| 出版日期：2004-08-02 总期号：1335 本年期号：56 |
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迎接64位时代的到来
——谈谈联想新至强服务器 〔联想集团服务器事业部总经理 梁军〕 20世纪最激动人心的技术革命莫过于信息技术的突飞猛进，我们感受了信息技术为我们的工作和生活所带来的巨大转变，也看到了IT产业的迅速崛起。在这里，不能不提到推动这场革命持续前进的那颗奔腾的“芯”。在过去的岁月里，32位平台的处理器带给了我们众多的创造与梦想；而在今天，世界正为一场新的技术变革而兴奋不已，我们相信并且憧憬一个“芯”的时代——64位时代的到来。 在2004年的春季IDF大会上，Intel宣布要推出一款融入多项新技术的至强处理器。包括EM64T，即64位内存寻址和扩展计算技术，以及DDR2、PCI-Express、增强的SpeedStep技术、ROMB等等。从几个主要的技术指标可以明确地看出，Intel已经在全力地推动整体服务器产业向64位计算发展，这也必将引发一场服务器系统架构设计的革命。我们已经从各种分析资料中看到了64位服务器市场井喷的描述，可见业界对它的关注。 然而，新的架构对于服务器系统厂商来说，也带来了更多的产品设计挑战。如何面对这些挑战，正是一个服务器厂商在研发能力、技术创新、国际合作等诸多方面实力的体现。联想经历了多年的技术研发积累后，有充分的信心和实力面对这些新的技术挑战。 新至强带来新的机遇 也许很多人会说，64位至强仅仅是32位和64位计算的混合模式计算平台。尽管它的出现解决了用户应用程序的兼容性问题，帮助用户保护了部分IT投资，但是，从根本上讲，它只是在高速缓存里放置了一些64位寄存器，而并没有像安腾那样，彻头彻尾地把32位寄存器全部清除出去。但是，正是这种看似中庸的做法，恐怕却是能够保障用户在x86系统上愉快地接受64位计算的最佳方式了。 其实，除了这个特性之外，随新至强出现的很多新技术足以引发一场服务器系统架构设计的革命。比如，代表着终结主板并行I/O技术的PCI-Express，它将引领本地I/O技术全面走向串行。而串行技术可以让主机板的尺寸变得更小，信号传输的速度更快，由此给用户带来更高性价比的服务器产品。而DDR2技术则可以让内存跟上处理器飞奔的脚步。也许很多用户对基于Dobson芯片的ROMB技术不太关注，可是，这种低成本的RAID解决方案很有可能引发RAID技术全面普及的新浪潮。 任何一个新的技术的到来无疑都能给用户带来新的价值和新的兴奋点，但对于厂商来讲，兴奋的同时，这种时刻又是对厂商技术和实力、品质和创新的最严峻的挑战。就像奥运会一样，当我们每个体育迷在欣赏奥运的精彩比赛的时候，没有人会想到为了支撑整个奥运的正常运转，奥运的IT供应商们在严阵以待、手捏一把汗地维护着所有的系统，保证不出任何的问题。 这次处理器换代，为用户提供了64位计算的崭新局面，同时新至强处理器也给服务器系统厂商在设计服务器产品过程中带来了更多更大的挑战。相比Prestonia内核的至强，基于Prescott内核的Nocona处理器发热功率彻底冲过了100W大关。简单地把散热片从铜铝材质换成纯铜材质，虽然能够保证部分塔式服务器通过散热的难关。比如散热问题，1U机架式服务器的设计是最难的，如果没有整体散热方案的革新，根本无法保证产品在高温和堆叠环境下稳定运行。纯铜散热片是一把双刃剑，重达1公斤的散热装置难以经受冲击和振动，巨大的拉力完全可以让主板上BGA封装的芯片全部开焊。而更高频率的各种元件势必影响系统的电磁兼容特性。散热和电磁兼容历来是个耦合的难题，机箱上的通风孔越大，散热效果越好；可是，电磁兼容特性就会越差。解决这些问题，要面临技术的挑战，而要率先推出服务器产品，就意味着要面临更大更艰巨的挑战，要做勇于创新的先锋。从2003年开始，联想就已经致力于解决这些问题，面对这些挑战了。 结构设计突破 为了给处理器营造这样一个能够保证其稳定工作的环境，服务器厂商和专业的散热装置厂商都开始八仙过海，各显神通。在对散热片的材质经过长达十几年的研究后大家发现，铝无论从成本还是加工工艺上，都超过其他金属，也因此在处理器散热片领域占据了十年以上的垄断地位。但是，随着新至强的推出，铝将不得不把这把交椅让给铜。因为，只有铜的良好导热性能，才能保证把处理器内部的热量及时传导到周围的空气中。而铜的密度却使得散热装置的重量增加了3倍！ 也许读者和用户对BGA这种芯片封装形式已经不再陌生，但是，殊不知，这种封装形式的芯片最害怕的就是所依附的PCB板发生较大的弯曲变形，一旦PCB板的形变超过某个范围，其上的芯片就会发生开焊的现象。而重达1公斤的处理器散热片在遇到冲击或大幅振动时，不但会影响处理器，还会波及到处理器附近的北桥芯片。如果在固定散热片的技术解决方案上不做突破性改进的话，不必经历振动和跌落，散热片自身的重量就会给主板施加一个挠度形变。 联想的系统结构设计工程师早在2003年的春天就开始对系统的结构重新设计，而在那个时候，散热装置的厂家甚至还没有来得及把散热片的样品拿出来。因为，Intel能够提供的仅仅是未来处理器的一个预期数据，而处理器的样品还不能稳定地工作。在这种情况下，设计师就要借助专业的有限元仿真软件和结构设计软件，利用计算机辅助设计这种方式预先开始了联想的机箱结构改进之旅。 设计的结果是：把散热片对主板的应力集全部分散到机箱上重新设计的加强筋和固定梁上，同时散热片与主板之间设计了一套阻尼方案。于是，无论服务器处于何种振动状态，即使面临没有包装和楦体保护的冲击之下，机箱都可以把散热片牢牢地抓住，而主板则可以高枕无忧了。 散热设计创新 如果对于塔式机箱来说，新至强带来的挑战主要集中在结构设计上的话，对1U的机架式服务器来说，散热设计无疑是最具挑战性的工作。自从2003年5月开始，联想就启动了新至强1U服务器的散热设计技术预研工作。 Intel最初在1U服务器上推荐采用热管散热解决方案，因为热管的散热效率要大大高于现有的风冷式散热方案。但是，由于服务器的高度限制，热管中液体的回流速度还不够快，因此，Intel建议大家在热管的回路上增加一个微型压力泵，通过这种方式提高散热效率。然而，热管加泵的方案不但加大了生产制造的工艺难度，还会导致现有的机箱架构发生重大改变，影响产品的延续性，无形中增加了用户的投资。 联想的工程师从一开始就没有按照Intel建议的方案进行设计，对热管这种可靠性和质量都没有完全成熟的技术，联想并不急于把它用在服务器之中。在长达一个多月无休止的技术辩论之后，主设计师突然从海洋中的鲨鱼身上找到了灵感：为什么不像鲨鱼一样，在机箱侧面开出通风孔，让新鲜的冷空气直接进入处理器散热片的周围，把热量带走呢？在接下来的时间里，设计师们在散热仿真软件里尝试着一个又一个方案。1U机架式服务器很多时候要通过导轨放入专用机柜之中，如果保证安装导轨之后的服务器仍能侧面进风是设计师主要考虑的问题。 在侧面开通风孔这种方案定型之后，设计师惊喜地发现：这个机箱的结构与上一代并不需要进行大的调整，而且，还能够继续支持4块热插拔硬盘。设计上的这次创新无疑将会给用户和厂家带来双赢。 电磁兼容设计 系统散热与系统结构上的创新与改进，仅仅为新至强服务器的设计开发扫清了道路，更多的难关还矗立在主板设计和以后的测试之中。例如电磁兼容设计，以往的设计思路是如何通过机箱的屏蔽，控制电磁波向外辐射，但是，这种屏蔽的方式是有限度的。最佳的电磁辐射屏蔽就是把机箱设计成全密闭的铁盒子，可是，没有了通风孔，系统也就无法散热了。所以，电磁兼容设计与散热设计是一个耦合的问题。解耦的办法就是从主板电路设计上，也就是从电磁兼容产生的源头上找到出路，在LAYOUT阶段，主板上的每一条走线都是按照特定的角度进行弯曲的，其主要目的就是为了降低因为线路中尖锐的弯角引起的电磁辐射。与此同时，在高频信号线的发射端，我们都会设计一组高阶滤波电路来抑止电磁辐射的发生。只有从电路设计上控制电磁辐射，才能保证服务器具备良好的电磁兼容特性。 电源供电方案设计 新至强处理器的制程改变带来了其在主频上的进一步提升，同时也带来了其功率的大幅度提升。由于处理器电流的增大，服务器供电解决方案的设计势必要进行调整。 在新至强处理器中首次引入了以往用于笔记本电脑的SpeedStep技术，这项技术的好处是：当用户的应用从波峰进入波谷时，处理器的频率会自动降低，同时对能源的消耗也会逐渐降低。但是，服务器的用户与笔记本电脑用户的需求是不一样的，他们不可能容忍应用激增之时，服务器中的处理器仍然在步履蹒跚地等待电能；他们需要服务器的整个供电系统能够快速跟上应用的变化。对于电源来讲，动态响应特性就变得尤为重要。当主板上的元器件功率出现任何波动变化时，电源都能够在几个毫秒之内迅速反应，确保元器件工作电压的正常。 为了给处理器输送稳定的电压和电流，仅仅依靠电源是不够的。我们为新至强特地设计了一套四相供电的方案，当处理器接到OS的指令要急速升高频率时，至少会有两相电力供应电路把必要的能源输送给它。在电路上还精心放置了电容和电感等稳压、稳流器件，保证处理器的正常工作。 更深入的国际合作 单凭联想自身的努力，是无法全部攻克这些难关的，如果不能适当地借力于上游厂商，面对挑战也只能长叹了。如与此同时，为了引爆这场产业革命，Intel也在全球积极地寻找业务合作伙伴。 对于Intel来说，选择合作伙伴不仅仅要看业务模式上是否能够互补，对方的公司战略、研发能力都是要考虑的因素。能够和Intel一起合作开发基于新至强产品的厂商，必须具备服务器系统设计、主板电路设计，以及信号级测试和系统极限测试的能力。 以往，只有像国际主流的服务器大厂才能成为Intel处理器和芯片组层面的技术合作伙伴。但是，中国IT市场巨大的发展潜力，以及联想几年来在研发上的持续积累，让Intel主动伸出了合作之手。为了保证联想产品的开发计划，Intel分别在中国内地、香港和台湾，以及美国的西雅图和波特兰建立了虚拟的技术团队，同时为联想开放了技术问题交流的数据库系统。每周这支虚拟团队都会和联想的开发团队一起研讨技术问题和解决方案，而双方的高层也定期就合作中出现的问题进行沟通和协商。正是这种建立在设计、开发层面上的合作，才使得联想在众多服务器厂家中脱颖而出，率先推出全系列新至强服务器产品。 在当前IT业内一片降价的呼声中，联想始终认为，真正对用户负责的是通过技术手段，不断提升品质，使得质量得到充分的保证，成本真正的降下来。联想在服务器领域面对日益低价的竞争，坚持在技术和产品设计上不断创新，提供客户真正稳定高质量的产品，因为联想深知，用户需求的核心依然是高品质和业务的连续增长的原动力。 作为国产服务器系统厂商的领头羊，联想服务器始终致力于为用户提供更高的品质、稳定性和性价比的产品，同时更让用户领略到全球同步的先进技术和国际化的产品品质。这已经成为联想服务器始终不渝的使命和责任。 联想的系统结构设计工程师早在2003年的春天就开始对系统的结构重新设计，他们借助专业的有限元仿真软件和结构设计软件，利用计算机辅助设计这种方式预先开始了联想的机箱结构改进之旅。 在侧面开通风孔这种散热设计的创新，使得机箱的结构与上一代并不需要进行大的调整，而且，还能够继续支持4块热插拔硬盘。联想在设计上的这次创新无疑将会给用户和厂家带来双赢。今天，世界正为一场新的技术变革而兴奋不已，我们相信并且憧憬一个“芯”的时代——64位时代的到来。 
梁军，男，1970年出生，1995年北方交通大学电气自动化硕士研究生毕业，同年加入联想，从事服务器产品研发工作，曾任研发部测试工程师、项目经理，服务器网络事业部助理总经理，副总经理，产品链管理部总经理，现任服务器事业部总经理。在联想集团就职期间，曾获联想年度优秀员工、总裁特别奖、联想五十杰和联想奖。 |
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