我国高端容错计算机产业现状分析报告

我国高端容错计算机产业现状分析报告

本次论坛是国内高端容错领域的顶级学术会议。来自Intel、IBM、HP等业界知名厂商技术领袖和法国国家科研中心、中国国家信息中心等顶级科研机构的技术专家，以及来自中国建设银行、上海证券交易所和中国联通等高端行业CIO们将齐聚一堂，就高端容错计算机的应用需求、技术趋势和产业发展展开深入交流和思想碰撞。IT168服务器频道将对本次论坛进行全程图文直播。为了帮助大家对我国高端容错计算机发展的现状有清晰的认识，本文对高端容错计算机的概念、特征、应用、市场竞争以及国产化的意义和对策进行了介绍，并提出了一系列关于进一步打造国产高端服务器良性生态环境的建议。什么是高端容错计算机高端容错计算机，俗称“大服务器”，是指具有强大信息处理能力和高可靠性的大型服务器系统。它通常含有8颗-64颗处理器，能够承担大规模的计算任务，同时可靠性高达99.999%。高信息处理能力和高可靠性是这类服务器产品的两大最关键特征，举例来说：1)高信息处理能力：在电信行业，根据某省级移动公司内部数据统计，当用户数量为2300万时，按照每人每天14条计费记录计算，电信系统每天的交易量超3亿笔，约是大型商业银行全国日平均业务量的3倍。测算的每天总交易量要求高端服务器系统的处理能力在3200000TPmC以上(每秒事务处理数);2)高可靠性：某国有大型银行的业务系统要求高端服务器系统的可用度达到99.999%。根据该银行的统计数据，近五年来，承载其核心业务的高端服务器系统只出现过1次故障，并且在1小时内得到了快速恢复。可见，高端容错计算机是核心关键应用的中枢系统。在金融、电信、能源、交通等关键应用领域，承载核心业务的高端容错计算机通常扮演着后台信息中枢的角色，它的运行直接关系到经济、社会的正常运转。高端关键应用，如银行的储蓄业务系统、汇兑结算系统和信用卡交易结算系统，证券的交易系统和报价系统，电信领域的通讯网网管系统，能源领域里的电力调度系统，民航领域的空管系统和机场出港系统等，通常系统处理任务繁重，且需要7×24小时不间断运行。这类系统如果发生故障，将带来巨大的损失和风险。据QualixGroup统计数据表明，1分钟的宕机平均会使运输业损失15万美元，银行业损失27万美元，通信业损失35万美元，制造业损失42万美元，而证券业损失高达45万美元。如2006年10月，由于中国民航信息网络有限公司(简称“中航信”)离港系统主机出现技术故障，导致包括北京首都国际机场等多个机场离港系统瘫痪，严重影响了北京、上海、广州等多个大型机场的航班进出港，造成大量旅客滞留和上千万的经济损失，严重影响了航空运输秩序。另外，高端容错计算机也是云计算时代的理想“硬核”。随着“物联网+云计算”模式的应用落地，应用和数据大规模集中的趋势将进一步加强。数据量和处理量指数级膨胀，对数据库处理提出更高要求，高端容错计算机成为最优的硬件平台选择。我们知道，云计算的实质是“由软件、应用平台、硬件基础设施联合组成的IT资源池，向用户提供付费的资源服务”。在这一模式中，越来越多由个人终端、小型数据中心承载的应用和数据将加速向“云”集中，而物联网则是互联网由人机交互向人机物交互的延展，信息系统需要管理的实体急剧膨胀，它将带来数据量的成百上千倍的增长。因此，在“物联网+云计算”模式下，数据库对响应速度、并发处理能力、计算拓展性和业务连续性的需求也更加苛刻，高端容错计算机无疑将成为理想的“硬核”。值得一提的是，虽然我们国家在高端高性能计算系统方面有不错的积累，但与高端容错计算相比，二者在适用领域上存在较大差异，二者是两种不同的系统。与高端容错计算机相比，以“天河一号”、“曙光5000A”为代表的高性能计算集群，虽然也具有极强的并发能力，但在处理关系型数据库时必须进行大量的同步。随着计算节点的增多，通信带宽和延迟形成的“存储墙”，将抵消拓展带来的并发能力，成为提升系统性能不可逾越的障碍。国内高端容错计算机的市场现状目前，在国内市场上的高端服务器主要以Non-x86服务器为主。与中低端x86服务器相比，高端容错计算机普遍售价在几十万、上百万，成为整个服务器市场利润最为丰厚的市场段。据IDC数据统计，2009年高端容错计算机销量占整体市场的比例仅为4%，却贡献了53%的销售额。金融、电信是高端容错服务器最大行业市场，随着金融数据中心、灾备中心建设和中小金融机构的快速发展，以及3G网络、三网融合、互联网业务的加速部署，快速发展，金融、电信两个行业的未来发展潜力仍值得期待。同时，政府、交通、物流、电力等行业发展迅速，在经济刺激计划带动下，对政府公共服务平台、高速交通体系建设、物流网络、智能电网等提供支撑的IT系统建设加快，在这些领域的巨额投入也带来了对高端服务器采购的快速增加，成为推动市场发展的新的动力。在近几年服务器产品均价下滑的背景下，高端容错服务器仍保持了稳健增长。来自IDC的统计数据表明，2007年至2009年，高端容错服务器产品均价连续三年保持增长，09年增幅甚至达到了43.8%。在销售额上，09年销量受金融危机影响萎缩了15%，销售额却增加了17.5%。然而，由于当前我国高端服务器技术和产业化水平较发达国家相比差距仍然很大，在目前高端市场上，国外企业一直处于垄断地位。国内金融、电信、能源、国防、政府、交通等领域，由于需要高性能高可靠的服务器系统，又由于国内没有合适的替代产品，所以在过去一直采用进口的高端服务器。例如，在建设银行、工商银行、中国银行、农业银行等国有银行的关键系统中，普遍采用的是IBMZ和P系列服务器;在证券、铁道、电信等领域HPNonStop系列和SUNSPARC系统高端服务器应用广泛。根据IDC的调查统计，在2009年中国高端容错计算机市场(non-X86)市场，拥有传统优势的IBM、HP和Sun仍然占据了绝大部分市场，这三家企业的市场销售份额总和超过了90%，国内企业鲜有竞争力的产品推出，国产服务器厂商面临的竞争形势极为严峻。高端容错计算机市场(non-X86)格局(销售额)数据来源：IDC中国服务器市场调查报告发展国产高端容错计算机的意义当前，“云计算+物联网”已经成为未来IT应用的主流趋势。这种模式的应用落地将使经济、社会运行对信息化的依赖程度进一步提升。高端容错服务器作为信息化中枢的地位将进一步凸显。因而，自主发展高端容错服务器已经成为关乎云时代国家信息安全和经济社会正常运转的战略性大事。1)云时代突破技术封锁保障国家信息安全物联网是对互联网的延展，通过各种信息传感技术，万事万物都将被纳入到“人机物”三方交互的信息化网络中来。而云计算将推动大量数据和应用从个人终端向大型云计算中心聚集。二者的结合将使社会发展对于信息化的依赖程度进一步提高。作为信息化后台支撑，高端容错服务器的战略意义也随之进一步提升。然而，在数据大集中、信息化直接影响经济社会发展的趋势下，使用国外高端服务器将使得信息和资源将进一步向国外巨头集中，信息安全面临更加严峻挑战。通常，国外的高端服务器系统都具备远程维护功能，可以通过远程操作进行系统开关机、状态监控、软硬件配置、信息调阅等操作，这些功能使得国外厂商可以轻易窃取系统内的敏感信息，甚至破坏系统，对于云时代的关键信息系统而言无疑是“定时炸弹”。事实上，对于国内关键应用系统，国外一方面更加严格地控制高端服务器的出口，同时也加强了信息战、网络战的力度。例如国外32路以上的系统，其出口许可证明确规定“系统的使用仅限于商业用途;指定安装地点和应用;系统供应厂商和国家商务部要对系统的用途进行定期检查”，而且商务部对这类系统的配件出口进行严格监管，严防通过进口部件进行整机组装。而根据英国伦敦国际战略研究所《世界军事力量对比》发布的报告，未来的战争将以大规模网络攻击而非传统的发射导弹为开端，信息战的威胁可与过去几十年中的核战争威胁相提并论;2009年9月18日，美国成立“网络战司令部”，执行电子战、信息战、网络安全、应急作战、特种战等任务，中国被认为是重点作战目标。2)打破国外长期市场垄断降低行业信息化成本另外，国外厂商在这一领域长期保持高度垄断，高端服务器硬件购买、相关软件和后续维护费用十分昂贵，也大大增加了我国信息化的建设成本。以中国建设银行为例，每年投入到高端容错计算机的维护服务费用约相当于采购费用的15%-20%。同时还了解到国外厂商在产品定价的特殊策略：高端服务器硬件系统可以低折扣销售，但高端服务器相关软件和服务无任何价格折扣政策。某国外厂商的高端系列产品一套操作系统的价格高达3000万美元，一套四节点用于银行核心业务的高端服务器购置费用约3亿人民币，每年的维护费用达到近6000万人民币。因此，发展我们国家自主的高端服务器产业，有着重大的战略意义和现实意义：1)摆脱低端价格红海，在高利润市场发展壮大。发展自主高端容错计算机，将使国产厂商有了进军高端市场的武器。以此为契机，国产厂商将逐步摆脱低端市场的价格竞争，向高利润、高附加值市场寻求发展空间，并在与国外厂商的市场对话中不断提升产业竞争力、壮大产业规模。2)高端辐射低端，带动产业技术升级。近二十多年的核心信息装备技术主要来源于大型机、小型机等等高端产品的研制，而中低端服务器的关键技术70%来源于高端容错机的技术积累。因而，围绕高端容错计算机的自主技术研发，将辐射带动整个服务器产业的技术升级与演进。国产服务器行业核心技术空心化的问题将逐步改观，产业升级步伐进一步加快。3)打造中国IT产业自己的“椅子”。硬件是软件和服务的基础，也是整个IT产业发展的起点。国内IT产业没有创新空间的根本原因之一正是没有可以立足的自主硬件平台。高端容错计算机等核心硬件装备上的自主化突破，将使我国在全球IT产业的“谈判桌”上有自己的椅子，成为整个国内IT产业完善生态链、谋求长远发展的根基。4)瓦解市场垄断机制，实现信息化成本可控。国外产品长期高度垄断，使高端容错计算机的硬件、相关软件和后续服务价格极为高昂。自主产品的出现将引入市场新竞争机制，瓦解国外厂商的垄断利润，大大降低国内用户的信息化成本。我国政府和产业界的积极对策其实，我国政府、学界和产业界早已经认识到了这一严峻的形势，并制定了相关的技术和产业发展规划。如《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020)》已经明确提出一系列发展思路：1)突破制约信息产业发展的核心技术，掌握集成电路及关键元器件、大型软件、高性能计算、宽带无线移动通信、下一代网络等核心技术，提高自主开发能力和整体技术水平。2)加强信息技术产品的集成创新，提高设计制造水平，重点解决信息技术产品的可扩展性、易用性和低成本问题，培育新技术和新业务，提高信息产业竞争力。3)以应用需求为导向，重视和加强集成创新，开发支撑和带动现代服务业发展的技术和关键产品，促进传统产业的改造和技术升级。4)以发展高可信网络为重点，开发网络信息安全技术及相关产品，建立信息安全技术保障体系，具备防范各种信息安全突发事件的技术能力。“高效能可信计算机”正是其中的优先主题之一，即重点开发具有先进概念的计算方法和理论，发展以新概念为基础的、具有每秒千万亿次以上浮点运算能力和高效可信的超级计算机系统、新一代服务器系统，开发新体系结构、海量存储、系统容错等关键技术。“十一五”期间，863计划继续坚持战略性、前沿性和前瞻性，以增强我国在关键高技术领域的自主创新能力为宗旨，重点研究开发《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》确定的前沿技术和部分重点领域中的重大任务，并积极开展前沿技术的集成和应用示范，培育新兴产业生长点，发挥高技术引领未来发展的先导作用。为此，《“十一五”863计划发展规划》对高端服务器和存储领域进行了规划，主要体现在三个方面：一是突破核心技术，掌握关键元器件，提高自主开发能力和集成创新。具体包括：支持核心芯片的研发：如高性能通用处理器、面向cc-NUMA系统的关键芯片组等;支持通用系统软件的开发：如通用高端服务器操作系统、通用桌面软件等;支持关键技术的研究：如面向异构多/众核处理器的高性能计算机系统的体系结构研究、面向商业应用的高端容错技术、面向千万亿次系统的可编程技术。二是加强信息技术产品的集成创新，包括基于商用芯片和自主芯片的高效能计算系统以及基于商用芯片的海量存储系统。三是以应用需求为导向发展关键技术和关键产品，其指导原则是以应用背景为导向，设立重大、重点项目和目标导向型项目;课题设立以产品为目标;课题成果以应用示范为目标。目前，国家863计划已经启动了浪潮高端容错计算机专项。2008年底，“浪潮天梭高端容错计算系统研制与应用推广”项目正式启动。该项目是“十一五”期间“863计划”在信息技术领域的重大技术项目。项目总投资7.475亿元，以研制32路高端容错计算机系列产品和64路高端容错计算机样机为目标，是国家信息技术布局的战略举措。对于消除信息安全隐患、保障国家战略安全具有重要意义。进一步打造国产高端服务器的良性生态环境国产高端服务器产业发展是一项系统工程，不仅仅需要国家政策支持和硬件产品研发，更要打造健康的整个生态环境，从技术、产品、方案、采购、应用、市场推广等多个层面着手，突破关键环节，以点带面，加快产业良性发展。正如“十一五”863计划信息领域专家、高效能服务器和存储技术国家重点实验室主任王恩东所言，“我们要紧抓关键环节，加快发展自主高端容错计算机”。一方面，需要突破6大产业核心技术，打造自己的“椅子”。高端容错计算机涉及的芯片组技术、架构设计、操作系统设计等核心技术环节，是国外厂商实现垄断的根本。因而，要研制自主的高端容错计算机，在高端市场有自己的“椅子”，就要建立自己的技术支撑。这把“椅子”一共有6条腿支撑，包括软硬件结合的容错技术、面向体系结构优化的操作系统核心、系统级高速互联技术、高可扩展共享存储器芯片组技术、高速缓存一致性技术、高端服务器系统设计技术，掌握了这些技术才可以做自己的高端容错计算机。另一方面，需要政企协力，推动自主高端容错计算机的应用。大力发展高端容错计算机必须“两条腿走路”：一方面要加强基础技术和产学研用模式的研究;另一方面也要充分利用商业化运作，加速高端产品的市场推广。比起高端产品的研发，应用推广工作更加任重而道远，这需要多方的共同努力，特别是肩负产业政策引导职能的政府，和作为市场化主体的企业。对于政府而言，支持和奖励企业自主创新的同时，还应采取多项政策手段推动自主创新