Teljesítmény architektúra

A Power Architecture (a Backronym a P erformance o ptimized w dik e OKOZOTT R ISC ) egy család processzorok, a OpenPower Alapítvány. Eredetileg az IBM fejlesztette ki, mint a bipoláris és CMOS tervezésű nagygépes és középkategóriás processzorok utódját .

Ezzel a processzorarchitektúrával az IBM 31 vagy 32 bites processzorokról 64 bites címzésre váltott. Ezeket a processzorokat az IBM AS / 400 , RS / 6000 , később iSeries , pSeries és Z Systems szerversorozatokban használták és használják . Az iSeries és a pSeries szabványokat hardveresen a POWER processzorok szabványosították.

A Z rendszerek rendelkeznek CISC utasításkészlettel, amelyet az áramprocesszorokon szimulálnak , az áramellátás utasításkészletéből származó mikrokód használatával (valójában egy RISC, csökkentett utasításkészlet-számítógép ). Ez az eljárás nem ritka a CPU-gyártók körében; az x86-os CISC processzorok belső úton is feldolgozzák a RISC-szerű mikrokódokat. A Z Systems és az IBM Power processzorok processzorainak hardveralapja tehát azonos.

A PowerPC processzorok munkaállomásokra vonatkozó ágát a POWER platformról is módosították. A POWER8 generációtól kezdve úgynevezett Linux alapú OpenPOWER szerver rendszerek is épülnek, amelyek ezeket a processzorokat tartalmazzák.

2019- ben nyilvánosságra hozták az utasításkészlet-architektúrát , az English Instruction Set Architecture-t (ISA). Részletesen leírja a Power ISA teljes RISC architektúráját, hogy a vállalatok licencproblémák megvásárlása nélkül fejlesszék ki az energiaprocesszorokat. 2020 februárja óta az energiaarchitektúra processzorai általában még a processzorok gyártása és értékesítése esetén sem tartoznak licencköltségekbe. Ezt a lépést a RISC-V architektúrára adott reakciónak tekintik , amely szintén licencköltségmentes .

A Power Architecture Platform Reference (PAPR) egy nyílt hardverplatformot határoz meg a Power és a PowerPC architektúrához.

ERŐ

Az Apple , az IBM és a Motorola (AIM szövetség) egyesülésével létrejött egy chipes PowerPC 601 processzort eredetileg az eredeti Power családból módosították . Az energiaarchitektúra gyorsan felhasználást talált a munkaállomás- számítógépek (Apple), a beágyazott rendszerek és az űrutazások területén.

ERŐ2

A POWER2 SC , az első egyetlen chipből készült teljesítményprocesszor, az 1993-as nyolchipes POWER2 processzorból származik 1996-ban, és 1999-ig értékesítették.

HATALOM3

1998-ban, megjelent POWER3 és POWER3-II egy 64-bites CMOS6S2 technológia, és a 225 mm² (POWER3) vagy 170 mm (POWER3-II) A arcát.

ERŐ4

A Regatta nevű IBM p690 először két processzormagot valósított meg egy chipen (kezdetben POWER4 , 180 nm, 2001-től 1,1–1,3 GHz), megosztott L2 gyorsítótárat és nagyon gyors kapcsoló interfészt. De ezen chipek csatlakozási felületei is újak voltak. E processzormagok közül négyet egy közös multi-chip modulra (MCM) csatlakoztattak; Az IBM így elérte a rendkívül nagy csomagolási sűrűséget, nyolc CPU-t 90 cm²-es területen. 32 POWER4 + CPU-val (2002-től: 130 nm, 1,2–1,9 GHz, 267 mm², 185 millió tranzisztorral) a regatta csúcsteljesítménye meghaladta az 1 millió pontot az adatbázis benchmark tpm-C- ben 2004 márciusában .

Az IBM által fejlesztett PowerPC 970 a POWER4-ből jött létre , amelyet az Apple G5-nek hívott . A PowerPC G4 utódjának számít , amely a Motorolától származik.

5. teljesítmény

Teljesítmény5 130 nm 1,5; 1,65; 1,9 GHz-es kétmagos processzor, 389 mm², 276 millió tranzisztor, egyidejű többszálas (SMT) és integrált memóriavezérlővel . Gyorsítótár: 64k2w-lru (utasítások) és 32k4w-lru (adatok). L2 gyorsítótár 1,92m10w-lru. particionálható pSeries és iSeries SMP szerverekben 1-64 CPU, 1 GB - 2 TB fő memória és 5 - 240 PCI-X bővítőhely. Négy CPU chipet (azaz nyolc magot) és négy 36 MB L3 gyorsítótár chipet tartalmazó több chipes modul 89 fémrétegből áll, összesen 5370 I / O tűvel, amelyekből 2313 jelzőtüske és 3057 szükséges az áramellátáshoz .

A 2004-es Power5 a POWER4 továbbfejlesztése . A chipen a POWER4 architektúrán kívül az L3 könyvtár és a memóriavezérlő található, plusz magasabb órajel. A Power5 akár háromszor erősebb, mint a POWER4 . Az IBM azt állította, hogy ez biztosította a legjobb skálázhatóságot (lineárisan akár 64 útvonalat) az akkori piacon lévő összes szerver közül. További egyedülálló funkcióként a Power5 architektúra az Advanced Power Virtualization (APV) segítségével többek között lehetőséget kínál arra, hogy a fizikai CPU-kat virtuális CPU-kra osztják fel, amelyeket aztán dinamikusan és automatikusan elosztanak a különböző logikai partíciók ( LPAR ) között a működés során. Az APV-t 2008. december 21-től PowerVM néven árusítják.

2005. október 4-én az IBM bejelentette a Power5 + 90 nm kétmagos processzort 1,5 vagy 1,9 GHz-mel. 2006 közepétől egy- és kétmagos, akár 2,3 GHz-es Power5 + processzorok működtek.

6. teljesítmény

A Power6 processzort gyártott 2007-ben a 65 nm-es folyamat, és egy A mm² arc a 341. Ezen a területen több mint 790 millió tranzisztor található. A terület nagy részét a 8 MiB L2 gyorsítótár foglalja el, amelynek felét, azaz 4 MiB-t különítik el az egyes magok. Az L1 gyorsítótár mérete 128 KiB, 64 KiB adatra és 64 KiB utasítás gyorsítótárra osztva. A 32 MiB méretű L3 gyorsítótár 80 GiB / s sávszélességgel címezhető. A Power6 processzorok 4.2- esek ; 4,7 és 5,0 GHz órajel-frekvencia áll rendelkezésre.

Az IBM ezt a processzort a vállalati adatbázisok (például az IBM System p és az IBM System i ), valamint a nagy teljesítményű számítógépek , például a repülőgépgyártáshoz és az autóépítés balesetszimulációihoz szükséges területeken látja .

7. teljesítmény

A Power7 2010-ben jelent meg a piacon, és akár nyolc magból áll, amelyek mindegyike akár négy szálat is képes párhuzamosan végrehajtani. A CPU-t 45 nm-ben gyártják, és a maximális órajel-frekvencia 4,1 GHz.

A jelenlegi verzió a Power7 + CPU, amelyet 32 ​​nm-ben gyártanak, és most eléri a maximális 4,42 GHz-es órát.

Az utasításkészlet POWER ISA v2.0 bővítése a POWER7 családdal valósul meg .

OpenPOWER Alapítvány

2013-ban az IBM létrehozta az OpenPOWER Alapítványt, hogy lehetővé tegye a POWER processzorok értékesítését más rendszergyártók számára. A megfelelő dokumentáció elérhető az IBM-től. Míg a POWER gépek korábban az IBM AIX és OS / 400 operációs rendszerek alatt futottak, az IBM az OpenPOWER gépek operációs rendszereként támogatja a Linux operációs rendszert. A megfelelő disztribúciókat a SUSE, a Red Hat, a Debian és az Ubuntu publikálja, ami azt jelenti, hogy az operációs rendszer és az alkalmazások is függetlenek a gyártótól.

Az Alapítvány ismerteti a processzorok és az OpenPOWER rendszerek specifikációit. Az IBM bejelentette, hogy a jövőben a POWER processzorok először Linux operációs rendszerek OpenPOWER változatában jelennek meg, mielőtt az IBM kiadja a megfelelő processzorokat a saját System i és AIX System p sorozatához. Ez hangsúlyozza az OpenPOWER megközelítés fontosságát az IBM számára:

HATALOM8

A 2013-as Hot-Chips 25 konferencián az IBM bemutatta a 12 magos Power8 CPU-t. A 12 mag mindegyike, amelyek mindegyike elérheti az 512 KB L2 gyorsítótárat, valamint az összesen 96 MB L3 gyorsítótárat és a 128 MB L4 gyorsítótárat, akár 8 szálat is képes egyszerre végrehajtani egyidejű többszálas szál használatával. A Power8 gyártása 22 nm-es eljárással történik; a 12 magos változat szerszámterülete 650 mm² és több mint 4,2 milliárd tranzisztor. A 32 csatornás memóriavezérlő legfeljebb 1 TB DDR3-1600 RAM-ot tud csatlakoztatni. A CPU órajelének frekvenciája 3,02 és 4,15 GHz között van, a konfigurációtól függően.

A Power8 CPU-k számos nagy teljesítményű csatlakozással vannak felszerelve:

• NVLink 1.0: akár 4 számítási gyorsító modul Nvidia Tesla - Pascal P100 integrálható itt
• CAPI 1.0
• PCI Express 3.0

OpenPOWER8 rendszerek

• IBM:
  • S812L: 1 CPU, 2U rack rendszer
  • S822L: 2 CPU, 2U rack rendszer
  • S814: 1 CPU, 4U rack rendszer
  • S824: 2 CPU, 4U rack rendszer
• Más gyártók (részlet):
  • Penguin Computing: Magna sorozat, 2001, 1015, 2002, 2002S
  • Raptor Computing: Talos I
  • Tyan: Palmetto (alaplap SP010GM2NR)

POWER8 rendszerek i / p az IBM-től

• Tápegységek E850 - 2 ×, 3 × vagy 4 × POWER8 DCM (8, 10 vagy 12 mag), 4U
• Power Systems E870 - 1 × vagy 2 × 5U csomópont, mindegyik 4 aljzattal és 8 vagy 10 magos POWER8 modulokkal, összesen akár 80 mag
• Power Systems E880 - 1x, 2x, 3x vagy 4x 5U csomópontok, mindegyik 4 aljzattal és 8 vagy 12 magos POWER8 modulokkal, összesen 192 mag

HATALOM9

Az IBM Power9 családja számos processzormodulból áll, amelyeket a Globalfoundries gyártott 14 nm-es FinFET eljárással , 8 milliárd tranzisztorral, 695 mm² területen. 2016 augusztusában jelentették be a Hot Chips konferencián; az első rendszereket 2017 decemberében szállították le az Oak Ridge Nemzeti Laboratóriumban és a Sierrában épülő szuperszámítógép- csúcstalálkozóra , a Lawrence Livermore Nemzeti Laboratóriumban (LLNL), 2018 júniusában szintén egy klaszter az IBM-szel AC922 rendszerek működnek a barcelonai MareNostrum 4 rendszeren belül .

A POWER ISA v3.0 utasításkészlet kibővült a POWER9 processzorokban :

• 128 bites négypontos lebegőpontos és egész műveletek
• 16 bites lebegőpontos konverziók
• AltiVec -3 SIMD utasítások

Chip-változatok 1-2 processzoros rendszerekhez (úgynevezett "Scale-Out", kódnév Nimbus ) és NUMA gépekhez ("Scale-Up", kódnév Centaur ) akár 12 mag / 8-szor egyidejű többszálas (SMT) ) vagy akár 24 mag / 4x SMT. A 8-szoros többszálas változatokat az IBM saját Power VM platformjainak (i ​​és p rendszer) kell fenntartani.

A Nimbus és a Centaur különbözik a fő memória bővítés és a kapcsolat szempontjából:

• Kiterjesztés: 8 csatorna, egyenként 2 modullal (16 modul, 4 TB / socket), összesen 120 GByte / s sávszélesség
• Nagyítás: 8 csatorna, egyenként 4 modullal (32 modul, 8 TB / socket), összesen 230 GByte / s sávszélesség

Minden mag rendelkezik 32 KByte adat- és utasítás 1. szintű gyorsítótárral, 512 KByte 2. szintű gyorsítótárral és 120 MB közös 3. szintű gyorsítótárral az összes mag számára. Az órajelek kezdetben 2,0 - 2,6 GHz-en jelennek meg, ezért lényegesen alacsonyabbak, mint a POWER8 generáció esetén.

jellegzetes	Kiterjesztett Linux	Kiterjesztett teljesítmény virtuális gép	A Linux kibővítése	Nagyítási teljesítményű virtuális gép
Bázisok száma	1-2	1-2	4-16	4-16
max. magok száma	24.	12.	24.	12.
Szálak száma magonként / processzoronként	4	8.	4	8.
DDR4 csatornák / modulok	8/16	8/16	8/32	8/32

A Power9 processzorok számos nagy teljesítményű kapcsolatot támogatnak:

• Nagy teljesítményű, 7 TB / sec sávszélességű kapcsoló van beépítve a chipbe, amely összeköti a magokat, az L3 gyorsítótárat és a perifériákat
• PCI-Express 4.0 48 sávos és 192 GB / sec sávszélességgel. A 4.0 verziót először hajtják végre a POWER9 CPU-ban
  • CAPI 2.0 PCIe 4.0 felett
• akár 48 optikai csatlakozás (XBus) 25 GB / sec sávszélességgel, összesen 300 GB / sec
  • NVLink 2.0 25 G / s felett az Nvidia számítástechnikai gyorsítók csatlakoztatásához.
  • OpenCAPI 3.0 25 G / s felett, további gyorsító chipek csatlakoztatására

• A GZIP, AES és véletlenszámok gyorsítói beépülnek a chipbe, és beépülnek a POWER ISA 3.0-ba.
• Az integrált NVLink 2.0 interfészek használatával akár 4 (IBM AC922) vagy 6 (IBM S922LC) Nvidia Tesla számítási gyorsító (Volta Generation - V100) is integrálható egy 2 foglalatos rendszerbe.

OpenPOWER9 rendszerek

Három IBM processzorcsomag érhető el 2018.01.01-én:

• Sforza: 50 mm × 50 mm, FC-PLGA, 4 DDR4, 48 PCIe sáv és 1 XBus 4B
• Monza: 68,5 mm × 68,5 mm, FC-PLGA, 8 DDR4, 34 PCIe sáv és 1 XBus 4B, 48 OpenCAPI sáv
• LaGrange: 68,5 mm × 68,5 mm, FC-PLGA, 8 DDR4, 42 PCIe sáv és 2 XBus 4B, 16 OpenCAPI sáv

A POWER9 termékbemutatásakor a következő gyártók kínálták az OpenPOWER-9 rendszereket:

• IBM: Power System AC922 (Witherspoon) Monza modulokkal
• Raptor Computing Systems: Talos II Sforza modulokkal
• Penguin Computing: Magna PE2112GTX LaGrange modulokkal

Az IBM Scale Out POWER9 Systems

2018. február közepén az IBM bemutatta az első 6 rendszert, amelyek a Linux mellett a házon belüli AIX és System i vagy OS / 400 operációs rendszereket is használhatják . Ezek a kibővíthető változatok 1-2 foglalatú rendszerei, amelyek fő memóriája bővítésig terjedhet, legfeljebb 2 TB foglalatonként. A házak 2 vagy 4 magasságú egységekkel kaphatók, a 4U házak 12 magos, a 2U akár 10 magos processzorokkal vannak ellátva. Két változat tanúsított az SAP HANA alkalmazásokhoz:

modell	Magok	Magasság / alap	Operációs rendszer	R.A.M.	IO
L922	2012.10.10	2U / 1-2S	Linux	4TB	5 × PCIe G4 (4 CAPI 2.0), 4 × PCIe G3
S914	4/6/8	4U / 1S	AIX, IBM i, Linux	1 TB	2 × PCIe G4 (4 CAPI 2.0), 6 × PCIe G3
S922	4/8/10	2U / 1-2S	AIX, IBM i, Linux	4TB	5 × PCIe G4 (4 CAPI 2.0), 4 × PCIe G3
S924	2012.10.10	4U / 2S	AIX, IBM i, Linux	4TB	5 × PCIe G4 (4 CAPI 2.0), 6 × PCIe G3
H922	4/8/10	2U / 1-2S	HANA, AIX, IBM i	4TB	5 × PCIe G4 (4 CAPI 2.0), 6 × PCIe G3
H924	2012.10.10	4U / 2 S	HANA, AIX, IBM i	4TB	5 × PCIe G4 (4 CAPI 2.0), 6 × PCIe G3
E950	2012.08.10	4U / 2-4S	AIX, IBM i, Linux	16TB / 4x16 DDR4 DIMM	8x16 + 2x8 PCIe G4, (4 CAPI 2.0, 4 NVLink), 1x8 PCIe G3, 4 NVMe
E980	2012.08.10	4 "csomópont" 5U-val, 1 SCU 2U / 4-16S	AIX, IBM i, Linux	64 TB / 16x8 CDIMM (TFF vagy SFF)	4x8x16 PCIe G4, 4x4 NVMe, 32 gyorsító link (CAPI 2.0 vagy NVLink vagy OpenCAPI)

TELJESÍTMÉNY10

A HC32 2020 hot chips konferencián az IBM 2021 második felére jelentette be a Power10 rendszereket. A processzorokat 7 nm-es szerkezetekben kell gyártani, és meg kell felelniük az OpenPOWER részeként bemutatott Power ISA v3.1 szabványnak.

Egyéni bizonyíték

internetes linkek

• Timo Schöler: Közeli kép: IBM Power. (PDF, 404 KByte), áttekintés az IBM Power CPU-jának elmúlt évekbeli fejleményeiről, a Power5 (+) CPU-ban használt technológiák részletes bemutatása (2005)