引子：古代印度的舍罕王，打算重赏国际象棋的发明者——宰相西萨。西萨向国王请求说：“陛下，我想向你要一点粮食，然后将它们分给贫困的百姓。”国王高兴地同意了。“请您派人在这张棋盘的第一个小格内放上一粒麦子，在第二格放两粒，第三格放四粒……”。千百年后的今天，我们都知道事情的结局：国王无法实现自己的承诺。这是一个长达20位的天文数字!

在北京这样的国际化大都市，你每天都能看到鳞次栉比的高楼大厦，最高的自然是位于CBD中心的国贸三期。但你可曾知道，高达330米的国贸三期在世界的排名只占到第23位，世界第一高楼哈里发塔有它两个半那么高。造高楼是一门大学问，80米高的居民楼随处可见，但是800多米高的哈里发塔只有一座。表面看起来楼的高度只提升了10倍，但设计与制造难度却提升了千百倍。这也说明一个问题，任何一个事物想“搞大”都是比较难的，特别是达到顶尖水平的那种大。

高端容错计算机就要玩“大”的

当年天河一号勇夺TOP500冠军的时候，网上除了赞美之声，更多是网友的质疑，许多人更认为它是“堆出来的超算”。正如我们刚刚举例的高楼一样，同样的钢、水泥和砖瓦，我们为什么不能“堆”一座更高的高楼?道理大家都明白，人家的世界第一除了这些原材料之外，更重要的是整体的设计，包括框架结构、受力分析、抗震要求等等。同样的道理也适用于超级计算机，你怎么把计算、存储、网络等部件有机的结合起来，实现高度的运转?这里面同样存在设计的问题，而且还是大问题。

几天前，国家召开了科学技术奖励大会，天河一号获得国家科学技术进步奖特等奖;而在同时颁布的国家科技进步奖中，赫然出现了“高端容错计算机”的身影。所谓高端容错计算机是一类高性能、高可靠的高端服务器，比如IBM的POWER和HP的SuperDome。这种设备通常应用在电信、银行等关键领域，但由于这些设备都来自国外，如果有人蓄意利用后门谋求达成非正当目的，尤其是在有政府介入的情况下，将对国家安全造成重大威胁。为此，国家863计划设立了十一五期间863重大专项“高端容错计算机系统关键技术与应用”，就是为了实现在关键业务应用上的自主可控。

带兵打仗并不是越多越好

自主可控，说起来简单做起来难。长久以来国内服务器市场都是以x86服务器作为主要方向，所能实现的最高只能达到8路水平，也就是8颗处理器协同工作。一旦超过了这个上限，所面临的就将是多处理器协调工作的问题。

上尝从容与信言诸将能否，各有差。上问曰：“如我，能将几何?”信曰：“陛下不过能将十万。”上曰：“于君何如?”曰：“臣多多益善耳。——《史记·淮阴侯列传》

2000多年前，刘邦与韩信曾有一番关于领兵能力的对话，韩信自诩能够“多多益善”。对于指挥官来说，都存在指挥能力的问题。你如何能保证大军听从你的调动，如何能保证各个部队的统一协作，如何能保证打胜仗?可见带兵打仗并不是越多越好。

同样的道理也适用于服务器设计。使用更多的处理器一定能提升性能吗?真不一定。首先要考虑的就是多处理器协同工作的问题。处理器要协同工作，相互之间必然要通讯，而且处理器之间不仅要进行数据传递，更要保持数据一致，任何数据异步都可能会造成系统停机，这使得处理器通讯远比一般性的通讯技术更为复杂。随着处理器数量的增加，处理器间的通讯强度会呈指数形式增加，甚至是失控。

即便是处理器能够协同工作，如何实现高效、稳定的工作也是一个问题，要知道处理器通讯的“内耗”是相当严重的。处理器完成一次本地通讯需要的时间是完成一次计算任务的200-300倍，如果是相邻节点的通讯则需要400-600倍的时间，如果采用一般的处理器协同技术，当处理器数量超过8颗以后，大量的处理器资源都被通讯占用，继续增加处理器数量时，性能提高就会十分有限。由此看来，系统增大一个量级，随之带来的问题就会被放大上百倍。

走在一条前人没有走过的路上

既然原来的架构不行，那就试试新架构吧，当然也是一件非常艰难的事情。在数百名工程师历时4年的共同努力下，最终设计实现了“双翼可扩展多处理器紧耦合共享存储器体系结构”，解决了多处理器的互联问题，最大能够支持64颗处理器。据负责研发的浪潮集团首席科学家王恩东透露，该技术的特点在于只需要一级跳步(数据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)，保证了系统具有良好的线性扩展性，处理器间的互联通道能够随着处理器数量的增长而不断增长，而且整体互联结构相对简单。

除此之外，研发人员还创建了“三级目录两级缓存一致性域协议”，保证处理器数量增加时，系统通讯规模和复杂度仅有较小增加，上述两项技术结合起来，使得系统性能可以近线性提升，达到了国际领先水平。现在回头看看，在研制过程中，浪潮共申请发明专利 1147项，大大填补了该领域的科技空白。

新架构的出现的确振奋人心，但还远远不够。如果仍以盖楼举例的话，新架构只是实现了基础框架的设计，保证了高楼能够建造起来;但是高楼能够承重多少、抗震多少还是需要解决的问题，这在计算机领域叫做——可用性。

高端容错计算机是专门承担关键应用系统的系统平台，一旦出现停机事故，造成巨大的损失。2012年2月2日，日本东京证券交易所，因承载交易系统的关键应用主机发生故障，包括索尼和东京电力在内的241支股票暂停交易。所以，能够提供99.999%的高可用性，可以7*24小时不间断运行是高端容错计算机最基本的应用需求。

99.999%是什么概念?——每年宕机时间5分钟。听起来挺难，做起来更加难。要知道，目前品质最高的工业级电子器件平均无故障时间在10000小时左右。另外，高端容错计算机的BIOS等底层代码有几千万行。据权威的Coverity Analysis集团数据显示，目前企业软件的缺陷密度为 0.72，也就是平均每1000行代码中会有0.72个缺陷，而任何一处不良代码都是潜在的隐患。换句话说，无论在硬件还是软件层面，要想实现99.999%的高可用性都要付出巨大的努力。

为此，研究人员创建了多层次冗余与故障管理容错系统模型，在芯片、模块、固件、操作系统、业务应用层面全面采用冗余设计以杜绝单点故障，采用故障诊断、隔离和恢复的全流程自动处理技术，系统可自我修复，整体可用度超过99.9994%。或许用一个实际的数字能够更好表现这些功能的价值——建设银行新疆区分行启动上线测试以来，已经稳定运行1500余天。

如今，高端容错计算机已经在建设银行新疆分行、广东分行，中国邮政储蓄银行，中国进出口银行，洛阳银行，国家电网，农业部、安徽社保等多个金融、能源、政府等领域投入实际应用。由浪潮牵头成立的国产主机系统产业联盟成员也达到了58家，覆盖了芯片、主机、数据库、中间件等各个产业环节，初步构建起中国的高端计算机产业链。