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PowerPC和它的“前辈们”:曾经那么风华绝代

2016/07/22
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现在,沿着 Power 的发展历史,对 Power 的产品进行梳理,在欣赏其成就以的同时,了解一下同时期 PowerPC 的对手们过着怎样的日子。

PowerPC 和它的兄弟姐妹们

(1)Power1:火星探险现实力
发布于 1990 年的 Power1,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,这为该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  工作站使用。

对于当时还不知何为超量运算的人们来说,这是一个巨大的惊喜,谁也不能想象,为什么工作站的能力一下子被提高得这么快。

基于 Power1 的主机


一年之后 AIM 联盟,合作开发基于 Power 微结构的 PowerPC 微处理器系列产品。这意味着 IBM 的 Power 开始跨越了从小型、中型到大型主机的范围,这一行为直接导致 PowerPC 家族的微处理器诞生,对完善 IBM 的处理器产品线起着至关重要的作用。当然不只是 IBM 的力量在推动 Power 的发展。

Apple(苹果公司)和 Motorola(摩托罗拉)公司也为之付出了巨大的努力。尽管当时的他们是合作者,而人们却只是记住了“IBM 的 Power”,对后两者来说难保公平,当然这都是后话。

1992 年,IBM 公司推出 7011-220 (33 MHz)入门级桌面工作站,因其基于 Power 架构的单芯片配置,所以人们把该工作站称之为 RISC 单芯片(RISC Single Chip,RSC) ,后来被戏称为“披萨盒”。


Power1 芯片


从上图可以看出,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)。

很多人觉得这个产品没有很大意义,但是对于 IBM 来说,RSC 是后来整个 PowerPC 架构的先驱,并担任了火星探险处理器的任务,这不仅仅是产品的成功,被用来做火星探险,实际上是向全世界表现 IBM 的技术实力,这更是一种荣誉。

同样是这一年,IBM 在北京正式宣布成立国际商业机器中国有限公司,这是 IBM 在中国的独资企业。此举使 IBM 在实施其在华战略中迈出了实质性的一步,多年后中国科技的飞速发展也给予了 IBM 连续八年中国市场 UNIX 销售额市场份额第一的丰厚回报。

 

(2)Power2:战胜了国际象棋冠军而名扬天下     
Power2 发布于 1993 年,一直使用到 1998 年。

为人所熟知的是,IBM 层凭借使用此款芯片的“深蓝”(Deep Blue,重 1270 公斤,有 32 个微处理器)超级计算机在 1997 年击败了国际象棋冠军 Garry Kasparov。


战胜国际象棋冠军 Garry Kasp 的那一刻


Garry Kasparov


故事的详情是这样的:
1996 年 2 月 10 日,IBM“深蓝”超级计算机首次挑战国际象棋世界冠军卡斯巴罗夫,但以 2:4 落败。比赛在 2 月 17 日结束。其后研究小组把深蓝加以改良,1997 年 5 月再度挑战卡斯巴罗夫,比赛在 5 月 11 日结束,最终“深蓝”以 3.5:2.5 击败卡斯巴罗夫,成为首个在标准比赛时限内击败国际象棋世界冠军的电脑系统,同时机器胜利也标志着国际象棋历史的新时代。

棋王在会后表示:“我要声明,我的失败与科技无关,因为电脑的表现完全没有机械的惯性,我不相信有这样优越的电脑”。棋王要求重赛,但 IBM 拒绝,IBM 在比赛后宣布深蓝退役。目前,这台超级计算机被安放在美国华盛顿特区的史密森国家博物馆内,无论在何时,它始终记录了当时 IBM 在超级计算领域的前瞻性。


躺在博物馆里的“深蓝”


关于这场人机大战,我们需要记住一个数据:126,000,000 步 /S,这是在比赛期间,“深蓝”的平均运算速度。在 20 年后的 2016 年 3 月 9 日开启的另一场人机大战中,人们记住了一个新的名字:AlphaGo——谷歌的人工智能

AlphaGo 的对手是韩国围棋棋手李世石,决战的地点在韩国。结局是相似的:李世石与 AlphaGo 总比分定格在 1 比 4。


棋手李世石

人工智能软件 AlphaGo

 


在这里特别强调两点:
第一、谷歌 AlphaGo,本质上是一套神经网络系统,由 Google 2014 年收购的英国人工智能公司 DeepMind 开发。这个系统和深蓝不同,不是一台超级计算机,而是一个由许多个数据中心作为节点相连,每个节点内有着多台超级计算机的神经网络系统。就像人脑,是由 50-100 亿个神经元所组成的,这也是为什么这种机器学习架构被称为神经网络。

第二、AlphaGo 并非只有“单机版”一个版本。为了达到更高的运算能力,谷歌还把 AlphaGo 接入到了 1202 个 CPU 组成的网络之中。这样一来,计算能力增加了 24 倍。

经过推算,Alphago 的运算性能是深蓝的 2.5 万倍。

2.5 万倍,Alphago 战胜李世石,大局已定。

伴随着 Power2 的风光, Intel 开启了 Pentium 时代。作为 486 的后代,PC 服务器地位更加稳固,x86 在 PC 服务器领域的光芒开始逐渐显现。所以 IBM 的危机来临了,伴随着危险和机会。


1993 年,由于大量应用的需要以及随之而来惊人的利益驱动,IBM 促使 Power 向前迈出了一大步。IBM Scalable Power parallel Systems(IBM 可扩展 Power 并行系统,简称 SP,后通常被称为 SP1)为串行和并行的应用提供了一个可扩展的平台。


1993 年 2 月:IBM 正式推出 RISC SYSTEM/6000 技术的基本组件,代码为 9076 SP1。


1993 年 9 月:推出第一个基于 32 位 PowerPC 601 处理器的工作站,它工作在 66MHz,型号为 RISC System/6000 Model 7011-250。601 被公认为是 Power 到整个 PowerPC 架构的桥梁,至此,PowerPC 架构成为 IBM 真正的又一个出众的产品线。


32 位 PowerPC 601 处理器


同年 9 月,IBM 发布 Power2。


尽管推出了这样领先的产品,1994 年仍然让 IBM 记忆惨痛。


为什么会这样呢?都是 Wintel 惹的祸!


Wintel=Windows +Intel,当时,微软公司的 Windows 和 Intel 公司的微处理器芯片已经被合称为“Wintel 两强霸权”,这足以说明这两家公司在业内的巨大影响。回顾 20 世纪 90 年代初期的首富企业,都与个人电脑有着千丝万缕的联系。当然,这其中也包括像戴尔公司和康柏公司这样的个人电脑制造商。但是,毫无疑问,它们中占主导地位的有几乎控制了 Windows 台式操作系统的微软公司和几乎控制了微处理器的 Intel 公司。

而 IBM,这家曾经在计算领域引领潮流和曾经发明众多业内最重要的技术性的公司,却有一天早晨从床上爬起来的时候,发现自己的重要性被人见人爱的台式计算所取代了。那些曾经为跨国公司、大学以及世界各国政府制造电脑系统的人,现在则跟随在那些语言程序和电脑游戏供应商头目的背后。


局势是尴尬的和令人灰心的。然而,无论目前的情势看上去会有多么的糟糕,但同后来比起来则不算什么了。那就是当时的个人电脑领导者不仅仅在个人电脑领域全面超越 IBM,他们的野心直抵 IBM 电脑产品的核心——定位了商业计算框架的大型服务器、企业软件以及存储系统

IBM 需要不断领先以巩固自己在大型主机上的先进性,成果如下:
1994 年 4 月, SP2(Scalable Powerparallel Systems 2)正式问世,它是可扩展 Power 并行系统的第二代产品。由于使用了 Power2 处理器和其他的一些新功能,SP2 处理性能达到了 SP1 的两倍。

1995 年,IBM 推出 32 位 PowerPC 604 RISC System/6000 微处理器(120 MHz),并首先应用在 RISC SYSTEM/6000 的 7020-40P (66 MHz)机型上。

32 位 PowerPC 604 RISC 微处理器


1996 年 10 月份,IBM 在 RISC SYSTEM/6000 7013-595 (135 MHz)上采用全新 32 位 Power2Super Chip 超级芯片(就是现在所说的 P2SC )。

1997 年 10 月份,IBM 首款 64 位 PowerPC RISC 处理器 RS64(代号 Apache)正式面市。作为一款超标量架构处理器,RS64 为商业应用而优化。直至现在,关注商业应用仍是 IBM 的目标之一,最大限度地为商业提供服务也使蓝色巨人在战略上始终领先。

总结一下:从 1993 年到 1998 年,每个芯片中集成了 1500 万个晶体管的 Power2 共服役 5 年。

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。

 


(3)Power3:与半导体技术同步前进
1998 年后半期,半导体技术有了突飞猛进的发展,IBM 的创新步伐也随之加快,一般 2 年的周期就会有新的产品和技术出现,而更具突破性的是处理器由 32 位发展到了 64 位。随着日益强盛的 Power3 时代日渐深入人心,IBM 广为人知的 Star 系列处理器系列浮出水面,并最终成为 IBM 处理器四大产品线之一。

1998 年 7 月,IBM 发布 RS64-II,PowerPC RS64 II 64 位 RISC 微处理器(代号 NorthStar)成为了 Star 系列处理器家族的第一位成员。


1998 年 10 月,发布了成熟的 64 位 Power3 处理器。也是在这一年,IBM 决定开始向 IT 信息服务提供商转型。这为后来的 PC 业务出售事件埋下了伏笔。

1999 年,推出了整合铜导线技术的 PowerPC RS64 III 64 位 RISC 微处理器(代号 Pulsar)。


2000 年,推出了 64 位的基于铜芯片的 Power3-II 微处理器,新的 RS/6000 Model 44P7044-270(375MHz) 使用了 Power3-II 处理器,在 2000 年 10 月 IBM 将 RS/6000 改名为 IBM eServer pSeries。


IBM pSeries 615


在 2000 年秋季,IBM 增强了 RS64 III 设计,开始使用铜芯片和 SOI 绝缘硅技术,使时钟频率增加到 600MHZ,就形成了 RS64 处理器的最新版本即 RS64 IV(又被称为 Sstar)。


经过多年发展,Power 架构技术广泛应用在多个领域,它不仅出现在登陆火星的火星车上,还在激光打印机和汽车中有着出色的表现。1999 年 IBM 接受了任天堂公司的合同,为新一代的 Nintendo 64 游戏机提供定制的处理器芯片,这一合作又为 IBM 和 PowerPC 处理器发现了一个新大陆。

2000 年,IBM 宣布将高速 PowerPC 处理器与电视机顶盒(STB)组件一起整合到一个“单芯片系统”上,从而在系统性能、价格和设计等方面为机顶盒厂商带来竞争优势。该单芯片系统拥有众多的先进应用,并能帮助三星等公司灵活应对不断变化的客户需求。

在其 1998 年 -2001 年共三年的服役期间,Power3 实现了 64 位对称处理器的重大突破,并被广泛应用在太空探测到天气预报方面的科技计算领域,而使用铜连接重新实现了 Power3 的 Power3-II,则让用户尝到了科技的甜头,他们花相同的价格可以得到两倍的处理性能。
 

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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

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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 》。