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IBM POWER7服务器开启小型机新纪元

  如果仔细查看Power处理器的发展史,就可以看出其中的规律,自从具有划时代意义的Power4处理器诞生之后,基本上每3年IBM就会发布新一代的Power处理器。而从POWER7的身上,我们能看到自Power4以来一脉相传的沿革。

  从2001年的Power4至今年的POWER7,我们能到Power处理器的发展沿革,而在底层上,一直保持着二进制的软件兼容性

  Power4是第一个实现多核心设计的处理器,虽然今天多核心处理器早已成为主流,但Power处理器的前瞻性设计仍然不容质疑,而在Power4之后,均是双核心的设计,在Power5身上,IBM实现了多线程设计(SMT),而到了Power6则大幅度提升了主频,并进一步强化了浮点与虚拟化性能。而到了POWER7,核心数量猛然提升至8个,核心的多线程数量也提升至4个,仅从这一点就意味着性能的巨大提升。

  POWER7实现了多线程的跨越式发展

  POWER7具备智能超线程的功能,可在单线程/双线程/4线程之间,根据性能需求进行智能切换,不过这种单核心多线程的模式,并不能像物理核心那样大幅度提高处理性能,在双线程下,性能较单线程提升1.5倍,而在4线程模式下,性能提升则为1.8倍,接近于两个物理核心的性能

  从2004年的Power5开始,IBM就引入了单核心双线程的设计,32插槽时系统的总线程数量可达128个,而如今单核心4线程的POWER7将32插槽系统的线程总量提升至了1024个。不过,由于只是逻辑线程数量的提高,所以在实际性能表现方面,并不能寄予太高的希望,IBM给出的数据还是比较客观合理的。

  生产工艺的进步也让Power处理器的设计不断攀上更高的高峰

  POWER7另一个引人瞩目的地方就是先进的生产工艺,它是唯一一个采用45nm的小型机处理器,即使是已经推出了32nm的处理器的英特尔最新的“安腾3”也仍然是65nm的工艺,只是2007年Power6的水平。

  POWER7处理器的基本特性,片上32MB eDRAM缓存以及新一代的内存与I/O架构可谓是一大亮点

  再来看看POWER7的内部设计,除了多核心与多线程外,片上32MB eDRAM缓存与新一代的内存及I/O架构设计也体现出了与Power6的很大的不同。片上的缓存相对于Power6的片外设计,进一步保证了延迟性能,而新一代的内存控制器和I/O设计也保证了多核心下有更充足的数据带宽可用,这对于最终的性能表现是至关重要的。

  POWER7处理器的处理核心设计

  在处理器内部的核心单元上,POWER7也做了不少的改动,它具备两个定点单元、两个存取单元、4个双精度浮点单元、一个向量单元、一个分支预测单元、一个状态寄存器、一个十进制浮点单元,一共12个执行单元,不过L1与L2缓存相较Power6则有了明显的降低。

  POWER7的晶圆,对照上面的结构图,可以看出8个核心

  POWER7的芯片和有机封装、陶瓷封装(右边两个)外形,此外还有一种多芯片模组封装(MCM),不过现在还没有产品出来,IBM也没有给出明确的时间表,但应该在2010年年内推出

  从这张相片中,我们能看到陶瓷封装的POWER7底部与插槽设计

  看完Power的基本特性,我们可以再看看Power6以加深一下对比。

  Power6的处理器与核心设计

  Power6处理器的的晶体管数量为7.9亿个,为双核心双线程设计,每个核心中的执行单元数量为9个,主要比POWER7少了3个双精度浮点单元,因此POWER7的浮点运算能力相较Power6有了很大的提升。最后我们可以用下表做一个总结。

  从总体上讲,POWER7可以算是Power6的多核心加强版,并将周边的内存与I/O架构一并提升。而在下文中,我们将有针对性的介绍POWER7具体的新特性,进一步深入了解POWER7。

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