IBMPower9处理器解析地球上最强大泛用处理器

长期关心处理器技术发展的科科们，或多或少都曾听闻每年有两场IEEE（电机电子工程师学会）赞助的论坛：介绍“高效能处理器”的Hot Chips与“高效能省电处理器”的COOL Chips，也是众多厂商趁机进行技术行销的好场合。

刚好今年IBM分别在这两场活动，公开了其位处计算机工业技术顶点的两款旗舰处理器：

• COOL Chips 20：发祥于1974年古老RISC之一的IBM 810计划、高效能RISC服务器的POWER9。
• Hot Chips 29：源自于1964年S/360大型CISC主机（Mainframe）的z14。

所以我们先来瞧瞧富有传奇色彩的POWER家族最新成员，由内而外，一层一层的抽丝剥茧。基本上，这种规格如同上帝、单价以一万美金为单位的超级旗舰处理器，看到先跪下就对了。

IBM POWER9规格概要

• 最多24核心/96同时执行绪。
• 最高时脉4GHz。
• Global Foundry 14nm FinFET制程，SOI晶圆，17层金属布线。
• 80亿晶体管，晶粒面积695平方毫米。
• Powe指令集架构3.0版。

模组化的处理器核心

POWER9处理器核心模组化的程度，简直跟GPU有拼。

• 指令管线前端与执行单元完全独立。
• 一个独立的64位元单执行绪单元：Slice。
• 两个Slice组成一个128位元的Super-Slice。
  • 可同时执行4个64位元纯量、或2个128位元向量运算。
  • 可同时进行4个内存载入或回存。
• 接着就衍生出两种因应不同运算需求的处理器核心：
  • 针对Linux环境追求虚拟化精细度的SMT4核心。
    • 2组Super-Slice。
    • 4条同时多执行绪（SMT）。
    • 6个指令解码器。
    • 最多24核心，96执行绪。（不过目前仅贩售最多22核心的系统，可能是部分核心损坏的良率问题）
    • 32kB L1指令快取，32kB L2资料快取。
    • 256kB L2快取内存。
  • 配合现有PowerVM虚拟化分割区的SMT8核心。
    • 4组Super-Slice。
    • 8条同时多执行绪（SMT）。
    • 12个指令解码器。
    • 最多12核心，96执行绪。
    • 两块32kB L1指令快取，两块32kB L1资料快取。
    • 512kB L2快取内存。

POWER9缩短指令管线深度至12到16阶，较前代POWER8的15-23阶，短了约5阶，但仍维持相同的4GHz时脉，较短的指令管线，也意谓著较低的分支预测错误代价，较佳的分支处理效率，与更好的单执行绪效能。

大型化的eDRAM快取内存

POWER家族自POWER7开始，整合32MB大型化嵌入式动态内存（eDRAM），作为L3快取之用，POWER9则扩充容量至120MB之谱，由12块10MB区块所组成，可提供高达7TB/s的芯片内部理论传输带宽。

2种不同的主内存配置

针对不同的平台，POWER9有两种主内存组态：

• 拼系统数量与较低内存存取延迟的Scale Out（双处理器环境）：8通道DDR4直连处理器，最高容量4TB，理论传输带宽120GB/s。
• 冲单一系统规模与内存损耗备援的Scale Up（多处理器环境）：外接8颗内存缓冲芯片（Memory Buffer），最高容量8TB，理论传输带宽230GB/s，这组态可以提供加倍的25G Bluelink（后面会提到）。

多样化的“外挂”界面

IBM从POWER7+开始强化辅助加速处理器的应用，POWER8追加支援CAPI（Coherent Accelerator Processor Interface），而为了与nVidia合作，特别开发支援NVLink的特规POWER8也早已众多皆知。

POWER9更进一步，除了加强芯片整合的解压缩与加解密功能，也扩充了相关的“外挂”界面。

• 48 Lane PCIe Gen4：192GB理论双向带宽。
  • 连接一般的PCIe装置。
  • CAPI 2.0，提供POWER8的四倍效率。
• 48 Lane 25G Bluelink：300GB理论双向带宽。
  • NVLink 2.0，前一版的两倍。
  • OpenCAPI 3.0（或称为New CAPI）：理论带宽高达200GB/s，预留连结加速器、储存设备或网络。

无愧地球上最强大汎用处理器的宝座

基本上，IBM POWER家族的历代效能都没啥好怀疑的空间，而论各类服务器应用，POWER9大致上可以提供POWER8近两倍的单处理器效能，地球上最强大汎用处理器的宝座应该是跑不掉的，而蓝色巨人数十年来在虚拟化管理，领先世界的幅度也没有令人质疑的地方。

不过在最后，笔者还是得不厌其烦的提醒各位：“大型主机”这个字请千万不要乱用，POWER和IBM大型主机一点关系都没有，那是S/360后代Z系列的专利，谢谢收看。

除了苹果A系列、IBM的POWER家族外，还有什么的处理器是你有兴趣的呢？