基于浪潮 K1 Power Linux服务器的区块链实践

本文从硬件的产品选型角度来谈区块链实施的注意事项。区块链本身的分布式账本以及去中心化架构，导致系统交易处理能力十分低下，并且呈现明显的木桶效应，也就是系统的整体性能取决于区块链网络中性能最差的节点。在区块链算法没有出现根本性的技术创新之前，用户在部署区块链系统时应该选择高性能的服务器，避免本地成为区块链的交易处理瓶颈。浪潮浪潮 K1 Power Linux 服务器具备强大的 CPU 处理能力、 I/O 吞吐能力和异构加速特性，是传统行业用户构建区块链应用的理想平台。

1. 区块链性能取决于木桶的短板

区块链是最近几年最热门的前沿技术之一，并在食品安全追溯、跨国金融汇兑等领域开始应用，但是应用场景十分稀少。制约区块链应用的一个直接原因就是交易处理性能不足，区块链网络很难负担对 TPS 要求高的相关业务。

区块链的架构是去中心化，与一般的分布式架构相比，有着明显的差异。在分布式网络当中，每个节点都是一个大的计算任务的子集，每个人节点可以根据自身能力分配任务，每个节点的结果汇总到一起形成最终结果。假设总任务量是 W ，网络节点数是 N 的话，那完成任务 W 的时间是 W/N ，不考虑，管理损耗，节点越多，任务完成时间越短。而在区块链中，每个节点都需要独立的存储账本，整个交易必须等到每一个节点都完成交易并达成共识之后才能确认，所以，交易的完成时间取决于性能最差的节点所需要的时间。

在当前区块链算法没有重大创新的情况下，提高区块链系统交易处理能力最可行的办法就是选用高性能的计算平台，避免系统瓶颈。所以，企业在进行区块链项目实施时，对于硬件选型应该十分慎重。

2. 基于浪潮 K1 Power Linux 平台的区块链解决方案

硬件选型包括服务器 CPU 、内存的配置、磁盘、网卡的选择等。例如，服务器配置是偏重高主频还是多 CPU 核心，内存与每颗 CPU 核心的配置比例，磁盘是用 SSD 还是 NVME ，网卡使用千兆、万兆、 25Gb 或者是 100Gb 的网卡等。浪潮 K1 Power Linux 服务器提供了丰富的硬件选项可供项目实施进行选择。

从 2019 年 12 月底至 2020 年 3 月底，浪潮商用机器公司和北京 中科金财科技股份有限公司在浪潮商用机器提供的 FP5280G2 集群上进行了基于中科金财区块链方案的适配测试，并推出了联合解决方案。用三台 FP5280G2 服务器，实现了 5000 并发量下的查询，峰值 TPS 为 2121 ，平均 TPS 约为 1650 ，性能均优于通用服务器。

3. 浪潮 K1 Power Linux 服务器是区块链应用的优选平台

3.1. 浪潮 K1 Power Linux 保障区块链底层安全

区块链账本数据的安全和智能合约运行时，安全程度较低，因为内存中数据是明文的， CPU 寄存器中也是明文的，需要硬件平台更高的安全性和可信性。

K1 Power Linux Power 的安全功能设计，涉及固件，深入到底层的芯片，预装了 Meltdown 及 Spectre 固件和操作系统补丁，可以在 AIX ， IBM i 和 Linux 操作系统上防范所有已知的安全漏洞。

3.2. 浪潮 K1 Power Linux 满足区块链应用的强计算需求

目前浪潮 K1 Power Linux 服务器使用的 POWER9 CPU 是最强大的服务器 CPU 之一，针对纵向扩展、横向扩展应用场景提供满足不同场景需求的强大计算能力，针对区块链这种计算密集型应用，尤其有优势。

1.主频高

14 纳米工艺的单芯片模式，每插槽可以支持 4, 6, 8, 10, 11,12 核心，动态 CPU 时钟主频，可以最大超频至 4GHz 。

2.并发线程多

每核心提供最大 8 线程。

3.IO 快

整机提供的都是 PCIe 4.0 的插槽，相对于上一代 PCIe3.0 带宽提高一倍。

4.高带宽

170GB/ 秒的持续稳定内存带宽； 25Gb/ 秒的内部通用连接，提供 300 GB/s 全双工带宽，在通过 NVlink 连接 GPU 卡时，可以提供单卡 150GB 的带宽，双卡 300GB 的带宽。

3.3. OpenCAPI 接口助力提升区块链软件运行速度

POWER 9 CPU 和 GPU 通过 POWER 9 上的异构计算接口资源（ NVLink 2.0 ）紧密相连，使得整个系统在内存在逻辑上可以被统一为一个更大的具有一致性的内存空间，可以同时供 POWER 9 和 GPU 来进行访问，这种一致性的模式可以使 GPU 和 POWER9 之间更好地协同工作，从而提高整个系统的性能和功耗。另外很重要的一点是，可以使编程的复杂程度大幅度降低，程序员可以更多去关注计算分配本身，而不用去过多地考虑内存寻址问题，因为整个系统具有统一的一致性内存模型。

此外，在 POWER 9 上，首次有了 OpenCAPI （开放式一致性加速器接口）的概念，把传输层和链路层开放给合作伙伴和客户，使其可以去使用 OpenCAPI 的接口。 OpenCAPI 也继续保持了 CAPI 上一致性的特点，可以显著提升可编程性，主要应用在 FPGA 上。 OpenCAPI 是架设在整个 PCIe 物理接口上的，它的协议变得更薄，从而降低接口的延迟。

这种差异化的接口在未来很可能在解决区块链的性能问题方面发挥重要作用。把区块链的加解密模块烧制在 FPGA 卡里面，透过 OpenCAPI 接口进行调用，能更快速地提升区块链软件的运行速度，也可以把相关模块卸载到 GPU 上去做，把更多的 CPU 资源释放出来，用于承载更大负载。

4. 国产高端浪潮 K1 Power Linux 服务器

浪潮商用机器有限公司（简称 IPS ）是浪潮电子信息产业股份有限公司（简称浪潮）和国际商业机器（中国）投资有限公司（简称 IBM ）共同出资成立，由浪潮控股的中国本土服务器厂商。

浪潮一直引领着我国信息技术创新发展，自主研发的 K1 关键应用主机曾荣获“国家科技进步一等奖”。

IPS 传承了浪潮在高端服务器系统设计领域的技术积累，结合 Power 处理器的性能、功能、可靠性等优势，面向中国及“一带一路”国家市场，自主研发、生产、销售兼具纵向扩展和横向扩展特性的 K1 Power 系列服务器产品，为用户定制化打造安全可靠，自主可控的整体解决方案，以及本地化提供专业、敏捷的软件及技术支持服务与保障。