开创“芯”世界，IBM Power7全解析
企业观察
当普通用户还沉浸在32nm酷睿所带来的快感时，前不久，IBM在美国纽约正式发布了被认为将成为“经典”的强大处理器——Power7。Power7处理器拥有8个内核，每个内核可运行4个线程，总的可同时运行32个线程，它成为高端服务器CPU的新王者。Power7不仅会成为UNIX服务器市场的新利器，也将为IBM在千万亿次HPC市场中重振雄风。
UNIX服务器CPU市场现状
2005年惠普推出自己的最后一颗RISC架构的处理器PA-RISC 8900，SGI终止了Origin服务器产品线和其MIPS芯片的研发之后，在针对大型机和小型机的UNIX服务器、高端服务器CPU市场上，便成了IBM的Power系列处理器、Intel的安腾系列处理器、Sun的UltraSparc系列处理器的“三国演义”。
●IBM的“Power”不是电源、也不代表能量，而是Power Optimization With Enhanced RISC（增强精简指令集计算机性能优化架构）的简称，是IBM服务器、工作站和超级计算机采用的主力处理器。IBM Power处理器最早源于RISC处理器801 CPU，它在1990年被RISC System/6000 UNIX工作站（现在称为eServer和pSeries）采用，IBM的Power系列处理器包含Power1、Power2、Power3、Power4、Power5、Power6，以及前不久发布的Power7。
●Intel的安腾（Itanium）系列处理器一直定位于高端服务器市场。安腾系列处理器构建在IA-64之上，是Intel专门用在高端企业级64位计算环境中、对抗基于IBM Power、Sun UltraSparc系列产品的利器，其应用的领域包括大型数据库、电子商务安全处理、计算机辅助机械工程及高性能科学计算等。安腾系列处理器包含安腾1、安腾2系列产品，最新的安腾9300（Tukwila）系列处理器也于前不久发布。
●Sparc是1987年Sun和Ti公司合作开发的RISC架构处理器，它具备良好的可扩展性，为Sun赢得了在高端微处理器市场的应有地位。新一代的UltraSparcT2处理器有8个核心，可以同时处理64个线程，有5.03亿个晶体管，核心大小342平方毫米，由Ti负责制造。
在过去的一年里，在UNIX服务器市场活得最“滋润”的当数IBM。Sun被Oracle（甲骨文）收购，这让其精气神短期内大减，而惠普倚仗的安腾处理器几年数次跳票，让这个信心满满的巨头也感到有心无力，IBM则相对顺风顺水，在强大的Power6支持下，开疆拓土，连连从Sun和惠普手里抢夺地盘。虽然UNIX服务器市场整体表现低迷，但IBM通过不断的努力，顺利地超越了曾在UNIX服务器市场长期占据主导地位的Sun和惠普：目前IBM占据了UNIX服务器市场4成的份额，惠普占了3成，Sun占2.5成。
进入2010年后，IBM和Intel相继发布了最新的Power7和安腾9300处理器，业界都期望这种更新换代能给UNIX服务器市场注入新活力。而凭借更高规格的参数及强劲的性能，Power7的光芒在近期压制住了安腾9300，估计Power7会帮助IBM彻底确立在UNIX服务器市场的绝对领导地位。
Power处理器二十年“磨剑”
“温故而知新”，回顾Power处理器的发展历史，会让我们更真切地感受到该处理器的强大。1990年，IBM推出了基于RISC系统的AIX V3，它集成了80万个晶体管，这就是后来被称为Power1的处理器，它主要用于火星探测计划。1993年9月，IBM发布了66MHz的Power2处理器，每个芯片集成1500万个晶体管，首先应用于RS/6000系统，被欧洲粒子物理学实验室采用，采用该芯片的著名的“深蓝”超级计算机曾因击败国际象棋大师卡斯帕罗夫而“一战成名”。
1998年10月，IBM推出了Power3处理器，该处理器统一了Power2架构和Power1架构，采用64位架构，主频达到了450MHz，最高运算速度可达每秒200万次，比“深蓝”还快一倍多。2001年，IBM推出当时世界上最强大的UNIX服务器——eServer p690，它拥有1000多个先进的Power4处理器，集成了多项主机技术，能够完成更复杂的运算任务。eServer p690被公认为是第一种“单片服务器”，由两个1GHz以上的处理器、一个大带宽系统交换开关、一个大容量内存高速缓存和I/O接口组成，依靠eServer p690，IBM在2001年第四季度以26.9%的市场份额赢得了全球UNIX服务器市场的冠军宝座。
2004年5月，IBM推出了新研发的Power5处理器，这是一款新的64位处理器，它除了在性能方面得到明显提高外，在可扩展性、灵活性和可靠性方面也有所加强。Power5芯片具有2.8亿个晶体管，比最初的Power4芯片多1亿个，芯片面积为389平方毫米，包括2313个数据I/O和3057个电源I/O。增加了并发多线程能力（SMT），可将一个处理器转变为两个处理器，从而允许一个芯片同时运行两个应用，由此大大降低了完成一项任务所需要的时间。一个Power5系统可支持多达64个处理器，而从软件运行角度来看，就像是128个处理器在工作。
2007年5月，IBM推出了其“有史以来最快的微处理器”Power6，最高主频达到了惊人的4.7GHz～5GHz，比Intel最快的处理器主频高出近1GHz。Power6处理器采用65nm制程工艺，集成多达7.9亿个晶体管。与Power5相比，Power6不但主频翻了一番多，多达8MB的二级缓存是原来的四倍，三级缓存也有32MB。采用Power6的服务器的性能比上一代产品提高两倍，而功耗几乎维持原来的水平，目前Power6仍是高端服务器市场的主力军。
IBM Power7处理器全解析
科技创新是推进IT产业不断向前发展的原动力，在处理器领域更是如此。随着在处理器技术研发和设计方面都拥有众多创新成果的IBM推出Power7，业界再度为之侧目，Power7有何特点呢？
Power7处理器采用了IBM的45nm SOI铜互联制程，高端的Power7处理器有8个核心，晶体管数量达到了12亿，核心面积567平方毫米。Power7处理器的每个核心具有32KB L1指令缓存和32KB L1数据缓存，每个核心支持4个同步多线程（Power6只有两个），每个核心具有256KB L2缓存。此外，Power7处理器具有32MB片上eDRAM作为共享的L3缓存，每个核心平均有4MB。在Power7中，虽然每个内核都拥有自己的L3缓存区，但也可通过智能共享缓存的方式按需访问其他核心的缓存区，这不仅可以让带宽增倍、减少延迟，也可减少对晶体管的占用，从而减少芯片面积、降低功耗。
Power7处理器提供了两个DDR3内存控制器，每个控制器支持4个DDR3通道，支持DDR3-1600内存，提供100GB/s的内存带宽，每个通道的速度为6.4Gbps，最大可以支持32GB（使用两根16GB内存条）内存，这让每颗Power7处理器最大可以支持256GB内存，这明显比上一代的DDR2内存控制器先进。并且，IBM为新内存附加了一项重要的技术——Active Memory Expansion，通过内存压缩，让软件可用的内存量最高两倍于实际物理内存。IBM表示，通过使用该技术，SAP（企业管理解决方案）软件可用内存量比系统实际内存可多出50%，可处理业务量将增加65%。
作为8核处理器，每个Power7处理核心的最大特点是具有12个执行单元，这12个执行单元是：2个整数单元（Fixed-Point Units，FPU），2个加载存取单元（Load/Store Units，LSU），4个双精度浮点单元（Double-Precision Floating-Point Units，FPU），1个向量/标量扩展浮点单元（VSX），1个十进制浮点单元（Decimal Floating-Point Unit，DFU），1个分支单元（Branch Unit，BRU），1个条件寄存器单元（Condition Register Unit，CRU）。上一代产品Power6采用顺序执行结构，可以获得较高的运行频率。而Power7则采用了乱序执行的结构，虽然在频率上略有降低，但可获得更好的执行效率。正是凭借这种更强大的执行能力，让Power7具有更强大的多线程能力，这更符合目前的虚拟化潮流。
●智能化功能不输Tukwila安腾
总之，具有八个核心、32线程、32MB缓存的Power7具有了比Power6处理器翻番的性能，可以轻松打造32路256核1024线程的大型机。即使与Intel最新的四核Tukwila安腾处理器相比，Power7的性能指标也领先一些，在制程工艺方面，英特尔为Tukwila安腾选择的仍然是65nm制程工艺，而IBM则抢先一步采用了45nm制程工艺。Power7在很多地方都有显著提高，比如改进的能效、升级的线程能力、资源动态分配和大幅提高的多路吞吐能力。
而在现代处理器重点发展的智能化能力方面，Power7也不输于Intel的最高端产品Tukwila安腾系列。并且Power7具备智能核心、智能线程、智能缓存、智能功耗、智能内存技术等一系列的智能化功能，这让Power7处理器变得更强大。例如，Tukwila安腾处理器可以通过Turbo Boost技术提升9.8%的时钟频率，而Power7的高端型号Power Systems 780也支持类似技术——TurboCore和MaxCore。TurboCore和MaxCore是两种颇具灵活性的应用技术，无论是在需要强大的单核处理性能、大内存支持的场合，还是在需要多线程和并行处理性能的场合都很有用。因为TurboCore可关闭Power7处理器的部分核心，并把分配给这些核心的4MB L3缓存分配给没有关闭的核心，同时提高工作核心的主频，使它们具有更强大的处理性能。而顾名思义，MaxCore则是一种与TurboCore功用“相反”的技术，它可更好地为系统提供多核心、多线程应用的能力，可更好地应对基于互联网的大量并行工作负载的需求。
此外，IBM在Power7中引入了一种新的功能——SMT4智能并发多线程（Intelligent Threads），它可根据工作负载要求设置不同的多线程模式。对此，可让系统自动选择，也可以由管理员进行手动设置。在使用多线程时，可提高Power7的并行吞吐量，使用单线程，则可以提高Power7的计算性能。比如，数据库类应用往往需要非常快的处理器，以便用最高速度来处理交易，而Web负载则往往要将Web请求拆分成多个部分来并行处理。如需要监控数百万户家庭的用电量时则优化为多线程处理，而当需要实时处理数据库业务时则对较少线程高速运算进行优化。
Power7系统还为虚拟机应用进行了优化，每个处理器核心支持10个虚拟机镜像。目前的8路64核系统可支持单系统最高640个虚拟机同时运行，今年内，IBM还将推出32路256核的Power7系统，最高同时运行1000个虚拟机。（小谢）
编后>>
具备一系列智能化技术的Power7被称为IBM Power架构十年来最为出色的产品，不同的服务器可针对不同的应用负载而设计是Power7最大的特点。促使IBM Power7抢先推出的原因很多，如甲骨文对Sun的收购、Intel四核Tukwila安腾处理器和Beckton八核Nehalem-EX处理器的推出、AMD 12核Magny-Cours处理器的推出等，都需要IBM抢先推出重头处理器产品进一步稳固自己的地位。而在这些新产品的推动下，2010年的高端服务器市场注定将变得更精彩。Power7适用于多种领域，比如2U/4U机架和刀片系统、中高端服务器、超级计算机集群等等，在Power7的强力助阵下，IBM有机会在这些领域进一步大展拳脚。各大IT巨头为此磨刀霍霍，高端服务器市场争夺战的帷幕正慢慢拉开。