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Power7+见证IBM,揭露大秘密

发布时间:2012-07-20 14:49      点击:     关注官方微博:

虽然x86处理器攻城拔寨、已占领越来越多的市场份额,极大吸引了人们的视线,但蓝色巨人IBM并未放缓不断前进的步伐,更未临阵脱逃、乱了阵脚。对方阵营的鲜花与掌声,并不能刺痛蓝色巨人坚韧不拔的心,相反,却不断深化了其潜心钻研、厚积薄发的意志……

  作为RISC阵营中(其他包括SPARC、MIPS、PA-RISC等)极具影响力的Power系统,从飞往火星的Power1、助力“深蓝”战胜象棋大师的Power2、首个64位铜芯片的Power3,发展到首个支持CPU分区的Power4、首个支持并发多线程的Power5、新增十进制浮点运算的Power6,以及当前开启UNIX服务器新纪元的Power7,无不说明 Power系统的创新和强大生命力。


    时间不会因人而停止,创新也并不因双赢而终结。Power系统的发展注定不会停留在某个精彩瞬间。之前,我们曾为广大读者探讨过“Power7+何时现身”的问题。

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    有业内人士表示,IBM将于下月底的Hot Chips大会上,有望披露有关Power7+和System zNext处理器的信息。根据IBM德国Power Systems产品经理Peter Nimz去年2月的演讲内容,蓝色巨人在过去的三年半的时间中对Power7系统投资约32亿美元。也就是平均每年投入9.15亿美元,而Power7系统的每年销售额达到了35-45亿美元,说明其投资回报率着实令人满意。这也就意味着IBM在芯片设计和服务器工程学方面的发展远超芯片制造本身。

    IBM沉默中爆发 Power7+透露惊天大秘密

    IBM本可以公布其Power和大型机处理器发展路线图,,但在Unix领域占据垄断性地位的蓝色巨人并没有这么做。相比之下,甲骨文就显得有几分焦躁、急不可待的味道了。完成对Unix世界巨头Sun的收购之后,就马不停蹄地公布了其Sparc架构路线图。而惠普则逐渐从Unix安腾转向x86——当然,它们都属于英特尔阵营中的据点。甲骨文则通过当前和未来都不支持安腾处理器的软件系统而彻底关上了Unix安腾这扇大门。


IBM Power发展路线图(图片来自网络,点击查看大图)

    此前我们根据Power路线图可以了解到,今年年底IBM将有望推出Power7+,并且采用更为精细的32nm制程工艺,在纽约芯片工厂加工生产。Power7升级至Power7+,实现了制程上的变化,也就意味着IBM能够在相同的芯片面积上融入更多的晶体管,缩小芯片体积,提高处理器的时钟周期。

  另外,Power7+的主频提升有望实现25%-30%的增幅,超过目前System zEnterprise 114和196机器上所采用的处理器——主频为5.2GHz的四核处理器。另外,如果IBM想维持x86和Sparc竞争对手的优势地位的话,就不能不考虑关注单线程性能的那些用户。

  目前,我们并不能了解IBM将提高多少嵌入式DRAM高速缓存,但我们通过IBM开发者相关资料可以推测出(点此查看PDF文档),三级缓存将有望从Power7处理器单个内核的4MB增至10MB,也就是从Power7的32MB三级缓存扩容至Power7+的80MB。80MB的三级缓存,堪称巨大!那意味着拥有英特尔八核至强E5-2600芯片的四倍之多。

  相比Power7,Power7+的缓存和主频的增加,可以显著提升单线程和多线程性能,只是这种提升的幅度现在还并不清楚。我们也可以从当初Power6到Power7性能提升的幅度来揣测这种变化。

  从图中IBM也给我们带来了信心,新的处理器拥有更快的主频、更大的缓存和加速执行某些特定工作负载(faster、very large cache、accelerator)。但它并未透露出拥有比Power7芯片多多少的内核数量。在2013年底至2014年初期间,将跨越至Power8,IBM也会将处理器生产制程提升至22nm,并增加更多的内核数量、增强的可靠性功能(甚至有可能提供有备用芯片),而且也将支持第四代多线程技术。也许我们很难想象得出,Power8处理器的每个内核将拥有4至8个线程,但Sun和甲骨文公司在Sparc T系列的产品上已经实现了内核拥有多线程吞吐量性能和高速单线程性能,由此在处理并行工作负载的时候其多线程的性能就能得到充分发挥。 

另外,IBM还提供了从2011至2020年间Power处理器的发展路线图,该图中将Power8和Power9的发展概况也进行了标注。



Power未来发展路线图(图片来自网络,下同)

  另外一个Power Systems路线图,则体现了Power7+的另一个称谓“Power Gen2”(IBM内部称谓)。虽然以前没出现过处理器名称后出现类似“+”符号,而且IBM自身也坚决不这么做,但这并不意味着高管都步调一致。


Power Systems路线图

  更为惊奇的是,现在已经出现了Power处理器的更多细节:


Power处理器发展路线图

  上图展示了大部分Power处理器的晶圆信息,甚至也包括了还未正式发布的Power7+和Power8的晶圆内容。我们还可以从该图中挖掘出更多有价值的信息来。Power4+、Power5+、Power6+分别和它们各自的Power4、 Power5、Power6处理器相比,几乎没什么变化。而且,Power6+还让不少人深感遗憾的是,IBM并未如预期那 样升级至45nm和提升主频(PowerX/X+交替更新制程,X代表4、5、6、7)。

下面,我们从处理器的晶圆角度,来着重分析Power7+的不同之处。



Power7和Power7+晶圆(上为Power7+)

    位于图中上方的是Power7+,它采用的是32nm制程工艺。Power7+是一款与众不同的处理器,比IBM原定计划晚了半年的时间(Power7应该在2010年5月发布,但由于英特尔推出了Westmere至强5600,而被提前至当年的2月发布)。


Power7晶圆

    从Power7+的晶圆中我们可以看到,每个内核中都有三级缓存。2个DDR3内存控制器分列两端边缘。本地SMP连接(中上)和远程SMP连接(中下)与Power7架构相同。


Power7和Power7+单个内核特写

  在处理器底部的是容量为256KB的二级缓存,其右侧上方的是两个加载存储单元(LSU)和1个条件寄存器单元 (CRU),1个分支寄存器单元(BRU),以及1个指令拾取单元(IFU)。每个Power7内核都有32KB的L1指令缓 存和32KB的L1数据缓存。其他处理单元还包括指令调度单元(ISU)、整数单元(FXU)、十进制整数单元 (DFU)等。

  当我们将它与Power7+的内核进行对比发现,它们有着惊人的相似。如果我们不考虑每个内核多出的三级缓存的话,剩下的就是芯片上下两头多出的位置。这些位置将会安放什么神器呢?根据路线图来猜测的话,加速器的可能性最大。

  当然,Power7+的光辉可不仅仅以上这些。根据基于Linux内核驱动数据库,Power7+还将提供加密加速器,以支持AES加密算法和美国国家安全局(美国官方密码学组织)开发的SHA-2算法(哈希函数几乎应用在所有的代码和微代码领域)。

  相比其他处理器平台,英特尔至强E5、E7和此前的至强5600,也都支持AES加解密算法。而甲骨文的Sparc T4 则在去年秋季才宣布,支持AES加密和SHA-A、SHA-2哈希函数以及其他的加密和哈希算法。


第39届超级计算机TOP500排名(点击图片查看大图)

    让我们来小结下。众人翘首以待的Power7+,将会以重大的升级和性能提升来向世人展示IBM的雄厚实力。上个月发布的第39届全球超级计算机TOP500排名中,Power系统的超级计算机在前十排名中,占据四强。而且,凭借150万颗Power内核(准确地说是1572864个内核),使得Sequoia帮助美国人实现了自2009年以来重夺TOP500桂冠的梦想。

    如果Power7+能在下月的Hot Chips大会上顺利得以发布的话,势必会激发起业界尤其是企业级处理器领域的一阵阵波澜。此前对IBM推迟展示和发布Power7+举动的种种揣测,也就变得不那么重要了。相反,这种重大升级透露出来的IBM惊世大秘密,会被视作IBM厚积薄发、创新与专注下的霸气外露。

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