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處理器史話 | PowerPC和它的“前輩們”:一代更比一代強(qiáng)

2016/07/29
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(4)Power4:實(shí)現(xiàn)雙核奇跡創(chuàng)世界記錄

2001 年的第二季度,世界上第一個(gè)雙核處理器誕生,那就是 Power4 芯片。以 180 納米銅導(dǎo)線搭絕緣硅(SOI)制程打造的工程樣本,于 2000 年 1 月研制成功,時(shí)鐘頻率沖上 1.3GHz,此產(chǎn)品一經(jīng)發(fā)布,立刻引爆了業(yè)界對(duì)雙核及多核處理器的關(guān)注。

如果說(shuō) Power3 只是讓 IBM 在行業(yè)內(nèi)徹底占據(jù)了高性能計(jì)算老大位置,那么 Power4 在 2001 年獲得的的微處理器報(bào)告分析家選擇獎(jiǎng)——2001 年最佳工作站/服務(wù)器處理器獎(jiǎng),則讓 IBM 登上了服務(wù)器處理器的最高領(lǐng)獎(jiǎng)臺(tái),成為處理器領(lǐng)域最大的贏家。


IBM Power4 芯片示意圖

Power4 內(nèi)核的邏輯結(jié)構(gòu)

相比之下,企圖觸及 IBM 核心利益的那些競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手們,在四年之后才推出了 X86 架構(gòu)下的雙核處理器,這其中恐怕不只是存在著四年的技術(shù)差距,如此巨大的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì),使得 IBM“勝似閑庭信步”繼續(xù)著 Power 之路。

IBM 最讓人佩服的地方還有一處,那就是無(wú)時(shí)無(wú)刻不在保持了技術(shù)的創(chuàng)新性,而除了創(chuàng)新,將技術(shù)化為專利也為 IBM 創(chuàng)下了一項(xiàng)世界記錄:

2001 年,IBM 獲得了最多的美國(guó)專利,美國(guó)專利和商標(biāo)局共向 IBM 頒發(fā)了 3411 項(xiàng)專利,這也是一項(xiàng)世界記錄。包括 HP、Intel、Sun、Microsoft、Compaq、Dell、Apple、EMC、Oracle、EDS、Accenture 和 AOL 在內(nèi)的 12 家最大的美國(guó) IT 業(yè)公司加在一起,所獲得的專利數(shù)量也沒有超過 IBM。

Power 架構(gòu)在眾多的服務(wù)器上大展拳腳,為 IBM 帶來(lái)了收益,2003 年 IBM 以在 25 萬(wàn)美元以上的服務(wù)器領(lǐng)域中,大型主機(jī)營(yíng)收在 2003 年第四季增加了 30%。

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(5)Power5:因 IBM 出售 PC 業(yè)務(wù)而被掩蓋光芒

2004 年 4 月 28 日,對(duì)于 IBM 來(lái)說(shuō)是一個(gè)重要的日子,代表著業(yè)界最先進(jìn)的 64 位微處理器 Power5 終于在世人面前亮相。

一個(gè) Power5 系統(tǒng)最終將支持多達(dá) 64 個(gè)處理器,這樣從軟件運(yùn)行角度來(lái)看,就好像是 128 個(gè)處理器在工作。除了在性能方面得到明顯提高外,Power5 在可擴(kuò)展性、靈活性和可靠性方面也有所加強(qiáng),從 2004 年至今,Power5 作為主流 Unix 服務(wù)器的處理器為世人所知。
Power5 的核心一共有 8 顆,這個(gè)拿在手中的大家伙其實(shí)是由 4 個(gè) CPU 組成,應(yīng)該稱之為多芯片模塊(MCM),核心面積僅僅有 389 mm2,而 Intel 的安騰處理器面積為 450mm2。


放大的 Power5 處理器色彩絢麗,一個(gè) MCM 包括 4 個(gè) Power5 模片和 4 個(gè) 36MB 三級(jí)緩存模片


在一根銅導(dǎo)線里的 Power5 芯片

同年,IBM 預(yù)發(fā)布新的高密度 Power5 服務(wù)器系統(tǒng)—IBM eServer p5 575。該產(chǎn)品可以通過簡(jiǎn)單的集群方式組成高性能超級(jí)計(jì)算機(jī),為未來(lái)超級(jí)計(jì)算機(jī)的發(fā)展指明了方向。

第二年,IBM 推出了 Power5+,為 Unix 服務(wù)器再豎大旗,也使得 Power 架構(gòu)服務(wù)器占據(jù)了三分之二的市場(chǎng)份額。Power 架構(gòu)處理器已然成為服務(wù)器領(lǐng)域的龍頭老大,不僅代表著業(yè)界的最先進(jìn)水平,也成為廣大的用戶心中最權(quán)威的產(chǎn)品。IBM 的目的終于達(dá)到:成為一家代表著標(biāo)準(zhǔn)和權(quán)威的企業(yè)。

不過在 2005 年,IBM 的各個(gè)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手開始高調(diào)推出雙核處理器,Power5 的光芒卻被 PC 奪走,原因是 IBM 將其 PC 業(yè)務(wù)出售給聯(lián)想,其實(shí) IBM 此舉是“項(xiàng)莊舞劍意在沛公”,其真正的意義是:

PC 業(yè)務(wù)從來(lái)都不是 IBM 的戰(zhàn)略重點(diǎn),它只是為了滿足客戶們強(qiáng)烈的需求而產(chǎn)生的業(yè)務(wù),大型主機(jī)才是關(guān)鍵所在,拋棄個(gè)人 PC 業(yè)務(wù)是為了投入更大精力發(fā)展主機(jī),而且這還意味著 IBM 向 IT 信息服務(wù)提供商轉(zhuǎn)型的成功。

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(6)Power6:誕生是為了競(jìng)爭(zhēng)
Power6 是一款雙核處理器,每個(gè)內(nèi)核支持雙路 SMT,大約有 7.9 億個(gè)晶體管,面積為 341mm2,采用 IBM 的 65 納米絕緣硅 SOI 工藝、10 層金屬片而制造。


實(shí)物圖

散熱片分量很足,足足有 2 斤多重

與 Power5 最顯著的區(qū)別是:Power6 是按順序執(zhí)行指令的,而不是無(wú)序的。不僅如此,拋棄傳統(tǒng)二進(jìn)制,而使用十進(jìn)制數(shù)字也使得 Power6 更具個(gè)性。這樣的 Power6 將會(huì)無(wú)所不在,而最值得人們期待的,會(huì)是應(yīng)用了 Power6 的刀片服務(wù)器。
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Power6+服務(wù)器 機(jī)架刀片齊上陣

經(jīng)過 17 年不曾停止的創(chuàng)新和努力,IBM 兌現(xiàn)了對(duì)于市場(chǎng)的承諾:

“Power6 的性能可以比上一代產(chǎn)品提高兩倍,而功耗幾乎維持原來(lái)的水平?!?/p>

IBM 在 2007 年國(guó)際超級(jí)計(jì)算機(jī)大會(huì)(SC07)上公布了一款新型水冷 Power 575。

當(dāng)時(shí),除去 Intel、AMD 這兩個(gè)在微處理器領(lǐng)域有著豐富成果的廠商,SUN、惠普也在多核處理器領(lǐng)域有著自己獨(dú)特的產(chǎn)品,他們都對(duì) IBM 堅(jiān)持的核心業(yè)務(wù)造成了沖擊。不難看出,研發(fā)時(shí)間更短的 Power6 是在給競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手壓力,IBM 需要證明自己在大型主機(jī)領(lǐng)域的領(lǐng)先,Power6 則是證明此舉的最好詮釋。

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(7)Power7:拉開與 X86 的比拼的序幕

2010 年,Power7 發(fā)布。

Power7 將成為 Peta 系列的第一個(gè)處理器,已被美國(guó)國(guó)防先進(jìn)研究計(jì)劃局(DARPA)選為他們 Petaflops 級(jí)超級(jí)計(jì)算機(jī)(例如 Blue Waters)的候選之一。


POWER7 “陶瓷模塊”

POWER7 處理器

Power7 的一個(gè)重點(diǎn)是多路處理器,Power7 實(shí)現(xiàn)了 SMP 的硬件一致性處理。一般而言,隨著處理器數(shù)量的增多,處理器互聯(lián)總線的帶寬需求呈非線性的增長(zhǎng),受限于總線技術(shù),一般的 SMP 系統(tǒng)在 4 路到 8 路左右就已經(jīng)達(dá)到了飽和(x86 的 SMP 機(jī)器都在這個(gè)范圍左右),更大的系統(tǒng)就必須采用其它的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

Power7 通過三個(gè)方面的設(shè)計(jì)來(lái)達(dá)到 32 路 SMP 能力:巨大的帶寬、特別的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和特別的一致性協(xié)議,處理器間總線可以提供 360GB/s 的帶寬。

在從 Power6 到 Power7 的這 3 年里,服務(wù)器市場(chǎng)出現(xiàn)了巨大變化,x86 處理器成了市場(chǎng)冉冉升起的明星。X86 服務(wù)器作為一種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品,出貨量達(dá)到服務(wù)器總體市場(chǎng)的 9 成以上。X86 憑借的是成本優(yōu)勢(shì),而 IBM 推出 Power7,依舊打的是性能牌。雖說(shuō)從 Power7 開始,Power 沒能成為 IBM 的盈利看點(diǎn),但 Power 與 x86 的比拼從此也變成一個(gè)企業(yè)必答問題了。

與非網(wǎng)原創(chuàng)內(nèi)容,謝絕轉(zhuǎn)載!

系列匯總:

之一:第一款處理器之謎

之二:處理器的春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)代:8 位處理器的恩怨與紛爭(zhēng)(上)

之三:處理器的春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)代:8 位處理器的恩怨與紛爭(zhēng)(下)

之四:處理器的三國(guó)時(shí)代:蘋果攪動(dòng) MCU 江湖

之五:處理器的三國(guó)時(shí)代:DR 公司盛氣凌人,IBM 轉(zhuǎn)身成就微軟

之六:32 位處理器的攻“芯”計(jì):英特爾如何稱霸 PC 江湖?

之七:AMD 稱霸 PC 處理器市場(chǎng)的“曇花一現(xiàn)”

之八:CPU 兩大陣營(yíng)對(duì)擂,X86 構(gòu)架讓英特爾如日中天

之九:你知道 X86 構(gòu)架,你知道 SH 構(gòu)架嗎?

之十:SuperH 系列處理器:昔日惠普 Jornada PDA 的“核芯”

之十一:MIPS 構(gòu)架:曾經(jīng)是英特爾的“眼中釘”

之十二:MIPS 構(gòu)架之:我和龍芯有個(gè)約會(huì)

之十三:ARM 架構(gòu):有處理器之處,皆有 ARM

之十四:ARM 和英特爾還有一場(chǎng)“硬仗”要打!

之十五:PowerPC 架構(gòu):IBM 的一座金礦

之十六:PowerPC 和它的“前輩們”:曾經(jīng)那么風(fēng)華絕代

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電子產(chǎn)業(yè)圖譜

1996畢業(yè)于華東理工大學(xué)自控系,同年7月進(jìn)入某大型國(guó)企擔(dān)任電氣員。2000年轉(zhuǎn)行從事硬件研發(fā)相關(guān)工作;后從事RFID相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)、設(shè)計(jì),曾參與中國(guó)自動(dòng)識(shí)別協(xié)會(huì)RFID行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的起草;歷任硬件工程師、主管設(shè)計(jì)師、項(xiàng)目經(jīng)理、部門經(jīng)理;2012年至今,就職于沈陽(yáng)工學(xué)院,擔(dān)任電子信息工程專業(yè)教師,研究方向:自動(dòng)識(shí)別技術(shù)。已經(jīng)出版教材《自動(dòng)識(shí)別技術(shù)概論》,職場(chǎng)故事《51的蛻變 》。