IBM Power8處理器全解析

★★★★★【文章導讀】：IBM Power8處理器全解析具體內容是：在ibm的計算大家族中，power處理器是其中核心的一員，是ibm的很多服務器、工作站和超級計算機的主要處理器。不過，2010年power7發布之后ibm便一直沒有甚么大動作，反觀英特爾的表演可就要熱鬧許多。面對intel的大軍…

來源：日期：2013-10-31 15:04:19 人氣：標簽：

　　在ibm的計算大家族中，power處理器是其中核心的一員，是 ibm 的很多服務器、工作站和超級計算機的主要處理器。不過，2010年power 7發布之后ibm便一直沒有甚么大動作，反觀英特爾的表演可就要熱鬧許多。面對intel的大軍壓境，ibm不拿出點真本事是不行了。在日前舉行的hot chip會議上，ibm終于正式發布了新一代power 8處理器，規格強大得令人瞠目結舌，堪稱藍色巨人實力的佳體現！
12核心96線程

　　power 8處理器搭載有12個內核，每顆核心擁有64kb的數據緩存、32kb的指令緩存以及512kb的二級緩存，包含有16個執行單元，分別是2個fxu、2個lsu、2個lu、4個fpu、2個vmx、1個crypto、1個dfu、1個cr以及1個br。[簡寫都給點文字解釋]相比power 7系列來說，power8單線程性能大提升60%。而且power 8超線程技術從上代產品的4-way smt提高到了8-way smt，也就說其大能夠支持96線程，即便是intel也只能對此望洋興嘆了。但是power 8所謂的smt同步多線程，并不是真正的多內核多線程，只是通過不斷的狀態切換，以提升內核利用率的一種方式。這樣的設計在并行度很高的應用中能獲得立竿見影的效果。但在數據庫等應用中往往會出現性能下降。過去我們大多采用手動打開、關閉smt同步多線程的方法“因地制宜”，在power 8上，ibm引入了智能線程技術，可以根據工作負載要求進行設置不同的多線程模式，系統可以自動選擇，也可以由管理員進行手動設置，這樣就能在并發線程和執行效率中獲得良好的平衡。
　　同時12顆核心還配備96mb的三級緩存，但power 8中三級緩存是用edram實現的，而非傳統cpu中的sram。和sram相比，edram能極大地節省晶體管數量和降低芯片面積，并且提供更高的傳輸帶寬。在96mb三級緩存中，power 8處理器的每個內核都在l3 緩存中有自己的高速本地l3緩存區，但每個內核之間，卻依然能通過l3 緩存共享數據。根據ibm的資料，power 8 的96mb l3 緩存中，有一部分緩存的速度快、延遲低，提供的性能介乎于l1和l2之間，由此來確保處理器在眾多內核并行工作時仍然有較好的性能。而且power7芯片取消了四級緩存，power8芯片又恢復了，支持128mb芯片外部的四級緩存，不過這l4緩存是配合內存控制器充當每個內核的數據緩存使用。

　　那么“12核心、96線程”將為power8帶來多大的爆發力呢？如果結合power8單線程性能大提升60%及smt增加規模來估算， power 8提供大的峰值浮點運算能力將超過600gflops（注：1gflops等于每秒10億次的浮點運算），比power 7的兩倍還多，將當今市場上的一切cpu都遠遠的拋在身后。我們都知道，在高性能計算領域，近年來幾乎所有廠商都在為萬億次計算努力。而要降低超級電腦跨入petascale的門檻，提升cpu的峰值浮點運算能力是不二的法門。nvidia、amd等圖形卡制造商力挺的異構計算，雖然能夠達到更高的峰值浮點運算，但在交付使用后往往需要改寫大量的代碼，才能完全發揮異構體系的力量。而用傳統cpu架構堆砌起來的超級計算機，顯然更符合ibm percs結構。從浮點運算能力來說，power 8即便面對nvidia/amd的gpu架構處理器也不遑多讓。
　　
22nm soi制程
　　2010年發布的power 7處理器采用的還是45nm制造工藝，而今年的power 8處理上ibm直接跳過了30nm的階段，使用了22nm soi工藝進行制造。相對于之前的45nm soi工藝， 22nm soi制程節點開始使用全耗盡型soi技術——fd-soi技術。這種工藝仍然基于傳統的平面型晶體管結構，是另一種類似于英特爾3d晶體管的有效降低漏電的晶體管技術。與英特爾的技術不同，fd-soi技術在基底和通道之間加入了一個絕緣的氧化層，即buried oxide（box）氧化埋層，它可以保證基底上只有特定的區域可以成為電子流動的通道，有效地阻止了漏電現象。該技術可以護送傳統的平面型晶體管進入14nm時代。但由于這個絕緣的氧化層的材質與硅晶圓不一樣，這意味著在生產時需要一個引入氧化埋層的非傳統晶圓，使得晶圓生產成本過高，不過這對于ibm而言，已經不再是問題了。倒是amd仍在22nm soi制程中摸索、還有找到其中的道道。

　　雖是22nm制程，但由于規格實在是太強大的，因此power 8核心面積依然達到了650平方毫米，相比之下，上代power 7處理器的核心面積也不過是567平方毫米而已。在主頻方面power8與上代基本持平，將會保持在4ghz左右，但由于power 8擁有更多的內核、更強的并發多線程能力，所以在性能上power 7可以實現倍數的跨越。而且即便是4ghz,在英特爾、amd眼里似乎也是仍難再突破的高度——近年來一般人只看見處理器大廠amd跟intel都在拼命推廣多核心，頻率卻游走在3.5ghz附近。實際上商用主機的領域和家用主機是不同的世界，商用主機需要更高精度的計算，更可靠的結果，還要能夠承受使用者同時上線提供服務。而能夠以4ghz的頻率正式出貨，中間經過的投資開發，研究除錯，后量產出貨，付出的心血和成本也是相當大的。不過，考慮到此前power 6的主頻就已經高達5ghz，“4ghz”相信并不是power8的終頻率