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处理器史话 | PowerPC和它的“前辈们”:一代更比一代强

2016/07/29
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(4)Power4:实现双核奇迹创世界记录

2001 年的第二季度,世界上第一个双核处理器诞生,那就是 Power4 芯片。以 180 纳米铜导线搭绝缘硅(SOI)制程打造的工程样本,于 2000 年 1 月研制成功,时钟频率冲上 1.3GHz,此产品一经发布,立刻引爆了业界对双核及多核处理器的关注。

如果说 Power3 只是让 IBM 在行业内彻底占据了高性能计算老大位置,那么 Power4 在 2001 年获得的的微处理器报告分析家选择奖——2001 年最佳工作站/服务器处理器奖,则让 IBM 登上了服务器处理器的最高领奖台,成为处理器领域最大的赢家。


IBM Power4 芯片示意图

Power4 内核的逻辑结构

相比之下,企图触及 IBM 核心利益的那些竞争对手们,在四年之后才推出了 X86 架构下的双核处理器,这其中恐怕不只是存在着四年的技术差距,如此巨大的领先优势,使得 IBM“胜似闲庭信步”继续着 Power 之路。

IBM 最让人佩服的地方还有一处,那就是无时无刻不在保持了技术的创新性,而除了创新,将技术化为专利也为 IBM 创下了一项世界记录:

2001 年,IBM 获得了最多的美国专利,美国专利和商标局共向 IBM 颁发了 3411 项专利,这也是一项世界记录。包括 HP、Intel、Sun、Microsoft、Compaq、Dell、Apple、EMC、Oracle、EDS、Accenture 和 AOL 在内的 12 家最大的美国 IT 业公司加在一起,所获得的专利数量也没有超过 IBM。

Power 架构在众多的服务器上大展拳脚,为 IBM 带来了收益,2003 年 IBM 以在 25 万美元以上的服务器领域中,大型主机营收在 2003 年第四季增加了 30%。

 

(5)Power5:因 IBM 出售 PC 业务而被掩盖光芒

2004 年 4 月 28 日,对于 IBM 来说是一个重要的日子,代表着业界最先进的 64 位微处理器 Power5 终于在世人面前亮相。

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。除了在性能方面得到明显提高外,Power5 在可扩展性、灵活性和可靠性方面也有所加强,从 2004 年至今,Power5 作为主流 Unix 服务器的处理器为世人所知。
Power5 的核心一共有 8 颗,这个拿在手中的大家伙其实是由 4 个 CPU 组成,应该称之为多芯片模块(MCM),核心面积仅仅有 389 mm2,而 Intel 的安腾处理器面积为 450mm2。


放大的 Power5 处理器色彩绚丽,一个 MCM 包括 4 个 Power5 模片和 4 个 36MB 三级缓存模片


在一根铜导线里的 Power5 芯片

同年,IBM 预发布新的高密度 Power5 服务器系统—IBM eServer p5 575。该产品可以通过简单的集群方式组成高性能超级计算机,为未来超级计算机的发展指明了方向。

第二年,IBM 推出了 Power5+,为 Unix 服务器再竖大旗,也使得 Power 架构服务器占据了三分之二的市场份额。Power 架构处理器已然成为服务器领域的龙头老大,不仅代表着业界的最先进水平,也成为广大的用户心中最权威的产品。IBM 的目的终于达到:成为一家代表着标准和权威的企业。

不过在 2005 年,IBM 的各个竞争对手开始高调推出双核处理器,Power5 的光芒却被 PC 夺走,原因是 IBM 将其 PC 业务出售给联想,其实 IBM 此举是“项庄舞剑意在沛公”,其真正的意义是:

PC 业务从来都不是 IBM 的战略重点,它只是为了满足客户们强烈的需求而产生的业务,大型主机才是关键所在,抛弃个人 PC 业务是为了投入更大精力发展主机,而且这还意味着 IBM 向 IT 信息服务提供商转型的成功。

 

(6)Power6:诞生是为了竞争
Power6 是一款双核处理器,每个内核支持双路 SMT,大约有 7.9 亿个晶体管,面积为 341mm2,采用 IBM 的 65 纳米绝缘硅 SOI 工艺、10 层金属片而制造。


实物图

散热片分量很足,足足有 2 斤多重

与 Power5 最显著的区别是:Power6 是按顺序执行指令的,而不是无序的。不仅如此,抛弃传统二进制,而使用十进制数字也使得 Power6 更具个性。这样的 Power6 将会无所不在,而最值得人们期待的,会是应用了 Power6 的刀片服务器。
 


Power6+服务器 机架刀片齐上阵

经过 17 年不曾停止的创新和努力,IBM 兑现了对于市场的承诺:

“Power6 的性能可以比上一代产品提高两倍,而功耗几乎维持原来的水平。”

IBM 在 2007 年国际超级计算机大会(SC07)上公布了一款新型水冷 Power 575。

当时,除去 Intel、AMD 这两个在微处理器领域有着丰富成果的厂商,SUN、惠普也在多核处理器领域有着自己独特的产品,他们都对 IBM 坚持的核心业务造成了冲击。不难看出,研发时间更短的 Power6 是在给竞争对手压力,IBM 需要证明自己在大型主机领域的领先,Power6 则是证明此举的最好诠释。

 

(7)Power7:拉开与 X86 的比拼的序幕

2010 年,Power7 发布。

Power7 将成为 Peta 系列的第一个处理器,已被美国国防先进研究计划局(DARPA)选为他们 Petaflops 级超级计算机(例如 Blue Waters)的候选之一。


POWER7 “陶瓷模块”

POWER7 处理器

Power7 的一个重点是多路处理器,Power7 实现了 SMP 的硬件一致性处理。一般而言,随着处理器数量的增多,处理器互联总线的带宽需求呈非线性的增长,受限于总线技术,一般的 SMP 系统在 4 路到 8 路左右就已经达到了饱和(x86 的 SMP 机器都在这个范围左右),更大的系统就必须采用其它的拓扑结构

Power7 通过三个方面的设计来达到 32 路 SMP 能力:巨大的带宽、特别的拓扑结构和特别的一致性协议,处理器间总线可以提供 360GB/s 的带宽。

在从 Power6 到 Power7 的这 3 年里,服务器市场出现了巨大变化,x86 处理器成了市场冉冉升起的明星。X86 服务器作为一种工业标准化产品,出货量达到服务器总体市场的 9 成以上。X86 凭借的是成本优势,而 IBM 推出 Power7,依旧打的是性能牌。虽说从 Power7 开始,Power 没能成为 IBM 的盈利看点,但 Power 与 x86 的比拼从此也变成一个企业必答问题了。

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系列汇总:

之一:第一款处理器之谜

之二:处理器的春秋战国时代:8 位处理器的恩怨与纷争(上)

之三:处理器的春秋战国时代:8 位处理器的恩怨与纷争(下)

之四:处理器的三国时代:苹果搅动 MCU 江湖

之五:处理器的三国时代:DR 公司盛气凌人,IBM 转身成就微软

之六:32 位处理器的攻“芯”计:英特尔如何称霸 PC 江湖?

之七:AMD 称霸 PC 处理器市场的“昙花一现”

之八:CPU 两大阵营对擂,X86 构架让英特尔如日中天

之九:你知道 X86 构架,你知道 SH 构架吗?

之十:SuperH 系列处理器:昔日惠普 Jornada PDA 的“核芯”

之十一:MIPS 构架:曾经是英特尔的“眼中钉”

之十二:MIPS 构架之:我和龙芯有个约会

之十三:ARM 架构:有处理器之处,皆有 ARM

之十四:ARM 和英特尔还有一场“硬仗”要打!

之十五:PowerPC 架构:IBM 的一座金矿

之十六:PowerPC 和它的“前辈们”:曾经那么风华绝代

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电子产业图谱

1996毕业于华东理工大学自控系,同年7月进入某大型国企担任电气员。2000年转行从事硬件研发相关工作;后从事RFID相关产品的研发、设计,曾参与中国自动识别协会RFID行业标准的起草;历任硬件工程师、主管设计师、项目经理、部门经理;2012年至今,就职于沈阳工学院,担任电子信息工程专业教师,研究方向:自动识别技术。已经出版教材《自动识别技术概论》,职场故事《51的蜕变 》。