图文揭秘：龙芯刀片服务器内部结构详解
【IT168 专稿】以自主研发为看点的曙光“龙芯”刀片服务器于4月23日正式发布，标志着我国国产服务器全线自主化和国产化终于实现。曙光公司总裁历军先生表示，龙芯刀片的成功研发，点燃了自主CPU芯片产业化的星星之火，在更多合作伙伴的参与下，必将振兴国内IT产业（详情：曙光发布龙芯刀片服务器 点燃星星之火）。http://image4.it168.com/2010/4/26/d2a34633-bf93-4405-9f4e-9d5d74bd22e5.jpg曙光公司总裁历军（右）和龙芯总设计师胡伟武（左）发布龙芯刀片服务器文章导读（点击这里直接查看全文）：1、实物拆解：揭秘龙芯刀片服务器内部结构2、CB-50A龙芯刀片服务器内部设计结构详解3、CB-50A龙芯刀片服务器应用实例图解4、基于龙芯处理器的曙光服务器产品预报
从路线图来看，曙光公司将于年内推出基于龙芯处理器的全线服务器产品（包括四路刀片、双路~四路机架，以及保密服务器等）。本文主要揭秘本次发布的龙芯刀片服务器CB50-A，以第一手的资料为您从实物细节，内部逻辑，以及所承载的应用三个方面做全面的解读。http://image4.it168.com/2010/4/26/bc41dcd9-c8b4-409d-9228-2505fb0d0593.jpg
从路线图上来看，CB50-A是探路先锋，2010年第三季度才是龙芯服务器的井喷期
龙芯刀片服务器产品不仅具有独立的自主知识产权，还具有安全、绿色、高效节能等特性，具有其通用性使得龙芯可以无缝平滑的运行x86架构Linux系统上的应用程序。其中，曙光公司主要负责了龙芯刀片服务器的主板设计，CPU采用了龙芯公司的LoongSon 3A CPU，BIOS系统则采用了曙光公司基于PMON二次开发的龙芯BIOS,运行着红旗Redflag Linux，是一款包括基础架构、通用处理器和操纵系统软件在内的完全自主知识产权的服务器产品。
曙光CB50-A计算刀片技术参数（IT168服务器频道 整理）
指标说明
CPU特性双路Loongson3A
主频1GHz 原生四核
2个HT1.0 16 位总线
DDR2/3内存控制器
内存 8 DIMMs，最多64GB DDR2 SDRAM内存
网络 集成2千兆以太网卡
硬盘 2块2.5” 热插拔SATA硬盘
I/O2 PCIE 8X
分别支持IOE的Infiniband模块
4 USB 2.0
管理系统Gridview DMC管理系统
BIOS曙光龙芯BIOS
操作系统红旗linux
功耗单板功耗最多不超过110W
下面我们来对照实物，解读龙芯刀片服务器的各个组件：
实物拆解：揭秘龙芯刀片服务器内部结构
从众多媒体的关注度来看，此次龙芯刀片服务器的发布意义非常。那么，抛开战略层面的意义不谈，其产品究竟如何，我们就现场展示的实物来细细拆解：http://image4.it168.com/2010/4/26/f7c44e66-c80b-4c53-a476-e27e631ef9c6.jpg 首先是龙芯刀片CB-50A的机箱，乍看起来很眼熟，原来是曙光TC2600刀片服务器机箱（熟悉的朋友知道，著名的超级计算机“魔方”曙光5000A，采用的就是TC2600刀片机箱）http://image4.it168.com/2010/4/26/022b73af-78d2-4561-bc30-00899e011b50.jpg 从规格上看，TC2600刀片机箱是典型的7U规格，能插入10个计算刀片，打造之初是为了支持双路/四路AMD皓龙处理器。由于使用了模块化设计，因而其后面的网络模块、管理模块可以按需求变更。与上图不同的是，我们可以从机箱事务上看到，CB-50A龙芯刀片前面板有着独特的设计——两个2.5寸硬盘位，一个VGA输出插槽，两个USB2.0接口。下面是这款刀片的鸟瞰：http://image4.it168.com/2010/4/26/6d25543f-1bec-4189-89e2-02ded06ff55b.jpg 从上图我们可以看到，CB-50A左下角是两个2.5寸硬盘位，右下和中间偏左分布着两路CPU模块——包括龙芯3A处理器和四个内存插槽——我们后面会介绍局部细节。中间右边到最上面的三个散热片下面分别覆盖着北桥AMD RS780E芯片和南桥AMD SB710，还有一个不得而知。http://image4.it168.com/2010/4/26/2272a7d4-6564-41b9-947f-3c603ddeb9bc.jpg 龙芯3A内部集成了两个DDR2 / DDR3内存控制器，因此可以看出CB-50A采用了双通道内存设计，单颗龙芯3A处理器支持四根DIMMs。更多内容请见后页对于CB-50A系统设计的相关解析。http://image4.it168.com/2010/4/26/81af2454-1141-4ba0-8e30-f076b87acea4.jpg 说完刀片内部（更多详细阐述请见后页），我们来看看承载CB-50A刀片的TC2600的部件：首先是中板——它负责连接十个刀片与后部I/O模块、电源模块、管理模块等。http://image4.it168.com/2010/4/26/24ce33d3-f25a-498f-ab9f-b185eacbd83a.jpg 这是集成了十个PCI-E插槽的I/O插板，CB-50A刀片服务器采用了RS780E北桥接口，提供了一条x8速的PCI-E用作对外的I/O扩展。http://image4.it168.com/2010/4/26/c9dbc868-867e-48b6-bfbb-da99736d7ae2.jpg 非常有名的Infiniband交换模块，其规格有DDR和QDR两种。这里展示的是带宽相对较少的DDR模块，其速率可达20Gbps，如果更换速度更高的QDR交换模块， 速率可达40Gbps。http://image4.it168.com/2010/4/26/a640cb19-4955-4ea8-ac45-4a3b4142dcac.jpg
pass-through（直通）模块，用以配合infiniband网络交换模块，降低其延迟并提供灵活的加速传输性能http://image4.it168.com/2010/4/26/64d7f2b8-2de1-4418-a03b-98f15cbe15da.jpg
千兆网络交换模块http://image4.it168.com/2010/4/26/93b95741-fe67-4179-aee8-aa2ea733efca.jpg 管理模块，较上一代有较大改进，并不是单纯的KVM系统，管理系统不再是简单的被动监视系统状态，而是智能的根据实时功耗，确定工作的电源数，使电源工作在最佳效率曲线上，并且在调整任务的时候，利用事件寄存器自动计算每个任务的功耗，并进行转移，从而真正意义上实现智能的数据中心管理。http://image4.it168.com/2010/4/26/b78c49b0-b366-47be-9dec-2ec1712c3773.jpg
电源模块，每个TC2600拥有6组CB-50A龙芯刀片服务器内部设计结构详解
下图是过去的一年中，龙芯刀片服务器从研发到完成产品的过程。经历了短短1年的时间，龙芯刀片服务器CB-50A就研发成功，着实让人惊叹，但事实上基于龙芯处理器的产品规划和技术积累早就开始了。http://image4.it168.com/2010/4/26/919d7a01-90f4-4e70-8079-ae9550d46453.jpg 例如CB-50A龙芯刀片服务器使用的龙芯3A处理器，采用65nm工艺制程，原生四核架构，主频1GHz，内含两条HT超传输总线和两个DDR2/3内存控制器，架构上不输于任何主流的x86架构处理器。http://image3.it168.com//2010/4/24/b14c92c5-3aa0-4b0b-9d83-3a167727f547.jpg
龙芯3A四核处理器 从上图，可以看到Core0~Core3四个原生处理器内核，以及Scache0~Scache3四个二级缓存，两条HT1.0超传输总线（姑且先按AMD的说法这么翻译），Xbar1~Xbar2是龙芯3出彩的地方——可以将之看作是与PCI-E、北桥沟通的控制器，笔者认为其一负责HT总线的调度，另一个负责L2缓存以及MC——这比L3级缓存效率要高（实际上还需要看应用）；两组DDR2/3内存控制器。可以看出，龙芯3A处理器吸收了很多Intel和AMD处理器的设计特点。 既然是设计结构详解，下面我们就来展示一下CB-50A的系统原理图和PCB线路图——http://image4.it168.com/2010/4/26/fa8ae867-a155-4ef1-b787-a47739ef4e73.jpg
CB-50A龙芯刀片服务器的原理图（点击看大图） 我们细看局部，首先是处理器部分，见下图。可以发现，两个龙芯3A处理器以一主一从的关系布置于系统中（上面的是从属，下面的是主处理器）。这有点类似于协处理器的布置，两个处理器通过HT-0超传输总线进行互联通讯，而左侧的两个红框部分标出的是龙芯3A处理器的双通道内存——由于龙芯3A有两个内存控制器，因此每个处理器可以控制两组双通道内存，即4个DIMMs插槽。http://image4.it168.com/2010/4/26/bc33e1b7-1108-4879-9895-ad01bb268611.jpg 在这张图中，笔者发现只有主处理器（Primary）通过HT-1超传输总线连接至北桥，因此可以推测从处理器的HT-1被屏蔽了，没有启用——可能是设计复杂度的问题，也可能是双路刀片的定位，其I/O瓶颈并不出现在CPU与外部的通讯。这种做法有点像AMD刚刚发布的12核心“马尼库尔”处理器，同样该处理器屏蔽了其中一个“6核die”的一条HT总线：http://image3.it168.com//2010/3/29/5fa89a21-3df4-4263-92bb-f7c35b242777.jpg
如图，马尼库尔屏蔽了slave从属内核的HT-port3这条超传输总线，原因大致与上面的推测相同 以下的结构就很常规了，CB-50A采用了AMD公司的北桥和南桥芯片，其中RS780E北桥芯片以低功耗特性普遍被应用在嵌入式和小型高清主板上（因为其集成了HD3200 GPU核心），而与之搭配的南桥SB710则为系统提供了丰富的I/O接口。也因此，我们可以看到在龙芯刀片服务器的前面板上有视频输出的D-SUB接口（VGA）。从规格来看，该芯片组还支持HDMI的高清输出，这也与龙芯系列产品未来面向消费电子领域推出“高清播放机”的策略相吻合。实际上，CB-50A因为是面向科学计算的高性能刀片，因此众多PCI-E总线被统一起来用作连接背板Infiniband、管理模块和千兆网络模块的通道（VHDM通道）。http://image4.it168.com/2010/4/26/73b18a53-d9f9-454d-86ce-90e4e267a701.jpg 主要的芯片和结构讲到这里，其他细节碍于篇幅不在这里赘述（有兴趣的朋友可以找来相关芯片的定义对照，自行领悟）。下面独家放出一张CB-50A龙芯刀片服务器的PCB设计图：http://image4.it168.com/2010/4/26/bb88ea22-ca7d-4c6c-ae56-fdf385b3e2c3.jpg
CB-50A龙芯刀片服务器PCB电路板（点击看大图） 下面我们看看CB-50A具体能跑哪些应用。 CB-50A龙芯刀片服务器应用实例图解
作为刀片服务器，CB-50A龙芯刀片不可避免的会在未来承担起国内高性能计算领域的生力军。笔者归纳了龙芯刀片服务器目前已经可以顺利部署运行的相关HPC应用：http://image4.it168.com/2010/4/26/152ca50f-072a-4dfb-ba03-972674f1b2f1.jpghttp://image4.it168.com/2010/4/26/dc2a2de3-cc72-47d3-9b2a-18a97700d896.jpghttp://image4.it168.com/2010/4/26/23eb6d2c-d02f-42ce-a0e3-849b5ecdd4ae.jpghttp://image4.it168.com/2010/4/26/48860fca-22e6-4a0b-80f3-194906df1af0.jpghttp://image4.it168.com/2010/4/26/41730fa1-5cd4-41d7-8b1f-02f54a611b2f.jpghttp://image4.it168.com/2010/4/26/ecdce6d9-a2ce-410d-964d-01c0fe75f781.jpghttp://image4.it168.com/2010/4/26/06102f78-badb-438d-8190-40c25b4e7616.jpghttp://image4.it168.com/2010/4/26/96c02752-398e-448d-823b-6c62ef281947.jpghttp://image4.it168.com/2010/4/26/75315ff7-33f5-4afd-852e-b98d96e144d6.jpg 据曙光公司总裁历军先生表示，目前龙芯刀片服务器已经可以很好的运行以上这些HPC典型应用。而未来，龙芯服务器将面向中高低端三个方面推出自己的产品，届时将有更多的应用可以再国产CPU的服务器上部署，不论是安全性还是性价比都是一次长足的飞跃。 基于龙芯处理器的曙光服务器产品预报
从龙芯产品的路线图可以看出，本次发布的双路SMP龙芯刀片服务器的产品寿命预计为4年，即：龙芯刀片诞生(2010年)-> 步入市场(2010年) -> 用户接受发展(2011年～2012年) -> 销售量减少(性能更强多下一代龙芯刀片诞生)(2013年) ->淘汰(下一代龙芯刀片推出)(2014年)。而未来曙光将会推出基于龙芯处理器的Twins高密度刀片，双路和Twins机架服务器等，2010年底至2011年初则会推出四路SMP刀片和四路SMP机架服务器，还有为特殊单位定制的保密服务器等。http://image4.it168.com/2010/4/24/dbc3cd1b-012b-46dc-a3d7-16ccdf474dbf.jpg
龙芯产品的路线图——注意，这只是企业级的路线图（我们会在后续介绍龙芯处理器的文章中揭秘其全线路线图）http://image4.it168.com/2010/4/26/ae0c82ac-69b4-4f82-9f94-014b08643fe2.jpg
机架服务器自然是市场上的主力军，龙芯产品将覆盖所有常见机架类型（甚至包括twins机架高密度服务器）http://image4.it168.com/2010/4/26/d4d2f09e-c526-40c8-ac0b-540e09b9c863.jpg
2008年曙光发布了个人高性能计算机PHPC100，近期将发布采用了20个龙芯四核处理器的曙光PHPC200，能效比更上一层楼http://image4.it168.com/2010/4/26/6e258e0b-abbf-443d-98b4-50a13e04bf43.jpg
早在曙光5000A发布之初，我们就知道下一代曙光6000超级计算机将部分采用龙芯刀片，相信采用龙芯处理器的高性能计算集群会很快进入我们的视野，毕竟这才是国产龙芯处理器的强势领域http://image4.it168.com/2010/4/26/38dfa69b-5af8-4dfb-8649-637ae1d51f00.jpg
龙芯二号推广之初就是以防火墙产品面市的。实际上，由于龙芯完全自主研发，因此在很多安全领域对龙芯高性能防火墙的要求很强烈，相信未来采用龙芯3A处理器的高性能防火墙会受到国内企业的进一步青睐http://image4.it168.com/2010/4/26/d17c37df-407f-4410-9e76-70b7f4755e2b.jpg
自主知识产权，意味着龙芯处理器在国家安全领域、保密领域有着不可替代的优势，保密服务器也将是龙芯的拳头产品 发贴辛苦,支持一下!!!
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