMA 域非對稱資源調(diào)度技術(shù)，實測該程序性能提升2.7倍。

　　浪潮還在K-UX中創(chuàng)建了復(fù)雜系統(tǒng)內(nèi)核容錯技術(shù)體系，解決了系統(tǒng)對軟硬件故障的容忍和自動化處理問題。浪潮開發(fā)出應(yīng)用透明的進(jìn)程級冗余技術(shù)，系統(tǒng)可識別關(guān)鍵任務(wù)并透明構(gòu)造冗余進(jìn)程，解決冗余進(jìn)程間狀態(tài)同步和I/O 一致性難題，構(gòu)建內(nèi)核級應(yīng)用高可用機(jī)制，將業(yè)務(wù)失效切換時間由秒級大幅縮短至毫秒級。此外，還突破了設(shè)備驅(qū)動保護(hù)架構(gòu)技術(shù)，為設(shè)備驅(qū)動提供隔離運(yùn)行環(huán)境。約80%的操作系統(tǒng)失效是由于設(shè)備驅(qū)動程序缺陷引起的，K-UX設(shè)計實現(xiàn)內(nèi)核區(qū)域訪問控制機(jī)制，阻斷驅(qū)動程序缺陷污染內(nèi)核的路徑，從根本上解決了不良驅(qū)動對系統(tǒng)的潛在威脅。