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精彩解析服务器CPU之IBM篇(图)

    POWER 是 Power Optimization With Enhanced RISC 的缩写,是 IBM 的很多服务器、工作站和超级计算机的主要处理器。POWER 芯片起源于 801 CPU,是第二代 RISC 处理器。POWER 芯片在 1990 年被 RS 或 RISC System/6000 UNIX 工作站 (现在称为 eServer 和 pSeries)采用,POWER 的产品有 POWER1、POWER2、POWER3、POWER4,现在最高端的是 POWER5。POWER5 处理器是目前单个芯片中性能较好的芯片。

    801 的设计非常简单。但是由于所有的指令都必须在一个时钟周期内完成,因此其浮点运算和超量计算(并行处理)能力很差。POWER 体系结构就着重于解决这个问题。POWER 芯片采用了 100 多条指令,是非常优秀的一个 RISC 体系结构。下面对每种 POWER 芯片简单进行一下介绍:

    POWER1

    发布于 1990 年,每个芯片中集成了 800,000 个晶体管。与当时其他的 RISC 处理器不同,POWER1 进行了功能划分,这为这种功能强大的芯片赋予了超量计算的能力。它还有单独的浮点寄存器,可以适应从低端到高端的 UNIX 工作站。最初的 POWER1 芯片实际上是在一个主板上的几个芯片;后来很快就变成一个 RSC(RISC 单一芯片),其中集成了 100 多万个晶体管。POWER1 微处理器的 RSC 实现被火星探险任务用作中央处理器,它也是后来 PowerPC 产品线的先驱。

    POWER2

    发布于 1993 年,一直使用到 1998 年:每个芯片中集成了 1500 万个晶体管。POWER2 芯片中新加了第二个浮点处理单元(FPU)和更多缓存。PSSC 超级芯片是 POWER2 这种 8 芯片体系结构的一种单片实现,使用这种芯片配置的一个 32 节点的 IBM 深蓝超级计算机在 1997 年击败了国际象棋冠军 Garry Kasparov。

    POWER3

    发布于 1998 年,每个芯片中集成了 1500 万个晶体管。第一个 64 位对称多处理器(SMP),POWER3 完全兼容原来的 POWER 指令集,也可以与 PowerPC 指令集很好地兼容。POWER3 设计用来从事从太空探测到天气预报方面的科技计算应用。它特有一个数据预取引擎,无阻塞的交叉数据缓存,双浮点执行单元,以及其他一些很好的设计。POWER3-II 使用铜作为连接介质重新实现了 POWER3,这样以相同的价格可以获得两倍的性能。

    POWER4

    发布于 2001 年,每个芯片中集成了 1 亿 7400 万个晶体管。采用 0.18 微米的铜和 SoI(绝缘硅)技术,POWER4 是目前市场上单个芯片功能最强大的芯片。POWER4 继承了 POWER3 芯片的所有优点(包括与 PowerPC 指令集的兼容性),但是采用的却是全新的设计。每个处理器都有 2 个 64 位的 1GHz+ 的PowerPC 核心,这是第一个单板上具有多核心设计的服务器处理器(也称为“片上 CMP”或“片上服务器”)。每个处理器都可以并行执行 200 条指令。POWER4+(也称为 POWER4-II)功能与之类似,但是主频更高,功耗更低。现在,1GHz的Power4处理器已经推出,该产品率先采用0.11微米工艺,晶体管集成度达到1.7亿。

    POWER5

    于2004 年4月发布。与 POWER3 和 POWER4 芯片类似,POWER5 是 POWER 和 PowerPC 体系结构的一种综合体。这种芯片具有很多特性,例如通信加速、芯片多处理器、同步多线程等等,新研发的POWER 5微处理器是一款新一代的64位微处理器,它除了在性能方面得到明显提高外,在可扩展性、灵活性和可靠性方面也有所加强。基于Power 4及Power 4+的设计,POWER 5增加了并发多线程能力(SMT),可以将一个处理器转变为两个处理器,从而允许一个芯片同时运行两个应用,由此大大降低了完成一项任务所需要的时间。一个POWER5系统最终将支持多达64个处理器,这样从软件运行角度来看,就好像是128个处理器在工作。


    POWER5芯片具有27,600万个晶体管,比最初的POWER4芯片(具有17,400万个晶体管)多10,000万个。 芯片面积为389平方毫米,包括2313个信号I/O和3057个电源I/O。 POWER5的设计是IBM系统设计师、芯片架构设计师、软件工程师和技术人员紧密协作的成果。它所采用的基础技术有效保证了IBM eServer服务器在占用更小的空间(通过逻辑分区实现)的条件下为客户提供更高的性能。 

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