计算机架构“寒武纪爆发”,操作系统进化迸发中国浪潮

简介: 计算机架构“寒武纪爆发”,操作系统进化迸发中国浪潮

本文来自云科技时代公众号

图灵奖获得者John Hennessy和David Patterson在2018年联合发表了《计算机架构的黄金时代》,指出随着摩尔定律接近极限、登纳德缩放定律失效,自20世纪60年代起源的现代计算机架构正面临着新一轮进化的黄金机遇。LLVM之父Chris Lattner在2021年指出,编译器的黄金时代正在到来,与飞速发展的新硬件和高级语言相匹配的下一代编译器和编译语言是进化的主要方向。


两位图灵奖获得者和LLVM之父都共同指向一个方向,那就是软硬件协同设计和创新,从而构建新的架构、语言和硬件,进而提升计算速度。未来十年,我们将迎来现代计算机架构的“寒武纪生命大爆发(Cambrian Explosion)”。

AI和大模型的爆发,引发了多样化芯片和硬件系统的爆发式发展,而云计算、AI、云原生等应用也在推动各种软件快速迭代,软硬件协同设计和创新正在激发计算机操作系统的新一轮进化。英特尔自帕特·基辛格回归以来,就在大力推动从CPU到XPU的多芯片架构转型,服务器与PC的中央处理器正从单一CPU向XPU混合架构快速进化。


2020年12月CentOS项目宣布 CentOS 8于2021年12月31日停止维护和更新,CentOS 7也将于2024年6月30日停服,这不仅激活了中国的操作系统商业生态,更以开源社区形式聚集了服务器操作系统上下游的软件、硬件、系统和芯片厂商,集整个生态之力在短短三年内就发展出了龙蜥操作系统这样的新一代操作系统,不仅稳定性大幅领先于CentOS和RedHat,更进一步通过软件、硬件和系统的协同设计与创新,引领全球操作系统的新浪潮。

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龙蜥社区副理事长张东)

2023年12月17日,首届龙蜥操作系统大会上,全球第二大、中国第一大服务器厂商浪潮信息以服务器产业“链主”之势能,成为龙蜥社区的副理事长单位。此前,浪潮信息已经深入参与了龙蜥社区,并在2022年底推出了龙蜥操作系统商业发行版云峦操作系统 KeyarchOS,全面预装内部所有服务器产品线,并作为内部所有系统软件的基础底座。浪潮信息以系统厂商姿态,将全面引领软硬协同的服务器操作系统设计和创新进化浪潮。



整机系统厂商走向创新链前端

CentOS停服对于浪潮信息来说,不仅仅是一次推动中国操作系统替换式发展的机会,更是站上创新链的前沿,举整个产业生态之力,迎接计算机架构“寒武纪爆发”的机遇。“寒武纪”作为地球上“生命绽放”的历史阶段,见证了从单细胞生物到大规模的多样性生物的爆发式进化,奠定了高级生物出现的基础。而今天的计算机架构,正从单一的CPU向多样的XPU进化,软件也从单一“IOE”架构向云、大数据、AI、边缘计算等多样的架构进化。

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在过去,服务器系统厂商长期处于创新链的最底端。特别是通用服务器产业经过长期发展,同质化现象十分严重,无论是英特尔的芯片、Linux和微软的操作系统,还是IBM、Oracle的数据库和ERP等软件,都十分稳定且占据市场主流,服务器厂商的创新空间和创新维度十分有限。随着产业集中度提高,全球通用服务器产业已经掌握在六大品牌厂商手中、占40%左右的市场份额,第二大阵营就是服务于互联网厂商的白牌服务器厂商、占36%左右的市场份额。


在计算机体系的上层软件和下层硬件都剧烈变革的时代,服务器系统厂商的创新空间和创新维度也在急剧扩张——在计算机架构的“寒武纪爆发”期,浪潮信息作为服务器系统厂商,以“应用导向、系统设计为核心”的理念,引领整个产业生态开展群落式进化。


“应用导向、系统设计为核心”即场景驱动的软硬件协同设计,而操作系统是软硬协同设计与优化的核心。浪潮信息对操作系统的研发投入已经超过十年,从2008年开始就已经投入面向安腾架构的V1-V2版本操作系统、2014年开始面向X86和Power架构的V3-V4版本操作系统,2020年开始面向X86和ARM等多种架构展开操作系统研发,2022年底基于龙蜥开源操作系统推出了V5版本,至此浪潮信息的服务器操作系统全面收敛到龙蜥。

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为什么要投入龙蜥社区并基于龙蜥打造自己的操作系统?龙蜥社区副理事长张东在2023龙蜥操作系统大会上表示,智算时代的算力产业呈现算力形态多元异构、算力供给服务化、算力应用智能化等新发展趋势,需要以应用为导向,以系统设计为核心,从系统的角度出发,真正让不同架构的技术、产品和相应的生态融合起来。而达成这个目标的一大关键,就是要推动系统软件的进阶,实现多元算力的协同优化、云原生应用场景支撑优化以及系统软件与AI的深度双向融合。


简而言之,就是在计算机架构“寒武纪爆发”时代,服务器软硬件的协同设计和创新都收敛到了操作系统层面,这就是整机系统厂商走上创新前台、深度参与操作系统研发的原因。例如,随着芯片种类越来越多样,互连的方式也越来越多样,从PCIe到NVLink再到英特尔牵头的CXL协议等等,这些协议或通用或只适用于特定的处理器,因此仅从硬件层面的打通远远无法发挥异构算力的作用和协同优化,还需要操作系统的支撑。


《国产服务器操作系统报告(2023)》指出:全球产业数字化转型加速,以及不同应用场景所需的不同算力类型,带来对于算力和服务器操作系统的差异化需求逐渐强烈,全球服务器操作系统行业发展正在进入多样性时代。对于服务器系统厂商,当前正是从深度制造迈向深度创新的黄金机遇期。



社区共治成为操作系统的主要进化方式

Patterson和Hennessey提出过一个结论:我们来到了计算机架构的文艺复兴时代,需要把计算机行业上下游人员垂直整合起来,大家既要懂硬件,也要懂软件。以开源社区方式,集合整个产业生态进行软硬协同设计及优化,将是计算机架构进化的下一个主要方式。


成立三年来,龙蜥社区已经拥有24家理事单位和800余家合作伙伴,涵盖了主流的操作系统厂商、芯片厂商、整机厂商、云计算厂商和应用厂商等,龙蜥快速成长为中国最具影响力的开源操作系统社区,基于社区操作系统发行了超过12款针对下游的衍生版,同时龙蜥操作系统服务器装机量现已超过600万,服务了金融、通信、能源、交通等众多行业超过80多万用户。

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龙蜥操作系统已成为用户首选的服务器操作系统,中国信通院最新发布的用户调研显示,用户意愿迁移至龙蜥操作系统的比例超过半数达53%,排名第一。此外,龙蜥社区成立了59个SIG,包括AI、云原生、Serverless、云原生机密计算、CICD、编译器、软件定义汽车等创新前沿SIG,智能计算正式成为龙蜥操作系统的第9大技术方向。


在2023龙蜥操作系统大会上,中国工程院院士陈左宁指出,龙蜥底座不是传统意义上的服务器操作系统,而是源自于阿里云的实践,主要是支撑云计算的操作系统,现在已经能支持通义千问等大模型,龙蜥将云时代、大数据时代、智能时代的技术,垂直做到基础操作系统里面,可以支撑上层系统,比原来CentOS等服务器操作系统的意义更大。如何更好地把龙蜥的软硬件生态在阿里云以外的场景支持好,这个是一个充满挑战的事情,期待社区可以做好。


龙蜥社区理事长、阿里云基础软件部副总裁马涛在会上感叹,龙蜥社区仅仅用了三年就推出了成熟好用的龙蜥操作系统,这从传统操作系统厂商或传统IT厂商来看都是不可思议的速度。规模效应是龙蜥操作系统成功的重要原因之一,其它单一操作系统厂商很难拥有数万台服务器作为实际产品研发环境,而阿里云的百万机架服务器或浪潮信息每年百万台服务器出货量,都远远超过单一操作系统厂商的能力范围。


当今复杂IT环境下,已经无法仅依靠一家厂商的力量就开发出一个操作系统,操作系统要广泛对接各种异构的芯片、软件和应用,工程之浩大就必须通过开源社区的方式,集合产业生态内所有厂商的力量,才能快速推出满足用户需求的操作系统。


中国科学院院士梅宏指出,龙蜥社区采用了开放中立的治理理念,社区正由单引擎,转变为由阿里云、浪潮信息、统信软件等多企业共同治理的新格局,这种共同治理模式能够更好地激励所有参与者,促进社区成员更好地发挥积极性、主观能动性,为龙蜥社区做出更大贡献。


接下来,龙蜥操作系统从自身架构上进一步进化,以实现更高水平的操作系统以及用产品确保社区共治的理念落地。龙蜥社区依据“分层分类”的技术架构思想,将这个庞大的系统拆解为数千个组件,对这些组件实现了从核心到外围的“分层”组件管理,并根据应用场景进行“分类”聚合,基于每个分类聚合单元,实现以用户为中心的研发模式。


马涛在会上重磅首发了下一代操作系统“1+3”能力模型,遵照“分层分类”科学理论的去中心化协同演进的技术路线,以“用好开源、做深开源、自主创新”为核心出发点,长期投入研发,将打造“供应链安全”、“开源标准”和“云原生+AI” 三位一体的下一代操作系统。

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龙蜥构建了开放共赢的产业生态,从标准共建到生态合作,全产业链共享的开源社区,有利于在硬件厂商、基础软件厂商、应用软件厂商、系统开发商、开发者、用户之间形成产业正循环,打造商业可闭环的良性生态系统。而龙蜥社区运营的中国模式,也就是在社区贡献上,贡献方主要来源于项目的发起方,开源项目也更多的以商业利益为导向,也就是中国开源社区的运营模式更注重效率,可大幅缩短开源项目从发起到商业化落地的时间。正因为龙蜥社区的高效商业化,英特尔的新产品新技术在第一时间就与龙蜥操作系统适配,通过一次适配就能完成与中国多样化的操作系统软件、硬件等的兼容工作,极大提高了商业效率。




迎接操作系统的新浪潮

自2022年加入社区以来,浪潮信息积极投入社区建设,依托浪潮信息龙蜥联合实验室,在技术创新、标准制定、生态建设、运营推广等多个维度推动社区建设。

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首先,在技术创新方面,浪潮信息主导成立服务器无感知计算SIG、可信计算SIG,参与Anolis迁移SIG、Cloud Kernel、KeenTune(轻豚)、硬件兼容性等10多个SIG的工作和讨论;牵头发布《龙蜥操作系统可信计算最佳实践白皮书》《eBPF技术实践白皮书》,推动Serverless、eBPF、可信计算技术发展;聚焦安全性、稳定性、整机兼容性等领域,提交300余个技术PR、20余个高中危安全漏洞补丁;围绕不同用户业务场景,发布10个迁移方案;贡献自动化装机平台InManage Boot,丰富龙蜥社区开源运维软件,提升运维场景覆盖度。


其次,在标准制定方面,浪潮信息牵头发布《服务器操作系统迁移指南》、《服务器操作系统硬件兼容性要求》,联合制定《服务器操作系统质量测试要求》、《内核应用编程接口》等社区标准,进一步强化服务器操作系统质量要求。


第三,在生态建设方面,浪潮信息邀请约50家合作伙伴加入龙蜥社区,覆盖硬盘、网卡、内存、Raid 卡、数据库、中间件、安全、高校ISV等领域;完成520项软硬件的兼容认证,覆盖主流 CPU、GPU、FPGA、网卡、服务器、存储、网络设备等硬件及主流数据库、中间件、虚拟化、容器、云平台、办公软件等软件,在T-one实验室累计新增30款主流机型适配;主导龙蜥社区驱动基线建设,推动“一测多证”落地龙蜥社区,提升龙蜥操作系统南北向生态兼容性。


此外,在运营推广方面,浪潮信息主导13场社区活动,包括SIG Meetup、龙蜥社区走进浪潮信息Meetup、龙蜥大讲堂等形式,市场推广覆盖人数100w+;首批参与龙蜥社区人才培养计划,KeyarchOS初级认证课程上线龙蜥官网;联合龙蜥社区完成“社区贡献看板方案”制定及评审,优化贡献提报指南及平台;牵头成立龙蜥安全联盟,联合制定《龙蜥安全联盟章程》并出任副主席职位,提升社区安全响应能力,推进龙蜥大安全生态建设;合作成立系统运维联盟并出任委员,推动系统运维标准制定。


对于本次当选副理事长单位,浪潮信息将发挥系统厂商的优势,通过整机带动,更好地实现软硬协同的系统设计,加快技术创新,确保龙蜥操作系统持续迭代进化。同时,作为整机厂商,浪潮信息拥有业界最全的服务器产品,遍布全球的服务体系能够很好地支撑,提升客户体验。此外,浪潮信息自身的生态体系包含ISV、大量的上游器部件等,可以加快龙蜥操作系统生态建设,简化适配难度,并将引入更多整机生态合作伙伴,促进社区生态繁荣。

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目前,浪潮信息以云峦KeyarchOS为底座,已构建包括智算软件栈、云基础软件栈、大数据软件栈、边缘计算软件栈、远程运维软件栈等在内的全栈系统软件,并实现与自身服务器优化匹配,可向客户交付高效的智算系统。浪潮信息也在全面进化为软硬结合的新物种,不仅提供服务器操作系统,更提供了高效运维、系统稳定与优化、安全可信、系统使用辅助等全链条运维工具。


整体而言CentOS停服带给中国操作系统的不仅是一次替换式市场抢占机会,同期的现代计算机架构“寒武纪爆发”进化,更带给中国操作系统一次与全球操作系统并驾齐驱的机遇,以龙蜥开源操作系统和开源社区为代表的中国操作系统生态正在跻身全球一流行列,而浪潮信息作为服务器产业链“链主”,也将带领整个产业生态抓住这一波操作系统进化的黄金机遇。可以说,这将是一代人只有一次的历史机遇,操作系统正在迸发中国新力量、新浪潮!

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