| 出版日期：2004-05-31 总期号：1317 本年期号：38 |
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磐石风雨40年
谢文砚 相信干IT这行的都知道被誉为“磐石”的IBM大型主机，但恐怕没有多少人知道，许多今天司空见惯的技术和产品都是从大型主机上移植过来的，例如我们所熟知的数据库、CPU、PC、磁介质存储、RAM、液冷、并行计算、动态逻辑分区等都是在大型主机的基础上诞生，然后顺序下移的。从某种程度上说，是大型主机催生了如今的商用计算机产业。今年，恰逢IBM第一款大型主机System/360诞生40周年。我们不禁要问，在瞬息万变的IT产业中，大型主机这40年是如何走过来的，历经了哪些变化，未来将如何走下去？ 众所周知，第一台通用的电子计算机诞生于1946年。但一直到大型主机发布之前，计算机都只能在世界顶尖的实验室里看到，只用于国防或科学研究。而这情况得以有根本性的转变，源自IBM System/360的诞生。 计算机史上的划时代之作 被誉为“System/360之父”的Erich Bloch曾说，为了研制System/360，IBM在人力、物力上的投资是个天文数字。IBM为此招募了6万名新员工，扩建了5座新厂房,投入50亿美元的经费(换算为现今物价相当于300亿美元，而IBM在1960年的营收是32亿美元)，研发过程中共取得了超过300项专利权。 当然，IBM所冒的风险也能和修建金字塔相比，一旦失败，IBM肯定会倒闭。不过现在看来，IBM所冒的风险无疑是值得的，System/360上市后，全球的用户蜂拥而至，例如协助美国太空总署建立阿波罗11号数据库、完成航天员登陆月球计划、建立银行跨行交易系统（ATM）以及航空业最大在线票务系统等，甚至时至今日，几乎在全球所有关键商业领域还能看见大型主机的身影。 IBM将“大型主机”定义为“大型的计算机，特别是指那些可连接其他计算机并为这些计算机提供共享设备的计算机（例如，PC可连接到一个System/360计算系统上，用以上传和下载程序和数据）。这一术语通常仅指硬件，也就是主存储设备、执行电路和外设单元。”今天看来，符合这一标准的硬件系统不少，但在当年，大型主机的这一定义无疑是领先的。让我们来回顾一下大型主机之前的计算机发展简况。 早在1944年，IBM便与哈佛大学联合开发出一台装置自动顺序控制计算（Automatic Sequence Controlled Calculator，ASCC）。它能够在三分之一秒内完成加法运算，并能够在6秒钟之内完成乘法运算。在随后的14年中，IBM陆续推出了多款真空管计算机，IBM称其为选择指令顺序电子计算机（Selective Sequence Electronic Calculator，SSEC），如IBM 701、IBM 650等。 在真空管计算机性能大幅改进的同时，IBM于1956年推出了IBM RAMAC 305（见图1），这一系统使用了由50个铝制磁盘（氧化铁镀膜）组成的纵向阵列。它允许在这些旋转的磁盘上以电磁方式对信息进行编码，并以完全随机的方式将信息输入到存储文件以及从存储文件中检索信息。RAMAC 305也是我们现在所使用硬盘的鼻祖。 到上世纪50年代中期，晶体管开始在计算机中取代真空管。与真空管系统相比，晶体管系统体积更小、更可靠，而且散热量更小。1958年，IBM推出了使用晶体管的7070数据处理系统，随后几年中又陆续推出了1401、1620、1410、7030、1440、7094等机器，其中7000系列是为科学计算专门研制，如7094系统被广泛地应用于当时火热的航天领域。 1964年4月7日发布的System/360（见图2），是首款指令集可兼容计算机，它使当时专为解决基础学科研究的计算机技术普及到商业领域，让实验室里的科技可以走入日常生活，而且今日所有高速CPU 的技术基础也都源自于System/360。 从System/360开始，处理器电路开始在半平方英寸的陶瓷模块上被紧密地结合在一起。利用固体逻辑技术（Solid Logical Technology，SLT），最早的System/360处理器每秒钟可完成33000次加法。SLT模块的平均无故障时间为3300万小时，这也是大型主机稳定性的物理基础。 虽然SLT模块距离我们今日所看到的集成电路（所有核心组件，如编译器、寄存器、电容和二极管，都集成在一块硅片上）有很大差距，但由此而引发的单片集成电路技术从上世纪70年代得到了极快的发展，并指出了大规模集成电路和超大规模集成电路的方向。从某种意义上说，System/360的成功开创了集成电路时代，正如光子计算机或者量子计算机似乎也代表着未来计算机的研发方向一样。 磐石源自创新 大型主机能够在面世40年之后还能存在，最大的原因无疑是来自于不断创新，尤其是从System/360到System/390，以及从System/390到zSeries之间的两次大变化。从现有资料来看（见表1和表2），大型主机几乎每年都有关键性的创新。以去年发布的z990和今年4月初发布的z890为例，它们发布的时候都有4项以上的关键性创新技术。 如IBM于去年5月推出的z990采用了Superscalar技术，首次让大型主机能在单个周期（Tick）内执行多个指令。40年前System/360连续运行一周的工作量，今天z990只要11秒就能够完成；而相当于System/360系统40年不停运行的工作量，z990可在6个半小时内即可完成。 今年4月初刚在美国发布的z890则具备z系列此前的所有功能，与以前的IBM z系列相比，它的容量等级较低，提供更精确的扩展方式，IBM宣称可以为不同级别用户提供28种不同的配置方案（见表3）。例如可选的z系列应用协处理器(zAAP)，首次在大型主机上提供了Java执行环境。 此外，还有z890上采用的新技术有专门为灵活部署Linux负载提供的专用引擎(IFL)，以及内置的Parallel Sysplex耦合器(ICF)。相对硬件平台的不断创新，大型主机在操作系统平台和应用软件方面的研发也不遗余力。以z890为例，目前z890可以在一台服务器上灵活管理多种操作系统，包括z/OS、OS/ 390、z/VM、VM/ESA、VSE/ESA、TPF、Linux for zSeries和Linux for S/390。不过需要说明的是，尽管z系列服务器需要同时支持多种操作系统，但大型主机要达到最好的性能，最好是在z/OS上运行该应用。 大型主机目前最值得期待的创新也许是POWER芯片在大型主机上的应用。大型主机上采用POWER芯片的消息并非空穴来风，早在2002年，IBM的POWER产品线技术总监Ravi Arimilli曾表示，IBM将在2004年推出的POWER5要成为大型主机的处理器已经走到“95%～97%”的程度，IBM的POWER芯片设计“体现了IBM大型主机的成就”。 当然，由于大型主机大都按照客户需求定制的特性，使得大型主机的改变步调相对缓慢，例如把POWER处理器整合到zSeries中的复杂程度绝不是改写代码就可完成。因此，预计大型主机转到POWER架构不会很快实现──最大的可能是放在2006年POWER6处理器的计划里。 直面挑战 作为一个已有40年生命的产品，大型主机不可避免地面临着一些挑战。随着RISC服务器和IA服务器的快速兴起，越来越多的用户将目光转向了以前所谓的低端和中前端服务器，折射到产业链上，则集中表现在Sun、HP、微软、甲骨文等厂商的频频动作上。例如去年z990发布前夕，Sun和HP都表示，正在为各自2003年底前发布的高端Unix服务器新品进行部署，这些服务器系统都将采用新型双核处理器,提供两倍于原有系统的处理器数量；而今年z890发布前后，则有微软和Sun这对老冤家达成谅解，结成战略合作同盟，其目标所指则耐人寻味。 让我们来看看大型主机现在所面临的挑战主要来自何方。 Sun公司高端服务器产品线执行副总裁Clark Masters透露，Sun已在2003年底将UltraSPARC。用于其高端Unix服务器，并首先在最高端的Sun Fire 15K系列上装备。UltraSparc Ⅳ是采用双核技术的处理器，它的应用首先将意味着每一个服务器中处理器数量的成倍增长。而今年3月份发布的Sun Fire 20K和Sun Fire 25K也采用了同样的双核处理器。 HP则表示，将先后在其PA-RISC和Itanium两条产品线中采用双核处理器技术。PA-RISC线中第一个采用双核处理器的型号是今年2月份发布的PA－8800芯片（代号为Mako），目前已经在128路Superdome服务器中采用；而在Itanium平台上，通过HP的一种叫做MX2（代号为Hondo）的封装技术，也可以在一个处理器插槽中插两颗Itanium处理器，采用Itanium处理器的128路Superdome也会很快发布。 在软件方面，以前不重视后端应用的微软现在也开始广泛宣扬Windows Server 2003操作系统加上IA服务器的解决方案。微软平台策略总经理Charles Fitzgerald说：“用户以前也设法换掉高成本的专属Unix系统。现在，我认为，换掉大型主机的时机已成熟。目前已经有航空公司的用户向我们询问替代大型主机的解决方案。” 而Oracle公司早在上世纪80年代就开始提供Unix服务器上数据库解决方案。作为替代IBM大型主机的一种选择，Oracle看见了IBM当时忽视的市场，得以快速崛起。现在，甲骨文公司又大力推动可以架设在便宜的IA服务器上的Oracle 10g（g代表Grid）数据库，执行效率据说可接近高档Unix系统甚至是大型主机。 如此看来，大型主机所面临的对手和挑战着实不少，并因此得出一个悲观的结论。不过如果我们把眼光回溯到1991年，看看上一次大型主机遇到挑战后又是如何应对的，也许我们可以得出完全相反的结论。 早在1991年3月，一个分析师在《InfoWorld》中撰文表示，“我预测，最后一台大型主机将于1996年3月结束自己的使命。” 实际上，System /360在面世25年之后的确面临着设备陈旧、技术老化、客户满意度降低等问题，而当时风头正盛的DEC等公司的小型机，如VAX机等，随时都有可能淘汰大型主机。但IBM相信，大型主机所代表的计算方式总会有需求存在，于是在很艰难的情况下仍然推出了System/390，并采用了多项关键性新技术，而此时是IBM历史上最困难的一段时期的前夜。从1991年到1993年，IBM连年亏损，1993年高损额达到80亿美元，大型机业务几乎瘫痪，直到1994年郭士纳担任董事长兼CEO后领导IBM进行多项改革，并提出“电子商务”等概念，才在1995年重新把IBM带回IT产业的王座。 而同样是这位分析师，在2002年2月则说，“很明显，公司客户仍然喜欢那些中央控制、可预测性非常好、可靠的计算系统，而这正是IBM擅长的那类系统。”我们并没有资格嘲笑这位分析师，毕竟作为一个生活在信息快速膨胀社会中的个体，很容易就根据丰富的数据表单做出一个看似完全正确的结论。很多时候，我们也难免扮演这样的角色。而真正关系到大型主机命运的，除了用户的认同度，还在于IBM是否能够保持对大型主机技术的长期研发和不断更新。 现在看来，这并非一个问题。正如IBM自己说的，“在过去的50年中，大型机一直是大规模计算的骨干。它不仅适应了各种新的要求，而且采用和开发了新的技术。今天，人们使用大型机的多种形式是IBM 701时代难以想象的。鉴于过去发生的一切仅仅是一个开始，所以对于大型机而言，应该说前面的路还很长。” 
图1 1956年IBM RAMAC 305 5MB磁盘 
图2 1964年IBM首次发布的System/360 
表1 大型主机创新大事记 
表2 基于CMOS技术的大型主机性能一览表 
表3 最新的Z890提供28种不同配置 |
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