新一代IBM Z14主机技术介绍
编者按：随着我行业务的稳步推进，特别是近来互联网业务的发展与金融市场的活跃，我行的核心生产主机系统的交易负载和核心数据库存储规模与日俱增，核心业务交易量呈现迅猛的增长趋势，需要处理能力强大、安全、稳定、可靠的IT基础架构予以支撑。除此之外，为应对新增业务、特殊业务和临时需求带来的不可预期的突发高峰，配置管理的灵活性和资源的扩展性也不可或缺。我行自2013年开始，在核心生产环境引入EC12主机使用至今已超过5年，根据IBM宣布的EC12主机产品生命周期计划，EC12主机将于2017年12月31日后完全退出市场。同时，IBM公司已于2017年7月份推出最新一代大型机Z14，它具有超越EC12的高性能、高可靠性以及更大容量，具有更好的扩展能力，相比EC12无论在性能上还是功能上都有非常显著的增强。我行现已采购2台Z14主机耦合器，为主机系统可靠运行继续提供强有力的支撑。下面，对Z14主机技术做个简要介绍。
一、硬件配置增强
Z14主机单处理器的主频为5.2GHz，单核容量Processor Capacity Index (IBM MIPS)大幅提升21%，可配置处理器170颗；内存32TB，LPAR逻辑分区数85个；系统理论I/O带宽提高到832GB/s，内部I/O总线PCIe速度提升到16GB/s。
1、芯片性能提升及优化
Z14主机采用了最新的14nm的处理器芯片制造工艺，可以为DB2数据库或z/OS操作系统的运行和换算带来更低的I/O响应。
芯片封装及优化提升：
l14纳米芯片以及优化的SIMD和SMT技术
l每个CP抽屉有6个CP芯片封装
l每个CP封装有10核/PU
l深度集成PCIe I/O控制器功能
l每个CP抽屉中单个SC(System Controller)芯片封装
2、Cache L1/2/3增大
3、SAP支持SMT
4、减少Java作Garbage Collection时的延迟
5、配置压缩协处理器、加解密协处理器
6、支持32TB内存，192GB HAS，Virtual Flash Memory (1.5TB-6TB) 替代Flash Express;单逻辑分区最多16TB，VFM最多2TB
7、M01-M04型号：满配141颗处理器，zIIP最多93颗；M05型号：满配170颗处理器，zIIP最多112颗
8、风冷可升级到水冷
9、I/O内部总线提升：Z14主机的I/O内部总线得到了大幅度提升，无论是CPC Drawer到IO Drawer、IO Drawer的背板速度还是耦合链接，均全面采用PCIe 3代技术，相比EC12主机提升了100%。不再支持IFB。
10、支持16 GbE速率的FICON通道、8GbE速率的ICA本地耦合连接、10GbE速率的OSA网络连接等
二、功能增强
1、增加zHyperLinkExpress技术
IBM在Z14中引入zHyperLink Express作为全新的大型z系列主机I/O通道链接技术，目的是加速DB2交易处理、改善DB2日志吞吐率、和VSAM访问效率。Z14上最多可安装16个zHyperLink Express适配器，并可由多个LPAR共享。每个端口最多可支持127个VF（Virtual Functions）用于系统IODF定义，每个LPAR可分配有一个或多个VF。
在性能上，zHyperLink Express帮助进一步提高数据处理能力、Z事务处理的可扩展性，并可大幅度减少I/O延时。DB2日志写速度将提升10倍，显著加速DB2的交易处理。同时，Cache命中率提升7倍，加速DB2索引拆分，缩短批量处理窗口。
在物理连接上，zHyperLink Express通过使用PCIe Gen3 x8物理链路（最远150米距离），将Z14 CPC直接连接到磁盘机DS8880的I/O模块，从而可以降低因多节点链路造成的I/O延迟并加强z/OS系统上DB2事务处理的能力并提高日志的吞吐量；在逻辑架构上，允许处理单元（PU）对驻留在磁盘机DS8880高速缓存中的数据进行同步请求，从而消除因未发送成功的运行请求、恢复请求的等待时间及PU缓存中断等因素造成的I/O延迟。
2、采用ICA SR技术
ICA SR(Integrated Coupling Adapter Short Reach)是从Z13主机开始引入的新耦合连接方式，Z14继续沿用了该耦合连接技术ICA SR采用PCIe Gen3（第三代）技术，把x16通道分叉成x8的方式进行耦合，最大的工作距离可达到150米，传输速率为8 GBps。
在硬件架构上，ICA SR板卡位于Z14 CPC抽屉上的PCIe I/O插槽中，该抽屉支持10个PCIeI/O插槽和多达20个ICA SR端口。与前几代主机相比，单个处理器节点上的短距离耦合可实现更大的连接性。在逻辑架构上，ICA SR每个端口最多支持四个通道路径标识符（CHPID），每个CHPID最多支持八个子通道。因此，该耦合连接无法像HCA3-O 12xInfiniBand链路，为每个端口定义超过4个CHPIDS。
3、其他技术
Z14主机支持IBM zSystems数据压缩 (zEDC)功能，能减少磁盘存储成本和消减数据传输实际。
Z14主机运行虚机环境和Linux系统时，还支持OpenStack、KVM等开源技术，最多支持8000个虚拟机。全新支持容器技术Docker EE、Kubernetes，区块链技术Blockchain以及Mongo DB、MySQL、PostgreSQL、Spark、Hadoop等数据库和数据分析技术。
三、性能对比
1、Z14主机单核处理能力提升，相比zEC12主机提升约24%，交易响应时间预期缩短，QCAP和关键的QAPP进程运行得更快。最多170颗可配置处理器，比zEC12提升86%。Cache结构持续两代的优化将有助于应用高效运行，意味着单交易的开销降低。
2、最多可配置32TB内存，是zEC12的10倍多。Z14大内存支持使得性能显著提升,Virtual Flash Memory (VFM)提供更好的业务弹性，更好地支持DB2V11的大缓冲池。
3、SIMD内存技术及其增强，会使得采用最新的COBOL V6.1编译器重新编译后的COBOL程序运行效率更高，意味着单交易的开销降低。
4、采用SMT技术，在不增加成本的情况下享用到更大容量和吞吐量；第二代SMT技术更好地支持DRDA负载运行；SMT技术支持SAP协处理器，增强了I/O处理能力。预期Z14 zIIP比EC12 zIIP性能提升51%。
5、在单台Z14上可支持同时运行1344个数据库，一天完成3770亿数据库交易。
6、zHyperLinkExpress大幅提升了I/O性能近5倍，把I/O敏感负载的响应时间减少多达一半50%，而不需要应用变更。
7、压缩协处理器缩短响应时间，减少MIPS开销，节省磁盘空间。更快的压缩协处理器提升DB2数据压缩效率，压缩协处理器的保序压缩支持DB2索引压缩。
8、Java运行效率比其他平台快1.5倍以上。
9、单台Z14可以横向扩展（Scale-out）到2百万个Docker容器。
10、在一个Z14系统中把单个MongoDB实例扩展到17TB，并且吞吐量可达2.4倍，而响应时间减少2.4倍。
11、单系统处理125亿加密交易。如果用x86处理同样交易量，加密速度慢18倍，成本高20倍。